CN108346845A - 一种超宽带高功率小型化功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带高功率小型化功分器，包括自上而下依次设置的多级空气板线网络、金属隔板及多级微带网络，所述多级空气板线网络包括第一阻抗匹配变换部分；所述多级微带网络包括介质板，所述介质板下端面设有微带层；所述微带层上设有两个第二阻抗匹配变换部分，并分布在第一阻抗匹配变换部分的两侧，通过垂直过渡与第一阻抗匹配变换部分连接；所述垂直过渡包括矩形金属板和金属圆柱，所述金属板弯折成直角，垂直过渡贯穿金属隔板与介质板，并连接第一阻抗匹配变换部分和第二阻抗匹配变换部分，本发明的优点在于，通过垂直过渡将空气板线网络与微带网络连接以联合使用，以实现功分器的超宽带、高功率、小型化工作要求。
Description
技术领域
本发明涉及宽带雷达、通信和电子对抗系统中超宽带功率分配合成网络技术领域，具体涉及一种超宽带高功率小型化功分器。
背景技术
超宽带功分器在宽带雷达、电子对抗、宽带通信等军事、民用电子系统中有着广泛的应用，作为能量合成和分配的功分器，目前主要由三种形式：空气板线网络形式、微带网络形式和波导形式，波导形式功分器承受功率高但体积、重量都过于庞大，且难以实现倍频程超宽带设计；空气板线网络形式功分器体积重量也都过大；而微带网络形式的功分器则难以承受高功率，而将波导形式功分器或空气板线网络形式功分器与微带网络形式功分器进行简单的组合难以满足工作要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有功分器难以实现超宽带、高频率、小型化的要求。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种超宽带高功率小型化功分器，包括多级空气板线网络、金属隔板及多级微带网络，所述多级空气板线网络包括腔体，所述腔体内固设有第一阻抗匹配变换部分；所述多级微带网络包括介质板，所述介质板下端面设有微带层；所述多级空气板线网络、金属隔板及多级微带网络自上而下依次设置，所述第一阻抗匹配变换部分包括对称设置的两个第一分阻抗匹配变换部分，所述微带层上设有两个第二阻抗匹配变换部分，所述两个第二阻抗匹配变换部分分布在第一阻抗匹配变换部分的两侧，并分别通过垂直过渡与两个第一分阻抗匹配变换部分的输出端连接；所述介质板对应于第二阻抗匹配变换部分输入端的位置开设有圆形通孔，所述金属隔板对应于圆形通孔的位置开设有方形通孔；所述垂直过渡包括矩形金属板，所述金属板弯折成直角，该直角具有水平的第一直角边和竖直的第二直角边，所述第一直角边远离第二直角边的端部与第一分阻抗匹配变换部分输出端连接，第二直角边贯穿方形通孔，且其下端连接有金属圆柱，所述金属圆柱贯穿圆形通孔，且其下端面与第二阻抗匹配变换部分输入端连接。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述第一分阻抗匹配变换部分由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第一阻抗匹配变换部分输入端的方向依次变宽；两组第一分阻抗匹配变换部分对应的切比雪夫阻抗变换段间焊接有第一功率电阻。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述第二阻抗匹配变换部分包括两组第二分阻抗匹配变换部分，两组第二分阻抗匹配变换部分对称设置，第二分阻抗匹配变换部分由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第二阻抗匹配变换部分输入端的方向依次变宽；两组第二分阻抗匹配变换部分对应的切比雪夫阻抗变换段间焊接有第二功率电阻。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述每级切比雪夫阻抗变换段均呈多节弯曲状。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述垂直过渡与第一阻抗匹配变换部分一体成型。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述多级空气板线网络还包括支撑部，所述支撑部间隔地设置在第一阻抗匹配变换部分上，支撑部包括圆柱型支撑部和夹槽型支撑部，当第一阻抗匹配变换部分宽度小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分通过夹槽型支撑部固设在腔体内，当第一阻抗匹配变换部分宽度不小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分上开设安装孔，所述圆柱型支撑部贯穿安装孔，且圆柱型支撑部的两端分别与腔体内顶面、内底面连接。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述第一阻抗匹配变换部分输入端与腔体壁间隔一段距离，并连接有第一同轴连接器；所述第二阻抗匹配变换部分的输出端连接有第二同轴连接器。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述第一同轴连接器为N型接头或TNC接头。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述第二同轴连接器为SMA接头或TNC接头。
