CN108011165A - 一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导 - Google Patents

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徐勇
孙淼
彭廷会
李洋
王兆栋
罗勇
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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/123—Hollow waveguides with a complex or stepped cross-section, e.g. ridged or grooved waveguides

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Abstract

该发明公开了一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导，涉及微波、毫米波器件技术领域，具体地说是一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导。创新之处在于提出了一种结构简单、尺寸紧凑、性能优越的新型扭波导结构，利用电磁波的耦合在极短尺寸内实现极化方向改变的扭波导，克服了传统扭波导结构尺寸大、加工复杂等缺点，极大缩小组件的整体尺寸，厚度仅为λg/4左右，且性能优越，具有较强的推广应用价值。

Description

一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导
技术领域
本发明涉及微波、毫米波器件技术领域，具体地说是一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导。
背景技术
在微波和毫米波组件中，有许多需要在规定距离上按所要求的走向和位置完成微波系统的连接，要求在不改变微波信号或功率传输特性的功能上把器件连接成完整的波导系统。而且在微波、毫米波组件系统中需要注重系统整体结构的紧凑，需要通过适当的分段连接组成完整的组件系统。因此，性能优越结构简单的连接波导在组件过程中对器件整体性能的影响就显得尤为重要，这就对连接波导提出了严苛的要求，连接波导需要保证器件间电接触可靠，反射较小，具有宽的工作频带，低损耗以及拆装方便。
扭波导是一种广泛应用于微波和毫米波组件系统中的连接波导。功能是电磁波通过扭波导，极化方向改变90°而传播方向不变。在连接波导时前后两节波导的宽边和窄边相对的情况下，需要插入扭波导作为过渡。传统的扭波导有光滑变化和阶梯式变化两种，对于光滑扭波导其波导长度应为λg/2的整数倍，且最短不得小于2λg(λg为波导波长)；而阶梯式扭波导的每个阶梯的长度为λg/4，阶梯越多性能越优良。因此传统的扭波导设计复杂，尺寸较大且不易加工，难以保证扭波导的工作性能，对微波、毫米波系统的可靠性影响较大。
新发明的结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导，利用电磁波的耦合原理在极短尺寸内实现极化方向的改变。与传统的扭波导相比，优点明显，克服了传统扭波导结构尺寸大、加工复杂等缺点，其结构紧凑简单、易于加工、体积小巧厚度仅为λg/4左右，极大缩小组件的整体尺寸，保证波导在极小空间内实现波的极化方向扭转90°，并且测试结果显示该发明的薄片式扭波导性能极其优越具有较大的回波损耗及较小的插损和驻波比。
发明内容
为了提高传统扭波导的性能和优化扭波导的结构，本发明提出一种结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导。
本发明采取以下的技术措施实现：本发明提供了一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导，该扭波导包括输入波导、传输波导、输出波导，所述输入波导和输出波导均为标准矩形波导，其特征在于所述传输波导的波腔在传波方向上的截面为“工”字形，该“工”字形的对称轴与输入波导或输出波导的水平面夹角为45°，该“工”字形上边宽度与下边宽度相等。
进一步的，所述的输入波导与输出波导均为标准的矩形波导BJ320；所述的“工”字形整体高度L等于标准矩形波导BJ320的宽边，所述“工”字形上边宽度a1要小于标准矩形波导 BJ320的宽度，上边高度b1的取值为“工”字形整体长度L的1/4，所述“工”字形腰a2宽度取值为是上边高度的1/2，高度b2为上边高度b1的二倍；
本发明的创新之处在于提出了一种结构简单、尺寸紧凑、性能优越的新型扭波导结构，利用电磁波的耦合在极短尺寸内实现极化方向改变的扭波导，克服了传统扭波导结构尺寸大、加工复杂等缺点，极大缩小组件的整体尺寸，厚度仅为λg/4左右，且性能优越，具有较强的推广应用价值。
附图说明
图1结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导示意图；
图2结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导主视图；
图3结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导在HFSS中的场图；
图4仿真所得结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导的回波损耗；
图5仿真所得结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导的插入损耗；
图6仿真所得结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导的驻波系数。
具体实施方式
下面结合一个工作在Ka波段的超短长度薄片式90°扭波导的设计实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：
波导工作模式：TE01模；
工作频段：Ka波段(26.5GHz-40GHz)；
图1为新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导示意图；图2新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导正视图；图3新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导在HFSS中的场图。该发明新型包括：输入波导、“工”字型传输波导、输出波导。其中：
1.输入波导与输出波导：BJ320标准矩形波导，宽边a＝7.12mm,窄边b＝3.56mm
2.“工”字型传输波导(1)：长a1＝3.56mm，宽b1＝1.78mm；
3.“工”字型传输波导(2)和(3)：长a2＝3.1mm宽b2＝3.56mm；
4.“工”字型传输波导长度：L＝6mm；
5.扭波导厚度：2.18mm。
图4为仿真所得结构新颖尺寸紧凑的薄片式90°扭波导的回波损耗，由图可知该薄片式90°扭波导的回波损耗在Ka频段内均低于17.8dB，在27.1-39.4GHz内薄片式90°扭波导的回波损耗均低于20dB。该扭波导具有较大的回波损耗，满足工程需要。
图5为仿真所得超短长度薄片式90°扭波导的插入损耗，由图可知该超短长度薄片式90°扭波导的插入损耗在Ka频段内的插入损耗在0.02dB左右，损耗较小，性能较为优越。
图6为仿真所得超短长度薄片式90°扭波导的驻波系数，由图可知该超短长度薄片式90°扭波导的驻波系数在Ka频段内均低于1.3，在27.5-39.1GHz内驻波小于1.15，该扭波导具有驻波较小的驻波满足工程需要，性能优越。
由仿真结果可以看出，发明的超短长度薄片式90°扭波导不仅结构简单紧凑，还具有优越的性能，具有较强的实用价值。
以上实例仅为方便说明本发明新型，本发明可以适用于其他频段，扭波导具体尺寸由相应的频段和工作模式确定。

Claims (2)

1.一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导，该扭波导包括输入波导、传输波导、输出波导，所述输入波导和输出波导均为标准矩形波导，其特征在于所述传输波导的波腔在传波方向上的截面为“工”字形，该“工”字形的对称轴与输入波导或输出波导的水平面夹角为45°，该“工”字形上边宽度与下边宽度相等。
2.如权利要求1所述的一种紧凑尺寸的薄片式90°扭波导，其特征在于所述的输入波导与输出波导均为标准的矩形波导BJ320；所述的“工”字形整体高度L等于标准矩形波导BJ320的宽边，所述“工”字形上边宽度a1要小于标准矩形波导BJ320的宽度，上边高度b1的取值为“工”字形整体长度L的1/4，所述“工”字形腰a2宽度取值为是上边高度的1/2，高度b2为上边高度b1的二倍。
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