CN111029702B - 一种内置负载的波导三路功分器 - Google Patents

Abstract

一种内置负载的波导三路功分器，包括波导腔体和盖板，盖板盖在腔体上构成三路波导，分别是主路波导和第一和二波导分支；对于主路波导：主路波导成柱形，该柱形的轴线是直线l1；主路波导的波导入口和主路波导出口位于柱形的首尾两端；对于第一波导分支：第一波导分支位于主路波导的左侧；第一波导分支出口连接于第一波导分支的主体尾端；第一波导分支自前到后依次：第一波导腔、第一负载支路的台阶式阻抗变换、第一负载支路的耦合口、第一主路耦合窗、第一分支路耦合窗和第一分支路台阶式阻抗变换器；第一波导腔的顶端连接有第一内置负载；第一主路耦合窗与主路波导的中间位置是连通的；第二波导分支与第一波导分支关于直线l1成镜像对称。

Description

一种内置负载的波导三路功分器

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，具体涉及的是一种内置羰基铁负载的波导三路功分器。

背景技术

随着微波系统和设备的不断发展，对通信方式的便捷性和高速度的需求越来越高，微波卫星通信技术是解决这个需求的一种通信形式。在微波通信中，系统或设备内的结构和工作方式越来越复杂，系统或设备内的信道数可能会跟实际需要而定，通常情况下信道数是2^N路，其中N是自然数。当遇到不符合2^N信道数要求的情况下，这时就可能用到奇数的信道数，例如三路、五路等等。本发明的内置羰基铁负载的波导三路功分器就可以满足三路信道的功率分配或合成的要求。但往往奇数的波导功分器开发难度大，装配结构复杂。传统的微波波导三路功分器在结构、指标、性能、结构等方面都有诸多不足。这就需要有全新的符合设备高要求的内置羰基铁负载的波导三路功分器来弥补上述缺陷，内置羰基铁负载的波导三路功分器就在这样的要求下应运而生。内置羰基铁负载的波导三路功分器具有结构简单，加工复杂度低、装配误差对技术指标影响小等突出优点，同时由于结构简单，提高了生产效率，也大大的提高了器件的可靠性，在微波设备和系统中有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明提出一种内置羰基铁负载的波导三路功分器，属于微波波导器件领域。主要解决了波导三路功分器设计困难、结构复杂等技术难题。具体如下：

一种内置负载的波导三路功分器，包括波导腔体和盖板。盖板盖在腔体上构成三路波导，分别是主路波导和第一波导分支和第二波导分支；

对于主路波导：

主路波导成柱形，该柱形的轴线是直线l1；主路波导的波导入口和主路波导出口位于柱形的首尾两端；

对于第一波导分支：

第一波导分支位于主路波导的右侧；第一波导分支的主体是柱形，该柱形的轴线是弧线；第一波导分支出口通过第一分离波导支路输出方向的直角转换连接于第一波导分支的主体尾端；

