CN105680138A - 一种小型化宽频带的波导功分器 - Google Patents

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本发明提供了一种小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，包括和路的矩形波导(1)、左支路的单脊波导(2)、右支路的单脊波导(3)、T型结矩形波导(4)，和路的矩形波导(1)与左支路的单脊波导(2)和右支路的单脊波导(3)通过T型结矩形波导(4)进行连接；T型结矩形波导(4)包括左端金属体(5)、右端金属体(6)、中间小金属体(7)和中间大金属体(8)，左端金属体(5)和右端金属体(6)分别设置于T型结矩形波导(4)的内部的左右两端。

Description

一种小型化宽频带的波导功分器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是涉及用于波导功分器。
背景技术
波导功分器是一种重要的微波无源器件，广泛应用于通信和雷达的天线馈线网络等领域，其作用是把一路的微波输入功率按规定比例分成两路或多路输出，或者把两路或多路微波功率叠加起来从一路输出，具有损耗小、功率容量大等优点。
为了满足天线具有宽角扫描或双极化能力以及小型化要求，功分器支路的矩形波导需要改为脊波导。通常的做法是先分别单独设计矩形波导功分器或脊波导功分器以及矩形波导到脊波导的过度变换，再将功分器和过度变换连接到一起，即先设计矩形波导功分器，再加一段矩形波导到脊波导的过度变换，或者是先设计矩形波导到脊波导的过度变换，再设计脊波导功分器。由于矩形波导到脊波导的过度变换需要额外的空间，在功分器体积要求比较严格的时候，上述设计显然不能满足使用要求。此外矩形波导到脊波导的过度变换还会减小功分器的阻抗带宽，有时为了满足宽带要求，不得不进行多级变换，这种多级的过度变换则需要更多额外的空间。
在很多文献或专利中已经介绍了矩形波导功分器或脊波导功分器的设计方法，例如2005年S.Yang和A.E.Fathy在《IEEEMTT-SInt.Microw.Symp.Dig.》中的“SynthesisofacompoundT-junctionforatwo-waysplitterwitharbitrarypowerratio”一文中分析了矩形波导功分器；2010年张晓峰等在《电子元件与材料》期刊上提出的“一种新颖的脊波导功分器”，但是这些波导功分器的和路波导和支路波导均为同一类型，矩形波导与脊波导之间还需要一段过度变换。将波导功分器和矩形波导到脊波导的过度变换一体化小型化设计目前还未见报道。
发明内容
本发明提供了一种小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，包括和路的矩形波导(1)、左支路的单脊波导(2)、右支路的单脊波导(3)、T型结矩形波导(4)，和路的矩形波导(1)与左支路的单脊波导(2)和右支路的单脊波导(3)通过T型结矩形波导(4)进行连接；
T型结矩形波导(4)包括左端金属体(5)、右端金属体(6)、中间小金属体(7)和中间大金属体(8)，左端金属体(5)和右端金属体(6)分别设置于T型结矩形波导(4)的内部的左右两端；
中间小金属体(7)和中间大金属体(8)设置于T型结矩形波导(4)内部，并靠近T型结矩形波导(4)与左支路的单脊波导(2)和右支路的单脊波导(3)的连接面；
中间大金属体(8)为长方体，中间大金属体(8)上表面低于左支路的单脊波导(2)或右支路的单脊波导(3)的脊的上表面，中间大金属体8的底面所在下表面与左支路的单脊波导(2)或右支路的单脊波导(3)的脊的下表面共面。
进一步的，左端金属体(5)和右端金属体(6)为长方体或者为直角三棱柱，高度与T型结矩形波导(4)的高度相同，位于靠近和路矩形波导(1)的一侧，其两个相互垂直的外侧面与T型结矩形波导(4)的内侧面共面。
进一步的，中间小金属体(7)为长方体或圆柱体，位于远离和路矩形波导(1)的一侧，高度与T型结矩形波导(4)的高度相同。
由于用于阻抗匹配的金属体都放置在功分器T型结的矩形波导内部，与现有的矩形波导功分器相比，只是在功分器T型结的矩形波导内部增加一个金属体，就完成了矩形波导功分器的阻抗匹配，而且同时完成了矩形波导与脊波导之间的过度变换，不需要在和路矩形波导或支路单脊波导中进行额外的过度变换，因此大大缩减了功分器的体积。此外，将用于阻抗匹配的金属体都放置在功分器T型结的矩形波导内部，有利于综合优化金属体的位置和大小，将阻抗带宽调整到最优。
本发明创造可广泛应用于通信和雷达的天线馈线网络等领域。
附图说明
图1为本发明的立体图
图2为图1的俯视图。
图3为图1的左侧视图。
图4是将图1中的金属体4和金属体5由直角三棱柱改为长方体。
图5是将图1中的金属体7由长方体改为圆柱体。
图6为实施例1的散射矩阵参数示意图。
图7为实施例2的散射矩阵参数示意图。
图8为实施例3的散射矩阵参数示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1至图8，
一种小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，包括和路的矩形波导1、左支路的单脊波导2、右支路的单脊波导3、T型结矩形波导4，和路的矩形波导1与左支路的单脊波导2和右支路的单脊波导3通过T型结矩形波导4进行连接；
T型结矩形波导4包括左端金属体5、右端金属体6、中间小金属体7和中间大金属体8，左端金属体5和右端金属体6分别设置于T型结矩形波导4的内部的左右两端；
中间小金属体7和中间大金属体8设置于T型结矩形波导4内部，并靠近T型结矩形波导4与左支路的单脊波导2和右支路的单脊波导3的连接面；
中间大金属体8为长方体，中间大金属体8上表面低于左支路的单脊波导2或右支路的单脊波导3的脊的上表面，中间大金属体8的底面所在下表面与左支路的单脊波导2或右支路的单脊波导3的脊的下表面共面。中间大金属体8作为矩形波导与脊波导之间的过度变换，优化其高度和宽度可以实现和路的矩形波导1端口的宽带阻抗匹配。
进一步的，左端金属体5和右端金属体6为长方体或者为直角三棱柱，高度与T型结矩形波导4的高度相同，位于靠近和路矩形波导1的一侧，其两个相互垂直的外侧面与T型结矩形波导4的内侧面共面，用于和路的矩形波导1端口的宽带阻抗匹配。
进一步的，中间小金属体7为长方体或圆柱体，位于远离和路矩形波导1的一侧，高度与T型结矩形波导4的高度相同，用于和路矩形波导1的阻抗匹配。
本发明的工作原理是：T型结矩形波导内部两端金属体和中间的小金属体主要用于完成矩形波导功分器的阻抗匹配，而T型结矩形波导内部中间的大金属体主要用于完成矩形波导到脊波导的阻抗匹配。由于用于阻抗匹配的金属体都放置在功分器T型结的矩形波导内部，与现有的矩形波导功分器相比，只是在功分器T型结的矩形波导内部增加一个金属体，就完成了矩形波导功分器的阻抗匹配，而且同时完成了矩形波导与脊波导之间的过度变换，不需要在和路矩形波导或支路单脊波导中进行额外的过度变换，因此大大缩减了功分器的体积。此外，将用于阻抗匹配的金属体都放置在功分器T型结的矩形波导内部，有利于综合优化金属体的位置和大小，将阻抗带宽调整到最优。
下面给出本发明3个具体实施例。
实施例1
如图1至图3所示，和路的矩形波导1的宽为22.86mm，高位5.08mm；左支路单脊波导2和右支路单脊波导宽均为17.9mm，高均为5.08mm，其中脊的宽度为8mm，脊的高度为2.2mm，两支路中线间距为26.5mm；T型结矩形波导4的宽度为15mm，长度为44.4mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4左端的金属体和右端的金属体均为等腰直角三棱柱，直角边长9.5mm；T型结矩形波导4中间小金属体7为长方体，长度为2.4mm，宽度为2mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4中间大金属体8为长方体，长为34.5mm，宽为8mm，高为2.2mm。从图6可以看出，S11参数在8GHz-11.5GHz的频率范围内小于-25dB，在8.2GHz-11GHz的频率范围内小于-30dB。
实施例2
如图1至图4所示，和路的矩形波导1的宽为22.86mm，高位5.08mm；左支路单脊波导2和右支路单脊波导宽均为17.9mm，高均为5.08mm，其中脊的宽度为8mm，脊的高度为2.2mm，两支路中线间距为26.5mm；T型结矩形波导4的宽度为15mm，长度为44.4mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4左端的金属体和右端的金属体均为长方体，长度和宽度均为5.5mm；T型结矩形波导4中间小金属体7为长方体，长度为2.4mm，宽度为2mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4中间大金属体8为长方体，长为34.5mm，宽为8mm，高为2.2mm。从图7可以看出，S11参数在8GHz-11.25GHz的频率范围内小于-25dB，在8GHz-11GHz的频率范围内小于-30dB。
实施例3
如图1至图3所示，和路的矩形波导1的宽为22.86mm，高位5.08mm；左支路单脊波导2和右支路单脊波导宽均为17.9mm，高均为5.08mm，其中脊的宽度为8mm，脊的高度为2.2mm，两支路中线间距为26.5mm；T型结矩形波导4的宽度为15mm，长度为44.4mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4左端的金属体和右端的金属体均为等腰直角三棱柱，直角边长9.5mm；T型结矩形波导4中间小金属体7为圆柱体，半径为1mm，距离T型结矩形波导4一侧面2mm，高度为5.08mm；T型结矩形波导4中间大金属体8为长方体，长为34.5mm，宽为8mm，高为2.2mm。从图6可以看出，S11参数在8.25GHz-11.5GHz的频率范围内小于-25dB，在8.5GHz-11GHz的频率范围内小于-30dB。

