CN109301420B - 波导功分器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波导功分器，包括波导管和耦合输出组件，波导管沿直线延伸方向设置在直线延伸方向的两端设置有开口，波导管包括安装端面，耦合输出组件包括多个沿直线延伸方向布置的耦合输出单元，耦合输出单元包括同轴接头、探针和调谐螺钉，同轴接头安装在安装端面上，同轴接头穿过安装端面并伸入至波导管内部，探针位于波导管内部并连接于同轴接头，探针包括平行于主模电场的平行部，调谐螺钉螺纹配合地安装在安装端面上并位于同轴接头一侧上，调谐螺钉穿过安装端面伸入至波导管内部。本案可实现多路任意功分比的功率分配，且调试方便，易于实现，并且，波导上使用串联结构实现多路功分器，可有效地降低体积。

Description

波导功分器

技术领域

本发明涉及射频微波领域，尤其涉及一种波导功分器。本发明是基于申请日为2018年04月02日、申请号为CN201810283542.2的中国发明专利申请，上述发明的内容引入本文作为参考。

背景技术

随着天线阵列的尺寸越来越大，天线馈电网络上的损耗将对天线的效率有较大的影响，传统的微带传输线将无法满足远距离传输的需要，金属波导具有低损耗、功率容量高以及结构简单等优点，通常用于远距离高频信号传输，广泛应用在毫米波领域。

传统的多路微带功分器，由于微带线结构存在较高的损耗，在多路分配的时候需要较长的传输线，损耗会更高，由于端口数量增多会增加调试难度，传统方法是通过多个功分器并联构成，从而达到多路功率分配的目的，但该方式使结构变得复杂，且转接结构会引入额外的损耗。同时微带功分器带宽较窄，不适用于宽带应用。

传统并联型波导功分器因为空间原因只能实现较少端口的功率分配，随着端口数量的增加，其结构变得越来越复杂，其体积也会大大增加，限制了其实用特性。

通常串联型波导功分器常见于裂缝阵天线的设计，通过它对裂缝阵天线子阵进行馈电，通过宽边公共缝，将能量耦合到各个子阵中，应用范围较窄。

若要实现无栅瓣的电子扫描阵列天线，子阵之间距离大约为二分之一波长。每个双极化子阵需要两个功分器进行串联馈电。现有串联型波导功分器的各个耦合端口分布在波导的宽边上，而波导的宽边长度一般为二分之一波长。因此，在空间上使用现有的宽边串联型波导功分器很难实现，所以该类功分器很难满足双极化阵列天线的设计需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多路任意功分比的波导功分器。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种波导功分器，包括波导管和耦合输出组件，波导管沿直线延伸方向设置在直线延伸方向的两端设置有开口，波导管包括安装端面，耦合输出组件包括多个沿直线延伸方向布置的耦合输出单元，耦合输出单元包括同轴接头、探针和调谐螺钉，同轴接头安装在安装端面上，同轴接头穿过安装端面并伸入至波导管内部，探针位于波导管内部并连接于同轴接头，探针包括平行于主模电场的平行部，调谐螺钉螺纹配合地安装在安装端面上并位于同轴接头一侧上，调谐螺钉穿过安装端面伸入至波导管内部。

更进一步的方案是，探针的平行部垂直于直线延伸方向。

更进一步的方案是，波导功分器设置有沿直线延伸方向的第一布置线和第二布置线，第一布置线与第二布置线不共线设置，多个耦合输出单元分别设置在位于第一布置线和第二布置线上。

更进一步的方案是，位于第一布置线上的耦合输出单元与位于第二布置线上的耦合输出单元呈交错分布。

更进一步的方案是，探针包括垂直于主模电场的垂直部，垂直部与平行部连接。

更进一步的方案是，位于第一布置线上的耦合输出单元的探针的平行部的朝向与位于第二布置线上的耦合输出单元的探针的平行部的朝向相反。

更进一步的方案是，调谐螺钉位于探针的平行部的朝向方向的背侧。

更进一步的方案是，波导管呈矩形管状设置。

更进一步的方案是，每个探针的长度相同。

本发明的有益效果是，通过在波导管中设置耦合输出组件，利用连续可调的调谐螺钉和平行部，在波导窄边上实现多路功率的分配，且根据输出端口的数目，只改变功分器的长度，不在其他方向上增加功分器的尺寸，该特点使它适用于大型天线阵列的设计，进一步的，通过降低波导高度，可以使功分器能够堆叠起来使用，从而使它能够满足双极化天线阵列馈电网络的设计需求，另外利用连续可调的调谐螺钉和探针的不同设置，可实现多路任意功分比的功率分配，且调试方便，易于实现，并且，波导上使用串联结构实现多路功分器，可有效地降低体积。