第一波导分支的前部和后部关于直线l2对称；直线l2与直线l1相互垂直；

第一波导分支自前到后依次：第一波导腔、第一负载支路的台阶式阻抗变换、第一负载支路的耦合口、第一主路耦合窗、第一分支路耦合窗和第一分支路台阶式阻抗变换器；

第一波导腔顶端连接有第一内置负载；

所述第一主路耦合窗的中线为直线l2；

第一主路耦合窗与主路波导的中间位置是连通的；

对于第二波导分支：

第二波导分支与第一波导分支关于直线l1成镜像对称；第二波导分支的第二主路耦合窗与主路波导的中间位置是连通的；

第一波导分支出口的中线和第二波导分支的第二波导分支出口的中线位于同一直线l3上，直线l3与直线l1相互垂直；

主路波导的波导入口作为三个波导分支的公共波导输入口。

进一步，所述盖板上有螺丝孔，波导腔体上有螺纹孔，波导盖板和腔体通过二者上的螺丝孔、螺纹孔以及螺丝定位紧固；波导腔体和盖板上有对应的定位销钉及销钉孔。

进一步，所述公共波导输入口是BJ140波导输入口；第一波导分支出口、第二波导分支出口和主路波导出口是BJ140波导分支输出口。

进一步，耦合窗的高度和波导的窄边尺寸一致。

进一步，第一内置负载和第二波导分支的第二内置负载都是圆锥型负载。

进一步，是第一内置负载和第二内置负载的材质是羰基铁负载材料、陶瓷负载材料。

进一步，第一内置负载和第二内置负载可拆卸地连接在第一波导分支和第二波导分支的首端。

本发明的主要特点是整个内置(羰基铁)负载的波导三路功分器结构比较简单，加工方便，装配对性能指标的影响几乎可以忽略，技术指标优良等特点。

附图说明

图1为本实施例的波导三路功分器主腔体结构图；

图2为本实施例的波导三路功分器主盖板结构图；

图中：波导腔体(1)、第一内置羰基铁负载(2)、公共波导输入口(3)、第二内置羰基铁负载(4)、第一波导腔(5)、第一负载支路的台阶式阻抗变换(6)、第一负载支路的耦合口(7)、第一主路耦合窗(8)、第一分支路耦合窗(9)、第一分支路台阶式阻抗变换器(10)、第一分离波导支路输出方向的直角转换(11)、第一波导分支出口(12)、螺纹孔(13)、第二波导分支出口(14)、波导腔体上的定位销钉(15)、盖板上的与定位销钉(15)对应的定位销孔(15’)、主路波导出口(16)、第二分支路台阶式阻抗变换器(17)、第二分支路耦合窗(18)、第二主路耦合窗(19)、第二负载支路的耦合口(20)、第二负载支路的台阶式阻抗变换(21)、第二波导腔(22)、盖板上的定位销钉(23)、波导腔体上的与定位销钉(23)对应的定位销孔(23’)、螺丝孔(24)、盖板(25)。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步说明：

如图1和2，本例的一种内置负载的波导三路功分器，包括波导腔体和盖板。盖板盖在腔体上构成三路波导，分别是主路波导和第一波导分支和第二波导分支；

对于主路波导：

主路波导成柱形，该柱形的轴线是直线l1；主路波导的波导入口和主路波导出口16位于柱形的首尾两端；

对于第一波导分支：

第一波导分支位于主路波导的右侧；第一波导分支的主体是柱形，该柱形的轴线是弧线；第一波导分支出口12通过第一分离波导支路输出方向的直角转换11连接于第一波导分支的主体尾端；

第一波导分支的前部和后部关于直线l2对称；直线l2与直线l1相互垂直；

第一波导分支自前到后依次：第一波导腔5、第一负载支路的台阶式阻抗变换6、第一负载支路的耦合口7、第一主路耦合窗8、第一分支路耦合窗9和第一分支路台阶式阻抗变换器10；

第一波导腔5的顶端连接有第一内置负载2；

所述第一主路耦合窗8的中线为直线l2；

第一主路耦合窗8与主路波导的中间位置是连通的；

对于第二波导分支：

第二波导分支与第一波导分支关于直线l1成镜像对称；第二波导分支的第二主路耦合窗19与主路波导的中间位置是连通的；

第一波导分支出口12的中线和第二波导分支的第二波导分支出口14的中线位于同一直线l3上，直线l3与直线l1相互垂直；

主路波导的波导入口作为三个波导分支的公共波导输入口3。

本例中：

所述盖板上有螺丝孔，波导腔体上有螺纹孔，波导盖板和腔体通过二者上的螺丝孔、螺纹孔以及螺丝定位紧固；波导腔体和盖板上有对应的定位销钉及销钉孔。

所述公共波导输入口是BJ140波导输入口；第一波导分支出口、第二波导分支出口和主路波导出口是BJ140波导分支输出口。

耦合窗的高度和主路波导的窄边即主路波导的径向截面的较短一边的边长尺寸一致。

第一内置负载和第二波导分支的第二内置负载都是圆锥型负载。

第一内置负载和第二内置负载的材质是羰基铁负载材料、陶瓷负载材料。本例中，选择的是羰基铁负载材料。

第一内置负载和第二内置负载可拆卸地连接在第一波导分支和第二波导分支的首端。

下面，对本技术方案的原理说明如下：

本波导功分器是基于波导耦合器的原理实现，但又不拘泥于传统耦合器的孔耦合，因为传统的孔耦合在加工上相对复杂，而且效果也因加工尺寸的误差而变坏。本发明的思想是直接将耦合孔做成耦合窗，窗的宽度根据实际的指标要求来优化，窗的高度直接和波导的窄边尺寸一致，这样就大大降低了加工难度，而且耦合窗尺寸相对于常规耦合孔来说尺寸更大，常规的加工尺寸公差不会对器件指标产生大的影响，这是本波导三路功分器的一个重要创新之处，从根本上解决了常规波导三路功分器的传统设计方式，解决加工难题。

本发明的波导三路功分器，波导腔里面内置圆锥型羰基铁负载，微波信号从公共波导输入口(主路波导入口)输入，到达耦合窗的位置后，一路经过中间主路波导口直接输出；第二路经过主路耦合窗19后，大部分能量通过支路耦合口18进入阶梯阻抗变换波导17后，通过波导支路输出方向的直角转换到达第二路输出口14，很小一部分能量通过负载支路的耦合口20经过负载支路的台阶式阻抗变换21到达羰基铁吸收负载4，之后被羰基铁负载4所吸收。

由对称性，第一路的情况也是和第二路是一样的，信号经过第一主路耦合窗8后，大部分能量通过第一支路耦合口9进入阶梯阻抗变换波导10后，通过波导支路输出方向的直角转换11到达第一路输出口12，很小一部分能量通过第一路负载支路的耦合口7经过负载支路的台阶式阻抗变换6到达羰基铁吸收负载4，之后被羰基铁负载所吸收。