优选地，本发明所述的一种超宽带高功率小型化功分器，所述介质板与微带层间设有铜箔。
本发明技术有益效果：
本发明技术方案采用的垂直过渡在210-620MHz的驻波小于1.1，电磁波传播反射极小，能够有效地将电磁波从空气板线网络传输至微带网络，设置两个第二阻抗匹配变换部分对电磁波的功率进行分散，使其满足微带网络的承受力，实现功分器的超宽带、高频率、小型化工作要求，相对于传统空气板线网络功分器，在功分器输入口承受电磁波输入功率相同的前提下，本功分器的体积减小40％、重量减小30％；相对于传统微带网络功分器，在相同体积和重量的情况下，其能够承受的峰值提高一倍；
第一阻抗匹配变换部分和第二阻抗匹配变换部分均采用三级切比雪夫变换段，在满足超宽带阻抗匹配的同时尽可能的降低了传输线的长度；每级切比雪夫变换段均采用多节弯曲状的布置形式，进一步减小了功分器的尺寸；第一阻抗匹配变换部分与垂直过渡一体加工成型，使得功分器的制备过程简单高效。
附图说明
图1为本发明实施例所述一种超宽带高功率小型化功分器的结构示意图；
图2为本发明实施例所述多级微带网络的构示意图；
图3为本发明实施例中所述多级微带网络的微带层的结构示意图；
图4为本发明实施例所述垂直过渡的结构示意图；
图5为本发明实施例所述金属隔板结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种超宽带高功率小型化功分器的结构示意图，包括自上而下依次设置的多级空气板线网络1、金属隔板2和多级微带网络3，通过垂直过渡4连接多级空气板线网络1和多级微带网络3，以实现功分器的超宽带、高功率、小型化的目的。
参阅图1至图5，所述多级空气板线网络包括腔体11，所述腔体11内固设有第一阻抗匹配变换部分12，所述第一阻抗匹配变换部分12包括两个对称设置的第一分阻抗匹配变换部分121；所述多级微带网络3包括介质板31，所述介质板31下端面设有微带层32；所述微带层32上设有两个第二阻抗匹配变换部分321，所述两个第二阻抗匹配变换部分321分布在第一阻抗匹配变换部分12的两侧。
第一阻抗匹配变换部分12和第二阻抗匹配变换部分321用以传输电磁波，第二阻抗匹配变换部分321的输入端与第一分阻抗匹配变换部分1211输出端通过垂直过渡4连接。所述垂直过渡4包括矩形金属板41，所述金属板41弯折成直角，该直角具有水平的第一直角边411和竖直的第二直角边412，第二直角边412下端面连接有金属圆柱42；所述介质板31对应于第二阻抗匹配变换部分321输入端的位置开设有圆形通孔33，所述金属隔板2对应于圆形通孔33的位置开设有方形通孔21；所述第一直角边411远离第二直角边412的端部与第一分阻抗匹配变换部分121的输出端连接，第二直角边412贯穿方形通孔21，所述金属圆柱42贯穿圆形通孔33，且其下端面与第二阻抗匹配变换部分321的输入端连接。
第一阻抗匹配变换部分12的输入端与腔体11壁间隔一段距离，并连接有第一同轴连接器13；所述第二阻抗匹配变换部分321的输出端连接有第二同轴连接器34。
参阅图1，本实施例中所述第一分阻抗匹配变换部分121由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第一阻抗匹配变换部分12输入端的方向依次变宽；两组第一分阻抗匹配变换部分121对应的切比雪夫阻抗变换段间焊接有第一功率电阻122。
参阅图3，本实施例中，第二阻抗匹配变换部分321包括对称设置的两组第二分阻抗匹配变换部分3211，且其对称轴与第一阻抗匹配变换部分12的对称轴平行；所述第二分阻抗匹配变换部分3211由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第二阻抗匹配变换部分321输入端的方向依次变宽；两组第二分阻抗匹配变换部分3211对应的切比雪夫阻抗变换段间焊接有第二功率电阻3212。
本实施例中，多级空气板线网络1接收到电磁波，由两个第一分阻抗匹配变换部分121均分后再传输至多级微带网络3，并经过第二分阻抗匹配变换部分3211再次均分传输。由于多级空气板线网络1所接收到的电磁波功率较高，因此第一同轴连接器13采用耐高功率的N型接头或TNC接头；第二分阻抗匹配变换部分34传输的功率较小，因此第二同轴连接器34可选用SMA接头或TNC接头。
经试验，本实施例中使用的垂直过渡4在210-620MHz范围内的驻波小于1.1，电磁波传播时的反射极小，能够有效地将多级空气板线网络1接收的电磁波传输至多级微带网络3；多级微带网络3的两个第二阻抗匹配变换部分321分别设置在第一阻抗匹配变换部分12的两侧，用以均分多级空气板线网络1接收并通过垂直过渡4传输的电磁波，以适应多级微带网络3的承受力。
由于本实施例使用的垂直过渡4的驻波极小，因此电磁波在传递过程中的反射几乎可忽略不计，基本实现电磁波从多级空气板线网络1到多级微带网络3的无损传输，克服了将空气板线网络与微带网络联用的连接难题，实现功分器的超宽带、高功率、小型化的工作要求。
本实施例中的第一分阻抗变换段121和第二分阻抗变换段3211的每级切比雪夫阻抗变换段均呈多节弯曲状，通过该布置方式进一步减小功分器的尺寸。各级切比雪夫阻抗变换段的尺寸以及第一功率电阻122和第二功率电阻3212均根据实际需要进行设计。
