CN106340704A - 波导型功率分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波导型功率分配器，用于采用小型化、高隔离度设计方式来实现任意功分比，其包括：功分段、阻抗变换段、功分模片、和隔离电阻片，其中，隔离电阻片被固定在功分模片的槽窗内，并且功分段、阻抗变换段、和功分模片被装配为一体构成波导结构和E面功分结构，从而实现宽带功率分配。因此，本发明所提出的小型化高隔离度波导型功率分配器，实现了宽带、低损耗、输出端口隔离、各端口同时匹配等性能，实现了任意功分比设计，功分端口间具有高隔离度，具有结构简单、体积小、可靠性高、加工难度低等优点，可用于微波功分网络。
Description
技术领域
本发明属于微波网络技术领域，涉及波导型功率分配器，具体涉及一种小型化高隔离度的波导型功率分配器，采用小型化、高隔离度设计方式来实现任意功分比。
背景技术
功率分配器是微波功分网络中常用的微波部件，用于将微波信号功率按照所需比例分为多路，最常见的是1分2功率分配器，将输入的1路微波信号分为2路，2路功分信号功率之间具有特定的比例关系。
按实现方式，功率分配器可以分为微带型、槽线型、波导型等。与其他形式相比，波导型具有结构简单、插入损耗小、环境适应性好等特点，可以采用简单的机加手段实现。
一般的波导型功率分配器为三端口网络形式，具有1个输入端口、2个输出端口，采用T型结构、膜片结构、劈型结构、容性销钉等方法实现功率分配。2个输出端口间隔离度非常小，如果其中1个输出端口发生故障、产生失配，会影响另一个输出端口和输入端口的匹配状态，导致整个系统无法正常工作。
为了实现输出端口间的高隔离度，需要采用四端口网络形式，具有1个输入端口、2个输出端口、1个隔离负载端口，如采用魔T结构、电桥结构等方法。在其中1个输出端口失配时，反射信号由隔离负载端口处吸收，减小对另一个输出端口和输入端口的影响。但波导型负载的尺寸较大，导致功率分配器整体尺寸随之增大，不利于微波网络的小型化设计。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出了一种功率分配器的设计方案，对于微波功分网络，可以被应用到输出端口之间有高隔离度需求，要求插入损耗小、结构体积小的应用场合，还解决了隔离负载尺寸大、安装关系复杂的问题，实现紧凑尺寸情况下的输出端口间高隔离度。另外，本发明还解决了波导功分腔体内部结构复杂、加工难度大的问题，以及波导功分腔体机加后，阻抗匹配、输出端口间隔离度无法调节的问题。
本发明提供了一种波导型功率分配器，用于采用小型化、高隔离度设计方式来实现任意功分比，其包括：功分段、阻抗变换段、功分模片、和隔离电阻片，其中，隔离电阻片被固定在功分模片的槽窗内，并且功分段、阻抗变换段、和功分模片被装配为一体构成波导结构和E面功分结构，从而实现宽带功率分配。
在本发明中，功分段和阻抗变换段组成功分腔体，功分模片的安装位置用于确定功分比，功分模片进入功分腔体的深度用于调节匹配和隔离度；以及功分模片和阻抗变换段的位置关系满足电磁场传播要求，从而避免产生高次模。
功分模片为具有预定厚度的金属拨片，并且被插入到波导结构的窄边，用于切割波导内的电场分量，以实现宽带功率分配，其中，功分模片上设置有用于实现输出端口间的高隔离度的隔离电阻。
优选地，功分段为朝向左右的E面弯波导并且其中设置有用于插入功分模片的开缝，其中，开缝具有预定厚度，从而实现对功分模片的导向和定位并确保功分模片被插入后不晃动，并且功分模片的插入深度调节了输入输出端口的阻抗匹配和输出端口的隔离度。
波导结构的各部分波导窄边都满足基模电磁波传输条件，从而避免产生高次模。阻抗变换器被设置在整器的输入端并用于实现输入端的阻抗匹配，其中，阻抗变换器为波导窄边四分之一波长单节阻抗变换器，并且与功分模片配合设计。
具体地，功分模片具有槽窗，用于插入隔离电阻片，从而实现功分端口间的隔离电阻功能。
