CN108493562A - 一种基于矩形波导的Gysel型功分器及其组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于矩形波导的Gysel型功分器及其组件，功分器整体为轴对称形，由5个ET波导和一个闭环波导组合而成，第一ET波导被对称轴平分，第二ET波导和第三ET波导、第四ET波导和第五ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构；5个ET波导各连接一个对外端口，第一对外端口为公共端口，被对称轴平分；第二对外端口和第三对外端口均为功分端口；第四对外端口和第五对外端口均为负载端口。功分器组件由所述的功分器级联组成。本发明结合Gysel的隔离思路应用到矩阵波导中，得到一种体积小、带隔离、等相位输出、耐大功率的Gysel型矩形波导功分器及其组件。
Description
技术领域
本发明涉及功率分配合成器件技术领域，具体为一种基于矩形波导的Gysel型功分器及其组件，常用于雷达系统、通讯系统链路功率分配与合成、通讯网络验证等环节。
背景技术
功率分配合成网络的实现方式有多种形式：微带，同轴、带状线、基片集成波导、矩阵波导等，但针对大功率而言，矩形波导已成为毫米波频段的首选。而常规的大功率功分器的实现方式有E-T、H-T,定向耦合、磨T等方式。但都各自存在相应的缺点，E-T\H-T都是不带隔离的功分，在功率合成系统链路中，芯片间会由于隔离度差而相互影响工作状态，影响合成效率，甚至烧毁芯片；定向耦合的方式可以满足常规20dB以上的隔离度，但是输出端口间相位差90°，需要功分、合成网络都要等相位差设计才能保证合成的效率。此外，定向耦合型功分器占用的体积大，对加工精度要求比较高。
发明内容
本发明的目的在于结合Gysel的隔离思路应用到矩阵波导中，得到一种体积小、带隔离、等相位输出、耐大功率的Gysel型矩形波导功分器；为了满足网络验证系统中需要的带内平坦度，还具备调谐与均衡的功能。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种基于矩形波导的Gysel型功分器，所述功分器整体为轴对称形，由外侧的 第一ET波导、第二ET波导、第三ET波导、第四ET波导、第五ET波导共5个ET波导和一个围在中间的闭环波导组合而成，第一ET波导被对称轴平分，第二ET波导和第三ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构，第四ET波导和第五ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构；5个ET波导各连接一个对外端口，第一ET波导连接的第一对外端口，第一对外端口为公共端口且为输入端，被对称轴平分；第二ET波导连接第二对外端口，第三ET波导连接第三对外端口，第二对外端口和第三对外端口均为功分端口且为输出端，到对称轴的距离相等；第四ET波导连接第四对外端口，第五ET波导连接第五对外端口，第四对外端口和第五对外端口均为负载端口且为隔离端，到对称轴的距离相等。
进一个步的，第一ET波导具有3个端口，其中一个端口与第一对外端口连接，另外具有尺寸相同的两个分端口，两个分端口分别连接第二ET波导和第三ET波导；第二ET波导具有3个尺寸不同的端口，其中一个连接第二对外端口，另外两个端口分别与第一ET波导和第四ET波导连接；第三ET波导具有3个尺寸不同的端口，其中一个连接第三对外端口，另外两个端口分别与第一ET波导和第五ET波导连接；第四ET波导具有3个端口，其中一个端口连接第四对外端口，另外两个端口分别与第二ET波导和第五ET波导连接；第五ET波导具有3个端口，其中一个端口连接第五对外端口，另外两个端口分别与第三ET波导和第四ET波导连接。
进一步的，第二ET波导与第四ET波导连接的端口、第三ET波导与第五ET波导连接的端口用于在功分端口出现反射、需要隔离时产生一路功分信号用以在另一功分端汇合时实现反相位抵消实现隔离。
进一步的，所述功分器是基于E面完成的整个架构，五个对外端口在窄边的宽度一致。
进一步的，第二ET波导和第三ET波导均设置有倒角，且倒角位置对称。
一种基于矩形波导的Gysel型功分器组件，由所述的功分器级联组成，由上一级的功分器的两个公分端口分别连接下一级的两个功分器的公共端口级联而成。
进一步的，有上、中、下3级，共7个功分器级联而成。
本发明的有益效果：