如图1所示，多级空气板线网络1还包括支撑部14，所述支撑部14间隔地设置在第一阻抗匹配变换部分12上，支撑部14包括圆柱型支撑部141和夹槽型支撑部142，当第一阻抗匹配变换部分12宽度小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分12通过夹槽型支撑部142固设在腔体11内，当第一阻抗匹配变换部分12宽度不小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分12上开设安装孔，所述圆柱型支撑部141贯穿安装孔，且其两端分别与腔体11内顶面、内底面连接。
介质板31与微带层32间还设有铜箔35，铜箔35与方形通孔21重合处被刻蚀，以便垂直过渡4的第二直角边412贯穿。
依据上述设计，第一功率电阻122选用150W的高功率电阻，第二功率电阻3212选用20W的普通功率电阻，在210-620MHz三倍频程超宽带范围内，本实施例提供的功分器第一阻抗匹配变换部分12输入端可承受2000W的峰值功率、驻波≤1.5；第二阻抗匹配变换部分的输出端可承受500W的峰值功率、驻波≤1.15、损耗≤0.4dB、输出端隔离≥19dB；本功分器相对于传统空气板线功分器体积减少40％、重量减少30％；相较于传统微带功分器，在相同体积、重量的前提下，峰值功率提高一倍。
本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超宽带高功率小型化功分器，包括多级空气板线网络、金属隔板及多级微带网络，所述多级空气板线网络包括腔体，所述腔体内固设有第一阻抗匹配变换部分；所述多级微带网络包括介质板，所述介质板下端面设有微带层；其特征在于，所述多级空气板线网络、金属隔板及多级微带网络自上而下依次设置，所述第一阻抗匹配变换部分包括对称设置的两个第一分阻抗匹配变换部分，所述微带层上设有两个第二阻抗匹配变换部分，所述两个第二阻抗变匹配换部分分布在第一阻抗匹配变换部分的两侧，并分别通过垂直过渡与两个第一分阻抗匹配变换部分的输出端连接；所述介质板对应于第二阻抗匹配变换部分输入端的位置开设有圆形通孔，所述金属隔板对应于圆形通孔的位置开设有方形通孔；所述垂直过渡包括矩形金属板，所述金属板弯折成直角，该直角具有水平的第一直角边和竖直的第二直角边，所述第一直角边远离第二直角边的端部与第一阻抗匹配变换部分输出端连接，第二直角边贯穿方形通孔，且其下端连接有金属圆柱，所述金属圆柱贯穿圆形通孔，且其下端面与第二阻抗匹配变换部分输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述第一分阻抗匹配变换部分由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第一阻抗匹配变换部分输入端的方向依次变宽；两组第一分阻抗匹配变换部分对应的切比雪夫阻抗匹配变换段间焊接有第一功率电阻。
3.根据权利要求2所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述第二阻抗匹配变换部分包括对称设置的两组第二分阻抗匹配变换部分，第二分阻抗匹配变换部分由三级切比雪夫阻抗变换段连接而成，且三级切比雪夫阻抗变换段沿远离第二阻抗匹配变换部分输入端的方向依次变宽；两组第二分阻抗匹配变换部分对应的切比雪夫阻抗变换段间焊接有第二功率电阻。
4.根据权利要求2或3所述的一种米波超宽带高频率小型化功分器，其特征在于，所述每级切比雪夫阻抗变换段均呈多节弯曲状。
5.根据权利要求4所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述垂直过渡与第一阻抗匹配变换部分一体成型。
6.根据权利要求1所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述多级空气板线网络还包括支撑部，所述支撑部间隔地设置在第一阻抗匹配变换部分上，支撑部包括圆柱型支撑部和夹槽型支撑部，当第一阻抗匹配变换部分宽度小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分通过夹槽型支撑部固设在腔体内，当第一阻抗匹配变换部分宽度不小于4.5mm时，第一阻抗匹配变换部分上开设安装孔，所述圆柱型支撑部贯穿安装孔，且圆柱型支撑部的两端分别与腔体内顶面、内底面连接。
7.根据权利要求1所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述第一阻抗匹配变换部分输入端与腔体壁间隔一段距离，并连接有第一同轴连接器，所述第二阻抗匹配变换部分的输出端连接有第二同轴连接器。
8.根据权利要求7所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述第一同轴连接器为N型接头或TNC接头。
9.根据权利要求7所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述第二同轴连接器为SMA接头或TNC接头。
10.根据权利要求1所述的一种超宽带高功率小型化功分器，其特征在于，所述介质板与微带层间设有铜箔。
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