CN110783682A - 一种宽带矩形波导魔t - Google Patents

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CN110783682A CN201911005122.9A CN201911005122A CN110783682A CN 110783682 A CN110783682 A CN 110783682A CN 201911005122 A CN201911005122 A CN 201911005122A CN 110783682 A CN110783682 A CN 110783682A
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张人天
胡春江
彭安尽
来晋明
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Southwest China Research Institute Electronic Equipment
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/20—Magic-T junctions

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Abstract

本发明涉及微波技术领域，公开了一种宽带矩形波导魔T，包括：E臂波导、E臂匹配波导、H臂波导、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、两路分支波导、两路分支匹配波导、T形耦合腔和阶梯匹配圆柱；T形耦合腔包括E面端口、H面端口、两路分支端口等四个端口；E面端口与E臂匹配波导、E臂波导依次相连，实现信号的输入；H面端口与第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导以及H臂波导依次相连，实现隔离信号的输出；两路分支端口与两路分支匹配波导和两路分支波导依次相连，实现功分信号的输出。本发明的宽带矩形波导魔T匹配结构简单，各端口阻抗匹配较好，相对带宽达40％以上。

Description

一种宽带矩形波导魔T
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种宽带矩形波导魔T。
背景技术
魔T是微波毫米波系统中广泛应用的一种功能单元，其功能是将一个输入端口的信号等比例分配到两个输出端口，同时在隔离端口连接负载后提供输出端口间良好的隔离性能。通常的组成包括E臂、H臂、分支波导和匹配结构。魔T作为一种对称的四端口微波功能单元，各端口匹配特性良好，隔离度高，广泛运用于功率合成、天馈系统、波束形成等网络中。
常规的矩形波导魔T工作带宽较窄，为拓展带宽往往引入较为复杂的阻抗匹配结构，体积较大，且对加工和装配要求较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种结构简单的宽带高性能矩形波导魔T。
本发明采用的技术方案如下：一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，包括：E臂波导、E臂匹配波导、H臂波导、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、两路分支波导、两路分支匹配波导、T形耦合腔和阶梯匹配圆柱；
所述T形耦合腔包括E面端口、H面端口和两路分支端口；所述E面端口与所述E臂匹配波导的一个端口连接，所述E臂匹配波导的另一端口与E臂波导连接，信号从E臂波导溃入；
所述H面端口、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、H臂波导依次相连，隔离信号从H臂波导输出；H面端口为隔离端口，通过外界负载或填充吸波材料实现隔离特性；
所述两路分支端口、两路分支匹配波导、两路分支波导依次相连，功分后的信号由两路分支波导输出，两路分支端口结构尺寸相同，位置相对。
进一步的，所述阶梯匹配圆柱位于所述T形耦合腔中心部位，所述阶梯匹配圆柱顶面朝向E面端口所在方向，所述阶梯匹配圆柱底面位于E面端口反方向。这样设置阶梯匹配圆柱便于对T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度进行阻抗匹配。
进一步的，所述阶梯匹配圆柱为三段式结构，圆柱直径自底面向顶面依次缩小。三段阶梯式的圆柱设计,有效增加了匹配圆柱的阻抗匹配带宽,提高端口隔离度和端口驻波特性。
进一步的，所述E臂波导、H臂波导和两路分支波导分别为其相应频段的国际标准矩形波导管。采用相应频段的国际标准矩形波导管便于与外部设备端口连接。
进一步的，所述E臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于国际标准值，其短边大于国际标准值。这样便于对输入端口进行阻抗匹配。
进一步的，所述第一H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于国际标准值，短边等于国际标准值。
进一步的，所述第二H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边和短边均小于国际标准值。第一H臂匹配波导和第二H臂匹配波导共同实现隔离端口的宽带阻抗匹配。
进一步的，所述第一H臂匹配波导的边缘做切角处理，处理为90°拐角结构。这样使所述H臂波导的方向转为与所述E臂波导平行，减小体积。
进一步的，所述两路分支匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边等于国际标准值，短边小于国际标准值。T形耦合腔两路分支匹配波导和两路分支波导共同形成尺寸渐变结构，有助于实现宽带阻抗变换。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明的宽带矩形波导魔T匹配结构简单，各端口阻抗匹配较好，相对带宽达40％以上。
附图说明
图1为本发明内部空气腔三维视图；
图2为本发明各端口驻波特性曲线；
图3为本发明输入端口和隔离端口之间隔离度曲线；
图4为本发明两路输出端口功率分配曲线；
图5为本发明两路输出端口之间隔离度曲线；
附图标记：1-E臂波导、2-E臂匹配波导、3-T形耦合腔、4-两路分支波导、5-两路分支匹配波导、6-H臂波导、7-第一H臂匹配波导、8-第二H臂匹配波导、9-转向切角、10-阶梯匹配圆柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
如图1所示，一种宽带矩形波导魔T，包括：E臂波导、E臂匹配波导、H臂波导、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、两路分支波导、两路分支匹配波导、T形耦合腔和阶梯匹配圆柱。