Claims (3)

1.一种小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，包括和路的矩形波导(1)、左支路的单脊波导(2)、右支路的单脊波导(3)、T型结矩形波导(4)，和路的矩形波导(1)与左支路的单脊波导(2)和右支路的单脊波导(3)通过T型结矩形波导(4)进行连接；
T型结矩形波导(4)包括左端金属体(5)、右端金属体(6)、中间小金属体(7)和中间大金属体(8)，左端金属体(5)和右端金属体(6)分别设置于T型结矩形波导(4)的内部的左右两端；
中间小金属体(7)和中间大金属体(8)设置于T型结矩形波导(4)内部，并靠近T型结矩形波导(4)与左支路的单脊波导(2)和右支路的单脊波导(3)的连接面；
中间大金属体(8)为长方体，中间大金属体(8)上表面低于左支路的单脊波导(2)或右支路的单脊波导(3)的脊的上表面，中间大金属体8的底面所在下表面与左支路的单脊波导(2)或右支路的单脊波导(3)的脊的下表面共面。
2.根据权利要求1所述的小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，左端金属体(5)和右端金属体(6)为长方体或者为直角三棱柱，高度与T型结矩形波导(4)的高度相同，位于靠近和路矩形波导(1)的一侧，其两个相互垂直的外侧面与T型结矩形波导(4)的内侧面共面。
3.根据权利要求1所述的小型化宽频带的波导功分器，其特征在于，中间小金属体(7)为长方体或圆柱体，位于远离和路矩形波导(1)的一侧，高度与T型结矩形波导(4)的高度相同。
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