附图说明

图1是本发明波导功分器实施例的结构图。

图2是本发明波导功分器实施例的结构爆炸图。

图3是本发明波导功分器实施例的位于耦合输出组件处的剖视图。

图4是本发明波导功分器实施例中输入端口反射系数实测结果。

图5是本发明波导功分器实施例中在2.8GHz处每个输出端口的幅度及相位实测结果。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参照图1和图2，波导功分器包括S波段的波导管11和两组耦合输出组件，每组耦合输出组件分别包括多个耦合输出单元21、22，波导管11沿直线延伸方向X设置，波导管11在直线延伸方向X的两端设置有开口121和开口141，并且波导管11内在两端上分别设置有法兰盘12和14，波导管11呈矩形管状设置，其中波导管11包括位于上端部的安装端面111，安装端面111上设置有多组贯穿的定位孔112。而矩形管状的波导管11中的安装端面111是窄边的端面，两侧面是较宽的宽边端面，本案是将耦合输出组件设置在窄边的端面上，继而实现窄边耦合。

参照图3并结合图2，波导功分器设置有沿直线延伸方向X的第一布置线和第二布置线，第一布置线与第二布置线不共线设置，多个耦合输出单元沿直线延伸方向X布置的，具体地，耦合输出单元21设置在位于第一布置线并共线设置，耦合输出单元22设置在位于第二布置线并共线设置，本布置线是虚拟的用于表示方位，在实际产品中并不存在。位于第一布置线上的耦合输出单元21与位于第二布置线上的耦合输出单元22呈交错分布。而耦合输出单元21靠左侧设置，耦合输出单元22靠右侧设置。

耦合输出单元均基本相同结构，只有探针的朝向角度存在不同设置，下面将以耦合输出单元21进行说明。耦合输出单元21包括同轴接头212、探针213和调谐螺钉211，同轴接头212安装在安装端面111上，同轴接头包括输入输出端口、内导体和外导体，内导体用于连接探针，同轴接头的作用也是连接同轴线，另外，本案同轴接头可替换成同轴线，同轴接头与同轴线均在本发明的保护范围内。

同轴接头212穿过安装端面111的定位孔112并伸入至波导管内部，以开口121作为输入端，该开口121和第一个同轴接头212之间距离为80mm，而开口141作为波导管末端与最后一个耦合输出端的距离也为80mm。耦合输出单元21输出端口和耦合输出单元22输出端口的间距约为对应中心频率的二分之一个波导波长(λg/2)，也可小于或者大于λg/2，端口间距的选取决定了功分器的工作状态，若为λg/2，功分器工作于驻波状态，若小于或者大于λg/2，则功分器工作于行波状态。

调谐螺钉211螺纹配合地安装在安装端面111上并位于同轴接头212一侧上，调谐螺钉211穿过安装端面111伸入至波导管内部，调谐螺钉211可沿竖直方向Z进行位置调节，调谐螺钉211位于探针213的平行部215的朝向方向的背侧。并且，调谐螺钉的位置可以是图中位置，也可以是端口对侧，或者其他位置，具体应以能够实现调节耦合度为前提，其次考虑方便调节。

探针213呈L型设置，探针213包括平行于主模电场的平行部215和垂直于主模电场的垂直部214，垂直部214与平行部215连接，探针213位于波导管内并通过垂直部214连接于同轴接头212，探针213的平行部215垂直于直线延伸方向X，垂直部214也垂直于直线延伸方向X并垂直于波导主模TE10模的电场分布，平行部215平行于TE10模的电场，其中垂直于电场的部分不耦合能量，平行于电场的部分将产生感应电流，从而将能量耦合到输出端口处。另外，根据所需的功率分配比可以计算出各个端口的耦合度，从而可以通过对探针的设置，实现对应的功率分配比，而在本实施例外，探针的实现方式是任意的，可以是同轴型探针，也可以是微带线构成的探针，或者共面波导构成的探针。