(1) 本发明采用五端口结构，相比与传统的E-T、H-T波导功分器，实现了两个分端口之间的隔离；
(2) 本发明与微带型的Gysel 型功分器相比，采用矩形波导结构，功率容量大、损耗小；
(3) 本发明采用矩形波导结构，结构设计简单易行，可以采用常规的金属导体（常用铝，铜等）加工成型即可，电路性能稳定无需调试，易于大规模使用和批量复制。
下面结合附图及具体实施方式对发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为基于矩形波导的Gysel型功分器结构示意图
图2为基于矩形波导的Gysel型功分器主视图；
图3为基于矩形波导的Gysel型功分器侧视图；
图4为第一波导平面结构示意图；
图5为第二波导平面结构示意图；
图6为第三波导平面结构示意图；
图7为第四波导平面结构示意图；
图8为第五波导平面结构示意图；
图9为1分8矩形波导Gysle功分器结构示意图；
图10为实施例2中1分8矩形波导Gysle功分器的公共端口驻波仿真与测试结果；
图11为实施例2中1分8矩形波导Gysle功分器的功分端口驻波仿真与测试结果；
图12为实施例2中1分8矩形波导Gysle功分器的幅度分配仿真和测试比较；
图13为实施例2中1分8矩形波导Gysle功分器的隔离仿真和测试比较。
具体实施方式
实施例1
如图1~8所示，一种基于矩形波导的Gysel型功分器，所述功分器整体为轴对称形，由外侧的 第一ET波导1、第二ET波导2、第三ET波导3、第四ET波导4、第五ET波导5共5个ET波导（即波导E-T分支，三端口器件）和一个围在中间的闭环波导6组合而成，第一ET波导被对称轴平分，第二ET波导和第三ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构，第四ET波导和第五ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构；5个ET波导各连接一个对外端口，第一ET波导连接的第一对外端口11，第一对外端口为公共端口且为输入端，被对称轴平分；第二ET波导连接第二对外端口21，第三ET波导连接第三对外端口31，第二对外端口21和第三对外端口31均为功分端口且为输出端，到对称轴的距离相等；第四ET波导连接第四对外端口41，第五ET波导连接第五对外端口51，第四对外端口41和第五对外端口51均为负载端口且为隔离端，到对称轴的距离相等。
第一ET波导1具有3个端口，其中一个端口101与第一对外端口11连接，另外具有尺寸相同的两个分端口102、103，两个分端口分别连接第二ET波导2和第三ET波导3；
第二ET波导2具有3个尺寸不同的端口，其中一个端口201连接第二对外端口21，另外两个端口202、203分别与第一ET波导1和第四ET波导4连接；
第三ET波导3具有3个尺寸不同的端口，其中一个端口301连接第三对外端口31，另外两个端口302、303分别与第一ET波导1和第五ET波导5连接；
第四ET波导4具有3个端口，其中一个端口401连接第四对外端口41，另外两个端口402、403分别与第二ET波导2和第五ET波导5连接；
第五ET波导5具有3个端口，其中一个端口501连接第五对外端口51，另外两个端口501、503分别与第三ET波导3和第四ET波导4连接。
第二ET波导与第四ET波导连接的端口、第三ET波导与第五ET波导连接的端口用于在功分端口出现反射、需要隔离时产生一路功分信号用以在另一功分端汇合时实现反相位抵消实现隔离。
本实施例中功分器是基于E面完成的整个架构，五个对外端口在窄边的宽度一致。第二ET波导和第三ET波导均设置有倒角，且倒角位置对称。
本实施例为基于矩形ET波导的Gysel 型功分器，由 5个ET波导和一个闭环波导结构组合而成，对外端口特征包括五个端口：第一对外端口、第二对外端口、第三对外端口、第四对外端口和第五对外端口；第一对外端口在功分器的中分线上，功分器关于中分线对称；其中第一对外端口为公共口，第二对外端口和第三对外端口为分口，第四对外端口和第五对外端口为负载端口，该发明是基于E面完成的整个架构，五个端口在窄边的宽度一致；