隔离电阻片是采用陶瓷基介质薄片材料制成的，并且其两侧表面采用磁控溅射工艺镀金、镀膜电阻，从而形成所需形状的电阻微波电路。
因此，本发明所提出的小型化高隔离度波导型功率分配器，实现了宽带、低损耗、输出端口隔离、各端口同时匹配等性能，实现了任意功分比设计，功分端口间具有高隔离度，具有结构简单、体积小、可靠性高、加工难度低等优点，可用于微波功分网络。
附图说明
图1为本发明的小型化、高隔离度波导型功率分配器的外形示意图；
图2为功分膜片和隔离电阻片的装配剖面示意图；
图3为隔离电阻片的外形示意图；
图4为功分段和阻抗变换段的剖面示意图；以及
图5为本发明的波导型功率分配器的剖面示意图。
具体实施方式
应了解，本发明的波导型功率分配器由功分段、阻抗变换段、功分膜片、隔离电阻片组成。隔离电阻片固定在功分膜片的槽窗内，功分段、阻抗变换段、功分膜片装配为一体。功分段和阻抗变换段组成功分腔体，功分膜片的安装位置确定功分比，功分膜片进入功分腔体的深度用于调节匹配和隔离度。功分膜片和阻抗变换段的位置关系满足电磁场传播要求，避免产生高次模。
因此，本发明基于波导E面功率分配器原理，在波导窄边插入功分膜片，功分膜片切割波导内的电场分量，实现宽带功率分配。功分膜片上设置隔离电阻，实现输出端口间的高隔离度。
功分段为朝向左右的E面弯波导，其中线开缝，用于插入功分膜片。开缝处有一定厚度，可以实现对功分膜片的导向和定位作用，确保功分膜片插入后不发生晃动。通过改变功分膜片的插入位置，可以实现任意功分比。
阻抗变换段为波导窄边四分之一波长单节阻抗变换器，与功分膜片配合设计，各部分波导窄边都满足基模电磁波传输条件，避免产生高次模。
功分段和阻抗变换段形成功分腔体。功分段和阻抗变换段采用折叠结构，实现功率分配器的小型化。
功分膜片为有一定厚度的金属薄片，加工的矩形窗口用于暴露隔离电阻微波电路，加工的槽缝用于插入并固定隔离电阻片。
隔离电阻片采用陶瓷基介质薄片材料制作，两侧表面采用磁控溅射方法镀金、镀膜电阻，形成所需形状的电阻微波电路。
隔离电阻片插入功分膜片上的槽窗内，然后将功分膜片插入功分腔体内。当1个输出端口失配时，该端口的反射信号通过功分膜片上的槽窗耦合到另1个输出端口，耦合场的电场方向与隔离电阻走向相同，从而在隔离电阻上产生电势差，电流通过隔离电阻消耗反射信号功率，实现2个输出端口间的高隔离度，减小对另一个输出端口和输入端口的影响。
下面结合附图1-5及具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的波导型功率分配器包括功分段1、阻抗变换段2、功分膜片3、隔离电阻片4。通过这些部件，该功率分配器可实现任意功分比设计，输入输出端口驻波比性能良好，功分端口间具有高隔离度。
如图2所示，功分膜片3为有一定厚度的金属薄片，加工的矩形窗口用于暴露隔离电阻微波电路，加工的槽缝用于插入并固定隔离电阻片4。功分膜片3的厚度t应为t≤0.15b，式中b为功分段1的波导宽度。矩形窗口的宽度b1约等于功分膜片3两侧的波导腔体宽度矩形窗口的高度a1略小于功分膜片3两侧的波导腔体高度a，一般取a1＝0.8a。
功分膜片3插入后，与功分段1、阻抗变换段2共同构成E面功分结构，实现宽带功率分配。调整功分膜片3的插入开缝位置，实现任意功分比。另外，调整功分膜片3的插入深度，可以调节输入输出端口的阻抗匹配、调节输出端口的隔离度性能。功分膜片3插入后，与功分段、阻抗匹配段共同构成波导结构，各部分波导窄边都满足基模电磁波传输条件，避免产生高次模。
在功分段1、阻抗变换段2的输入端具有紧凑设计的阻抗变换器，从而实现输入端阻抗匹配。
隔离电阻片4采用陶瓷基介质薄片材料制作，两侧表面采用磁控溅射方法镀金、镀膜电阻，形成所需形状的电阻微波电路(外形如图3所示)。镀膜电阻的阻值Z根据功分膜片3两侧的波导腔体特征阻抗Zg确定，Z＝2Zg。隔离电阻片4插入功分膜片3的槽窗内，实现功分端口间的隔离电阻功能。