经过以上过程，公共波导输入口(主波导口)输入的信号被等分成三路，分别从不同的三个波导支路输出，达到了一路输入三路输出的波导三路功分器的目的。

另外，本波导三路功分器内置了圆锥型羰基铁吸收负载，避免波导外接，使得整个波导三路功分器的体积大为减小，在系统中使用大为方便。同时，为了能够在不同场合应用，该圆锥型羰基铁吸收负载还可以根据功率高低来进行更换，如果用作普通测试领域或者低功率场合，只需要用圆锥型羰基铁吸收负载即可；如果在高功率场合使用，可以把圆锥型羰基铁材料换成承受功率更好的耐功率、耐高温材料，例如陶瓷负载材料等，陶瓷型的吸收负载材料的形状可以根据加工的难易程度选择，一般可以选用方锥型的陶瓷材料，因为这样可以更好的和波导腔体进行接触，有利于大功率场合应用情况下的良好散热。这些负载材料在腔体里的装配方式既可以用螺钉打孔的方式装配，也可以用耐高温的高导热的胶粘接。如果用螺钉装配，那就需要在羰基铁吸收负载上打螺纹孔，这个完全可以做到，在小功率的场合一般会以这种方式实现；如果是大功率的使用场合，推荐使用耐高温高导热的胶粘接，这样散热性就会很好，整个波导三路功分器的工作可靠性就会大大提高，所以内置吸收负载材料的选取根据使用场合可以更换。同时，对于内置的吸收材料，可以根据器件的指标要求进行宽频带和窄频带的选择，如果整个波导三路功分器工作在宽频带，这就要求吸收材料的长度更长，才能保证带宽要求；如果整个波导三路功分器工作在窄频带，那么吸收负载的长度可以短些，减小了整个体积，有利于整个波导三路功分器的小型化设计，这些又是本波导三路功分器的又一个创新之处。

本发明的主要特点是整个内置羰基铁负载的波导三路功分器结构比较简单，加工方便，装配对性能指标的影响几乎可以忽略，技术指标优良等特点。下面是由系统的需求而设计的内置羰基铁负载的波导三路功分器的技术指标：

(1)、工作频段：Ku波段

(2)、插入损耗：≤0.3dB

(3)、端口驻波：≤1.2

(4)、收发隔离：≥15dB

(5)、接口形式：BJ140

(6)、工作温度：-40℃～+55℃

(7)、存储温度：-55℃～+70℃。

Claims (5)

1.一种内置负载的波导三路功分器，包括波导腔体和盖板，其特征是盖板盖在腔体上构成三路波导，分别是主路波导和第一波导分支和第二波导分支；

对于主路波导：

主路波导成柱形，该柱形的轴线是直线l1；主路波导的波导入口和主路波导出口(16)位于柱形的首尾两端；

对于第一波导分支：

第一波导分支位于主路波导的右侧；第一波导分支的主体是柱形，该柱形的轴线是弧线；第一波导分支出口(12)通过第一分离波导支路输出方向的直角转换(11)连接于第一波导分支的主体尾端；

第一波导分支的前部和后部关于直线l2对称；直线l2与直线l1相互垂直；

第一波导分支自前到后依次：第一波导腔(5)、第一负载支路的台阶式阻抗变换(6)、第一负载支路的耦合口(7)、第一主路耦合窗(8)、第一分支路耦合窗(9)和第一分支路台阶式阻抗变换器(10)；

第一波导腔(5)的顶端连接有第一内置负载(2)；

所述第一主路耦合窗(8)的中线为直线l2；

第一主路耦合窗(8)与主路波导中间位置的耦合窗是连通的；

对于第二波导分支：

第二波导分支与第一波导分支关于直线l1成镜像对称；第二波导分支的第二主路耦合窗(19)与主路波导的中间位置是连通的；

第一波导分支出口(12)的中线和第二波导分支的第二波导分支出口(14)的中线位于同一直线l3上，直线l3与直线l1相互垂直；

主路波导的波导入口作为三个波导分支的公共波导输入口(3)。

2.根据权利要求1所述的内置负载的波导三路功分器，其特征是所述盖板上有螺丝孔，波导腔体上有螺纹孔，波导盖板和腔体通过二者上的螺丝孔、螺纹孔以及螺丝定位紧固；

波导腔体和盖板上有对应的定位销钉及销钉孔。

3.根据权利要求1所述的内置负载的波导三路功分器，其特征是所述公共波导输入口(3)是BJ140波导输入口；第一波导分支出口(12)、第二波导分支出口(14)和主路波导出口(16)是BJ140波导分支输出口。

4.根据权利要求1所述的内置负载的波导三路功分器，其特征是第一内置负载(2)和第二波导分支的第二内置负载(4)都是圆锥型负载。

5.根据权利要求1所述的内置负载的波导三路功分器，其特征是第一内置负载(2)和第二内置负载(4)可拆卸地连接在第一波导分支和第二波导分支的首端。

Images