本实施例中第一ET波导具备一个公共口和两个分端口，是在整个功分器中实现功率分配的关键ET；第二ET波导和第三ET波导是一对镜像结构的ET，同样具备三个端口，但这三个端口的尺寸是有差异的，一个端口是直接输出的功率，一个端口是衔接第一ET波导的，剩下的一个端口则用于在功分端口出现反射，需要隔离时产生一路功分信号用以在另一功分端汇合时实现反相位抵消实现隔离；第四ET波导和第五ET波导也是一对镜像结构的E-T，具备三个端口，一路用于对接第二ET波导、第三ET波导，一路用于将隔离的信号引入到负载端，剩下一路则是完成第四ET波导与第五ET波导的对接。其中第二ET波导、第三ET波导，三个端口阻抗差异大，结构上易出现电场能量的局部储备，产生寄生容抗，这个位置需要倒角处理减轻这种不连续性的影响，改善实现良好的匹配和驻波。
该发明是基于矩形波导传输形式所开发的一类功分器，针对不同频率可以选用相应的标准矩形波导去设计，也可以根据产品需要采用非标矩形波导尺寸设计、或者介质波导开发设计都可以。
这种模式的功分器属于组合，既吸取了Gysle的隔离实现架构，又利用了矩形波导ET功率分配原理。实现了常规E-T，H-T，魔-T，缝隙电桥所不具备的优点，同相位、带隔离、易扩展。
实施例2
如图9所示，一种基于矩形波导的Gysel型功分器组件（即1分8矩形波导Gysle功分器），由实施例1所述的功分器级联组成，由上一级的功分器的两个功分端口分别连接下一级的两个功分器的公共端口级联而成。有上、中、下3级，共7个功夫器级联而成。实施例1中的为1分2矩形波导Gysle功分器，每个为1分8矩形波导Gysle功分器的一个单元。其测试结果如图10~13所示。
Claims (7)
1.一种基于矩形波导的Gysel型功分器，其特征在于：所述功分器整体为轴对称形，由外侧的 第一ET波导、第二ET波导、第三ET波导、第四ET波导、第五ET波导共5个ET波导和一个围在中间的闭环波导组合而成，第一ET波导被对称轴平分，第二ET波导和第三ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构，第四ET波导和第五ET波导分布在对称轴两边且互为镜像结构；5个ET波导各连接一个对外端口，第一ET波导连接的第一对外端口，第一对外端口为公共端口且为输入端，被对称轴平分；第二ET波导连接第二对外端口，第三ET波导连接第三对外端口，第二对外端口和第三对外端口均为功分端口且为输出端，到对称轴的距离相等；第四ET波导连接第四对外端口，第五ET波导连接第五对外端口，第四对外端口和第五对外端口均为负载端口且为隔离端，到对称轴的距离相等。
2.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于：
第一ET波导具有3个端口，其中一个端口与第一对外端口连接，另外具有尺寸相同的两个分端口，两个分端口分别连接第二ET波导和第三ET波导；
第二ET波导具有3个尺寸不同的端口，其中一个端口连接第二对外端口，另外两个端口分别与第一ET波导和第四ET波导连接；
第三ET波导具有3个尺寸不同的端口，其中一个端口连接第三对外端口，另外两个端口分别与第一ET波导和第五ET波导连接；
第四ET波导具有3个端口，其中一个端口连接第四对外端口，另外两个端口分别与第二ET波导和第五ET波导连接；
第五ET波导具有3个端口，其中一个端口连接第五对外端口，另外两个端口分别与第三ET波导和第四ET波导连接。
3.根据权利要求2所述的功分器，其特征在于：第二ET波导与第四ET波导连接的端口、第三ET波导与第五ET波导连接的端口用于在功分端口出现反射、需要隔离时产生一路功分信号用以在另一功分端汇合时实现反相位抵消实现隔离。
4.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于：所述功分器是基于E面完成的整个架构，五个对外端口在窄边的宽度一致。
5.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于：第二ET波导和第三ET波导均设置有倒角，且倒角位置对称。
6.一种基于矩形波导的Gysel型功分器组件，其特征在于：由权利要求1~5中任意一项所述的公分器级联组成，由上一级的功分器的两个功分端口分别连接下一级的两个功分器的公共端口级联而成。
7.根据权利要求6所述的功分器组件，其特征在于：有上、中、下3级，共7个功分器级联而成。
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| CN117254234A (zh) * | 2023-11-20 | 2023-12-19 | 南京纳特通信电子有限公司 | 一种大功率波导转换装置、芯片及功放 |
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