所述T形耦合腔包括四个端口，分别是E面端口、H面端口以及两路分支端口。E面端口与所述E臂匹配波导的一个端口连接，所述E臂波导连接在E臂匹配波导的另一个端口，信号从E臂波导馈入。H面端口与所述第一H臂匹配波导、所述第二H臂匹配波导、H臂波导依次连接；H面端口为隔离端口，通过外界负载或填充吸波材料实现隔离特性；两路分支端口结构尺寸相同，位置相对，两路分支端口依次与两路分支匹配波导、两路分支波导连接，两路分支波导即为两路信号输出端口。
所述阶梯匹配圆柱位于所述T形耦合腔中心部位，阶梯匹配圆柱顶面朝向E面端口所在方向，阶梯匹配圆柱底面位于E面端口反方向。这样设置阶梯匹配圆柱便于对T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度进行阻抗匹配。
所述E臂波导为相应频段的国际标准矩形波导管，便于与外部设备端口连接，所述E臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于标准值，其短边大于标准值；这样便于对输入端口进行阻抗匹配。
所述H臂波导为相应频段的国际标准矩形波导管，便于与外部设备端口连接，所述第一H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于标准值，短边等于标准值，所述第二H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边和短边均小于标准值；第一H臂匹配波导和第二H臂匹配波导共同实现隔离端口的宽带阻抗匹配。
所述两路分支波导为相应频段的国际标准矩形波导管，便于与外部设备端口连接，所述两路分支匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边等于标准值，短边小于标准值。T形耦合腔两路分支匹配波导和两路分支波导共同形成尺寸渐变结构，有助于实现宽带阻抗变换。
所述E臂匹配波导、H臂匹配波导、H臂匹配波导、两路分支匹配波导、T形耦合腔和阶梯匹配圆柱共同进行阻抗匹配，实现各个端口宽带阻抗匹配。
当本发明宽带矩形波导魔T工作时，输入信号由所述E臂波导输入，所述E臂匹配波导对输入端口进行阻抗匹配。信号在所述T型耦合腔中进行两路功分，功分后的两路信号由所述两路分支波导输出，所述两路分支匹配波导对输出端口进行阻抗匹配。隔离信号由所述H臂波导输出，所述第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导和所述第一H臂匹配波导的转向切角对隔离端口进行阻抗匹配。所述阶梯匹配圆柱对所述T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度进行阻抗匹配。
以上所述各组成部分对魔T性能的影响并不独立，需综合仿真优化设计，以获得良好的性能。仿真曲线图如图2、图3、图4、图5所示。
图2是本发明的四端口驻波曲线，可知在相对带宽40％的工作带宽内，四个端口的驻波均小于1.16。
图3是本发明的输入端口和隔离端口的隔离度曲线，可知在相对带宽40％的工作带宽内，两个端口的隔离度大于56dB。
图4是本发明的两路输出信号的功率分配曲线，可知在相对带宽40％的工作带宽内，功率分配度优于3dB±0.04dB。
图5是本发明的两路输出信号的隔离度曲线，可知在相对带宽40％的工作带宽内，两路输出信号隔离度大于25dB。
本实施例所设计的宽带矩形波导魔T可以实现整个Ka频段(26.5GHz～40GHz)的两路功率分配，在相对带宽40％的工作带宽内性能优良。
实施例2
本实施例与实施例1基本一致，优选地，所述阶梯匹配圆柱为三段式结构，圆柱直径自底面向顶面依次缩小。三段阶梯式的圆柱设计,有效增加了匹配圆柱的阻抗匹配带宽,提高端口隔离度和端口驻波特性。
实施例3
本实施例与实施例1/2基本一致，优选地，所述第一H臂匹配波导其边缘做切角处理，将其处理为90°拐角结构，使所述H臂波导的方向转为与所述E臂波导平行，减小体积。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，包括：E臂波导、E臂匹配波导、H臂波导、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、两路分支波导、两路分支匹配波导、T形耦合腔和阶梯匹配圆柱；
所述T形耦合腔包括E面端口、H面端口和两路分支端口；所述E面端口与所述E臂匹配波导的一个端口连接，所述E臂匹配波导的另一端口与E臂波导连接，信号从E臂波导溃入；所述H面端口、第一H臂匹配波导、第二H臂匹配波导、H臂波导依次相连，隔离信号从H臂波导输出；所述两路分支端口、两路分支匹配波导、两路分支波导依次相连，功分后的信号由两路分支波导输出。
2.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述阶梯匹配圆柱位于所述T形耦合腔中心部位，所述阶梯匹配圆柱顶面朝向E面端口所在方向，所述阶梯匹配圆柱底面位于E面端口反方向。
3.根据权利要求2所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述阶梯匹配圆柱为三段式结构，所述阶梯匹配圆柱直径自底面向顶面依次缩小。
4.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述E臂波导、H臂波导和两路分支波导分别为其相应频段的国际标准矩形波导管。
5.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述E臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于国际标准值，其短边大于国际标准值。
6.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述第一H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边小于国际标准值，短边等于国际标准值。
7.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述第二H臂匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边和短边均小于国际标准值。
8.根据权利要求6所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述第一H臂匹配波导的边缘做切角处理，处理为90°拐角结构。
9.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述两路分支匹配波导为非国际标准矩形波导管，其长边等于国际标准值，短边小于国际标准值。
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