CN109004327A - 一种非标波导魔t功率分配/合成器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非标波导魔T功率分配/合成器，属于微波毫米波无源器件领域。其包括E臂、H臂、两个侧臂，以及位于波导腔内的阻抗匹配结构；阻抗匹配结构包括位于E臂正下方的台阶结构以及位于E臂末端的两个长方体金属块；两个长方体金属块分别位于E臂的两个窄边处。本发明具有隔离度好、工作带宽宽、插损小、体积小、结构简单的特点，特别适合应用于卫星通信微波信道发射机设备的功率合成器。
Description
技术领域
本发明涉及一种非标波导魔T功率分配/合成器，它属于微波毫米波无源器件领域中的功率分配/合成器，特别适用于作为卫星通信微波信道设备功率放大器的功率合成器。
背景技术
卫星通信正在向Ka等更高的通信频段发展，通信容量越来越大，因而所需要的微波毫米波信道设备的功率越来越大，但是在微波毫米波频段单个固态功率放大器芯片的输出功率有限，因而在卫星通信的高频段固态功率放大器均采用功率合成的方式。目前，在这些频段应用最多的功率合成技术是波导内空间功率合成，波导内空间功率合成既能有效地解决各个功率单片的散热又能提高多路合成时的功率合成效率，更适合应用于在这些频段产生较大的整机输出功率。因此幅度相位一致性好、隔离度高、体积小的功率分配/合成器就成了研制高功率输出微波毫米波功率放大器的瓶颈之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微波毫米波频段非标波导魔T功率分配/合成器，具有体积小、重量轻、合成效率高、频带宽的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种非标波导魔T功率分配/合成器，包括E臂、H臂、两个侧臂，以及位于波导腔内的阻抗匹配结构；所述E臂、H臂和两个侧臂均为减高的非标矩形波导，所述阻抗匹配结构包括位于E臂正下方的台阶结构以及位于E臂末端的两个长方体金属块；所述台阶结构包括设于波导腔底面上的第一圆柱以及立于第一圆柱上的与第一圆柱同心的第二圆柱，第一圆柱的半径大于第二圆柱的半径，第二圆柱伸入于E臂的波导腔内；两个长方体金属块分别位于E臂的两个窄边处，所述长方体金属块的底面与E臂波导腔的末端端面持平，所述长方体金属块的两端分别延及E臂的两个宽边。
可选的，所述E臂、H臂和两个侧臂的宽高比的取值范围均为3～5:1。
可选的，所述台阶结构通过一连接体固定于所述波导腔内；所述连接体与第一圆柱等高，连接体的延伸方向与H臂的开口方向平行，连接体的横截面为矩形，连接体的一端与第一圆柱连接，另一端与波导腔的侧壁连接。
本发明采用上述技术方案相对于现有技术而言所产生的有益效果在于：
本发明非标波导魔T功率分配/合成器的四个波导口都是减高的非标波导，在满足功率分配/合成器基本性能的前提条件下，最大程度上减小了波导魔T功率分配/合成器的体积和重量。
特别是在3dB波导电桥级联实现的二进制树形多路功率合成时，该结构可以大大减小波导功率合成网络的体积。
总之，本发明相对于现有技术来说，具有体积小、重量轻、合成效率高、频带宽的优点，是对现有技术的一种重要改进。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中阻抗匹配结构的示意图；
图3是本发明的外观结构示意图；
图4为Ka频段非标波导魔T端口驻波的仿真结果图；
图5为Ka频段非标波导魔T非标波导口1、2、3的S参数仿真结果图；
图6为Ka频段非标波导魔T端口隔离度仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种非标波导魔T功率分配/合成器，包括E臂、H臂、两个侧臂，以及位于波导腔内的阻抗匹配结构；所述E臂、H臂和两个侧臂均为减高的非标矩形波导，所述阻抗匹配结构包括位于E臂正下方的台阶结构以及位于E臂末端的两个长方体金属块；所述台阶结构包括设于波导腔底面上的第一圆柱以及立于第一圆柱上的与第一圆柱同心的第二圆柱，第一圆柱的半径大于第二圆柱的半径，第二圆柱伸入于E臂的波导腔内；两个长方体金属块分别位于E臂的两个窄边处，所述长方体金属块的底面与E臂波导腔的末端端面持平，所述长方体金属块的两端分别延及E臂的两个宽边。