如图4所示，功分段1和阻抗变换段2组成功分腔体，为一体化结构。阻抗变换段2的输入端口、功分段1的2个输出端口均为标准矩形波导尺寸，传输TE10基模电磁场，长度不小于四分之一波导波长。阻抗变换段2为四分之一波长单节阻抗变换器，长度约为四分之一波导波长，其特征阻抗Z满足式中Z1为输入端口波导的特征阻抗，Z2为功分段1的特征阻抗。
将隔离电阻片4插入功分膜片3的槽窗内。插入前隔离电阻片4的边缘金属部位可涂抹适量导电胶，提高电连接效果，并起到辅助固定作用。将带有隔离电阻片4的功分膜片3从功分段1的开缝插入，完成最后装配工作，从而获得如图5所示的波导型功率分配器。装配过程中，连接矢量网络分析仪，实时检测输出端口间隔离度和各端口电压驻波比，调节功分膜片3的插入深度，确定最佳装配位置，最后用导电胶、硅橡胶或环氧树脂固定。
综上所述，本发明所提出的小型化高隔离度波导型功率分配器，解决了宽带、低损耗、输出端口隔离、各端口同时匹配等问题，实现了任意功分比设计，输入输出端口驻波比性能良好，功分端口间具有高隔离度，结构简单、体积小、可靠性高、加工难度低，可用于微波功分网络。
对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种波导型功率分配器，用于采用小型化、高隔离度设计方式来实现任意功分比，其特征在于，包括：功分段、阻抗变换段、功分模片、和隔离电阻片，
其中，所述隔离电阻片被固定在所述功分模片的槽窗内，并且所述功分段、所述阻抗变换段、和所述功分模片被装配为一体构成波导结构和E面功分结构，从而实现宽带功率分配。
2.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述功分段和所述阻抗变换段组成功分腔体，
所述功分模片的安装位置用于确定功分比，
所述功分模片进入所述功分腔体的深度用于调节匹配和隔离度；以及
所述功分模片和所述阻抗变换段的位置关系满足电磁场传播要求，从而避免产生高次模。
3.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述功分模片为具有预定厚度的金属拨片，并且被插入到所述波导结构的窄边，用于切割所述波导内的电场分量，以实现宽带功率分配，
其中，所述功分模片上设置有用于实现输出端口间的高隔离度的隔离电阻。
4.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述功分段为朝向左右的E面弯波导并且其中设置有用于插入所述功分模片的开缝，
其中，
所述开缝具有预定厚度，从而实现对所述功分模片的导向和定位并确保所述功分模片被插入后不晃动，并且
所述功分模片的插入深度调节了输入输出端口的阻抗匹配和输出端口的隔离度。
5.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述波导结构的各部分波导窄边都满足基模电磁波传输条件，从而避免产生高次模。
6.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述阻抗变换器被设置在整器的输入端并用于实现输入端的阻抗匹配，
其中，所述阻抗变换器为波导窄边四分之一波长单节阻抗变换器，并且与所述功分模片配合设计。
7.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述功分模片具有：
槽窗，用于插入所述隔离电阻片，从而实现功分端口间的隔离电阻功能。
8.根据权利要求1所述的波导型功率分配器，其特征在于，所述隔离电阻片是采用陶瓷基介质薄片材料制成的，并且其两侧表面采用磁控溅射工艺镀金、镀膜电阻，从而形成所需形状的电阻微波电路。
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