通过相邻两个L型探针平行部朝向相反，在相邻两个输出端口之间引入180°相位差，加上两相邻输出端口间的空间相位差，空间相位差约180°其与λg/2对应，达到输出相位接近于同相或具有小相位差，而该相位差由空间相位差决定。

跟据所需泰勒窗函数分布，计算得到每个输出端口的耦合功率幅度，从而根据端口耦合功率幅度分别对每个探针进行设置，如探针的平行部的长度依次沿直线延伸方向先增加后减少，其根据计算所需耦合功率幅度来决定，其满足的规律为，尾部弯折的长度越长，所在位置的电场强度越大，则耦合的功率幅度越大。

位于第一布置线上探针213的平行部215的朝向是由左向右，位于第二布置线上的探针的平行部225的朝向是由右向左的，即平行部215的朝向与平行部225的朝向相反。

在本实施例外，波导管还可以采用圆波导管或脊波导管均可实现本发明目的，同样是在本发明的保护范围之内。

另外还需要说明的是，在波导功分器工作于行波状态时，一个开口作为输入端，另一个开口作为负载端，工作期间是不能互换的，而波导功分器工作于驻波状态时，两个开口的工作性质是可以互换的。

参照图4，图4为设计的波导功分器的输入端口反射系数实测结果，参照图5，图5为设计的波导功分器在2.8GHz处每个输出端口的幅度及相位实测结果。

由上可见，通过在波导窄边开口耦合，且使用串联结构可实现多路功分器，降低功分器体积，通过改变探针的结构(弯折的位置及弯折的角度)实现耦合量的调整，可以实现等分及不等分的设计。

通过上述方法，本案实现在波导窄边上实现多路功率的分配，且根据输出端口的数目，只改变功分器的长度，不在其他方向上增加功分器的尺寸，该特点使它适用于大型天线阵列的设计，进一步的，通过降低波导高度，可以使功分器能够堆叠起来使用，从而使它能够满足双极化天线阵列馈电网络的设计需求，另外利用连续可调的调谐螺钉和探针的不同设置，可实现多路任意功分比的功率分配并且，波导上使用串联结构实现多路功分器，可有效地降低体积。

Claims (10)

1.波导功分器，其特征在于，包括波导管和耦合输出组件，所述波导管沿直线延伸方向设置，在所述直线延伸方向的两端设置有开口，所述波导管包括安装端面；

所述耦合输出组件包括多个沿直线延伸方向布置的耦合输出单元，所述耦合输出单元包括同轴接头、探针和调谐螺钉，所述同轴接头安装在所述安装端面上，所述同轴接头穿过所述安装端面并伸入至所述波导管内部，所述探针位于所述波导管内部并连接于所述同轴接头，所述探针包括平行于主模电场的平行部，所述调谐螺钉螺纹配合地安装在所述安装端面上并位于所述同轴接头一侧上，所述调谐螺钉穿过所述安装端面伸入至所述波导管内部。

2.根据权利要求1所述的波导功分器，其特征在于：

所述探针的平行部垂直于所述直线延伸方向。

3.根据权利要求2所述的波导功分器，其特征在于：

所述波导功分器设置有沿所述直线延伸方向的第一布置线和第二布置线，所述第一布置线与所述第二布置线不共线设置，多个所述耦合输出单元分别设置在位于所述第一布置线和所述第二布置线上。

4.根据权利要求3所述的波导功分器，其特征在于：

位于所述第一布置线上的所述耦合输出单元与位于所述第二布置线上的所述耦合输出单元呈交错分布。

5.根据权利要求4所述的波导功分器，其特征在于：

所述探针包括垂直于主模电场的垂直部，所述垂直部与所述平行部连接。

6.根据权利要求5所述的波导功分器，其特征在于：

位于所述第一布置线上的所述耦合输出单元的所述探针的平行部的朝向与位于所述第二布置线上的所述耦合输出单元的所述探针的平行部的朝向相反。

7.根据权利要求6所述的波导功分器，其特征在于：

所述调谐螺钉位于所述探针的平行部的朝向方向的背侧。

8.根据权利要求1所述的波导功分器，其特征在于：

所述波导管呈矩形管状设置。

9.根据权利要求1至8任一项所述的波导功分器，其特征在于：

所述探针的所述平行部的长度依次沿所述直线延伸方向先增加后减少。

10.根据权利要求1至8任一项所述的波导功分器，其特征在于：

每个所述探针的长度相同。