可选的，所述E臂、H臂和两个侧臂的宽高比的取值范围均为3～5:1。
可选的，所述台阶结构通过一连接体固定于所述波导腔内；所述连接体与第一圆柱等高，连接体的延伸方向与H臂的开口方向平行，连接体的横截面为矩形，连接体的一端与第一圆柱连接，另一端与波导腔的侧壁连接。
具体来说，如图1和2所示，一种非标波导魔T功率分配/合成器，其包括相互连通的四个非标波导口1、非标波导口2、非标波导口3、非标波导口4。
单个非标波导魔T具体加工实现方法有多种，一种简单的加工实现方法是在非标波导口2、非标波导口3和非标波导口4所确定的平面波导的内壁上边沿将其分成上下两个金属腔，即非标波导魔T上金属腔10和非标波导魔T下金属腔11，如图3所示。
在此情况下，长方体金属块5和长方体金属块6可以通过机加工的方式设置在非标波导魔T上金属腔10上，圆金属柱7、圆金属柱8、长方体金属块9可以通过机加工的方式设置在非标波导魔T下金属腔11上；非标波导魔T上金属腔10和非标波导魔T下金属腔11可以通过螺钉或焊接等方式固定在一起。
该非标波导魔T功率分配/合成器的非标波导口1作为输入端，非标波导口4作为负载端时，非标波导口2、3的输出信号等幅、反相；非标波导口4作为输入端，非标波导口1作为负载端时，非标波导口2、3的输出等幅、同相。该4端口网络的4个端口均能同时匹配，非标波导口2、3间的隔离度优于20dB。非标波导魔T通过E臂T型结处的两个矩形金属块5、6和E臂对面的双阶梯金属柱7、8进行匹配，为便于非标波导魔T的加工实现利用矩形金属块9将匹配大金属柱8与波导臂连接。该发明具有隔离度好、工作带宽宽、插损小、体积小、结构简单的特点，特别适合应用于卫星通信微波信道发射机设备的功率合成器。
本发明的简要工作原理及性能如下：
如图4～6所示，输入信号从非标波导口1激励时，非标波导口2和非标波导口3有等幅、反相的信号输出，非标波导口4为负载端口，非标波导口2和非标波导口3的端口驻波优于-20dB，且两个端口之间的隔离度优于20dB；输入信号从非标波导口4激励时，非标波导口2和非标波导3有等幅、同相的信号输出，非标波导口1为负载端口，非标波导口2和非标波导口3的端口驻波优于-20dB，且两个端口之间的隔离度优于20dB。
总之，本发明相对于现有技术来说，具有体积小、重量轻、合成效率高、频带宽的优点，是对现有技术的一种重要改进。
需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种非标波导魔T功率分配/合成器，包括E臂、H臂、两个侧臂，以及位于波导腔内的阻抗匹配结构；其特征在于，所述E臂、H臂和两个侧臂均为减高的非标矩形波导，所述阻抗匹配结构包括位于E臂正下方的台阶结构以及位于E臂末端的两个长方体金属块；所述台阶结构包括设于波导腔底面上的第一圆柱以及立于第一圆柱上的与第一圆柱同心的第二圆柱，第一圆柱的半径大于第二圆柱的半径，第二圆柱伸入于E臂的波导腔内；两个长方体金属块分别位于E臂的两个窄边处，所述长方体金属块的底面与E臂波导腔的末端端面持平，所述长方体金属块的两端分别延及E臂的两个宽边。
2.根据权利要求1所述的一种非标波导魔T功率分配/合成器，其特征在于，所述E臂、H臂和两个侧臂的宽高比的取值范围均为3～5:1。
3.根据权利要求1所述的一种非标波导魔T功率分配/合成器，其特征在于，所述台阶结构通过一连接体固定于所述波导腔内；所述连接体与第一圆柱等高，连接体的延伸方向与H臂的开口方向平行，连接体的横截面为矩形，连接体的一端与第一圆柱连接，另一端与波导腔的侧壁连接。
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