CN111326841A - 一种高隔离度一分四移相功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高隔离度一分四移相功分器，包括一个输入波导、高隔离度波导耦合器组、移相波导段组、四个矩形波导转方波导、四个输出方波导、八个UG‑387/U法兰盘，输入波导、高隔离度波导耦合器组、移相波导段组、矩形波导转方波导、输出方波导彼此级联，每个输入和输出的端口都接有UG‑387/U法兰盘，剖分为上腔体和下腔体两个部分，通过螺丝钉进行固定、通过销钉进行定位。本发明可用于太赫兹多路馈电系统和多路信号校准系统中，其优点是输出端口之间具有高隔离度，并且结构简单、易于加工，同时可以在给定的频率上实现任意固定的移相量，满足应用中对于相位差的需求，并且隔离端口能量向空气辐射，避免了使用匹配负载带来的不便。

Description

一种高隔离度一分四移相功分器
技术领域
本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种高隔离度一分四移相功分装置。
背景技术
伴随着太赫兹技术的发展，太赫兹波以其高频独特的优势在许多领域中具有广泛的应用前景，随之而来的是逐渐增大的对太赫兹频率系统的需求。功率分配器作为多路系统中重要的元件之一，逆向使用时则作为功率合成器，在多路馈电、功率合成以及多路信号校准中发挥着巨大作用，其中波导功分因其在高频下的高功率容量和低损耗等优势得到了广泛的应用。现有的传统波导功分结构普遍存在隔离度较低、加工成本高等问题，如T型功分为提高隔离度加入阶梯结构，在太赫兹频段这提高了加工的难度并带来了成本的上升。除此之外，现有的功分普遍为等幅同相输出，难以满足输出端口之间要有一定的相位差的系统的实际需求，如多路馈电系统。并且在太赫兹频段，由于波导端口之间通过法兰连接，对于一些需要接载匹配负载的端口，在使用中装上和拆卸匹配负载会带来诸多不便，因此有必要设计一款高隔离度、使用简便、结构简单易加工并且输出端口之间可以实现任意给定的相位差的太赫兹功分器。
为了简化结构和提高隔离度，王志辉公开了一种平面G线太赫兹功分器(王志辉，平面G线太赫兹功分器，中国发明专利，申请号：201820594611.7，申请日：2018.04.24)，以平面G线作为射频信号输入的金属带线直通U形分支线，U形分支线并联薄膜电阻，形成从双耦合分支线电桥隔离端口两边垂直的π形分支线输出端口，从而形成太赫兹二功分器，这种结构简单、便于加工，且输出端口隔离度高、插损较小，但是由于其是平面结构，和太赫兹器件普遍使用的波导口互连比较困难，且功率容量较小，不能实现移相功能。为了使用波导结构且保证输出的稳定，潘武等人公开了一种分支线电桥太赫兹四路功分器(潘武、承皓、尹霞、李选，分支线电桥太赫兹四路功分器，中国发明专利，申请号：201710243462.X，申请日：2017.07.04)，该四路功分器的由三个四分支线电桥3dB定向耦合器组成，该耦合器由两条主波导以及四条垂直于主波导的分支线波导构成。利用波导弯头对两级分支线电桥定向耦合器进行级联，得到四路均等的功率输出。在两级的三个耦合器的隔离端口用波导弯头进行弯折以抑制输出，具有结构简单、输出误差小的优点，但是未实现较好的输出端口之间的隔离度，并且同样不能实现移相。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种任意固定移相量的高隔离度一分四移相功分装置，在实现固定移相量和功率分配的前提下，实现输出端口之间较高的隔离度，并且简化结构使其易于加工和降低成本，同时避免使用中装上和拆卸匹配负载带来的不便。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种可以实现任意固定移相量的一分四移相功分装置，包括一个输入波导、高隔离度波导耦合器组、移相波导段组、四个相同的矩形波导转方波导、四个相同的输出方波导、八个相同的UG-387/U法兰盘；所述高隔离度波导耦合器组包括第一波导耦合器、第二波导耦合器、第三波导耦合器，第一波导耦合器、第二波导耦合器、第三波导耦合器的耦合度根据需要可以设置为[3dB,20dB]范围内的任意值；所述移相波导段组包括第一移相波导段、第二移相波段、第三移相波导段、第四移相波导段、第五移相波导段以及第六移相波导段共六段直波导，由于移相量和波导的长度成正比，其各自的长度由在给定频率下需要的移相量和输出端口之间的间距计算得到；所述矩形波导转方波导结构由矩形波导在短边上张开过渡实现；所述输入波导和高隔离度波导耦合器组之间连接处、高隔离度波导耦合器组和移相波导段组之间连接处、移相波导段组和矩形波导转方波导之间连接处均设有90度圆角拐弯头便于加工并减少转弯损耗。
进一步的，所述第一波导耦合器、第二波导耦合器、第三波导耦合器均由四条分支电桥连接于主波导和副波导的宽边一侧，其中第一条分支线、第四条分支线宽度相等，第二条分支线、第三条分支线宽度相等，第一条分支线、第二条分支线之间的间距与第三条分支线、第四条分支线之间的间距相等。
进一步的，所述第一波导耦合器的输入口与输入波导相连，隔离口开路呈辐射匹配状态，直通口通过第一移相波导段与第二波导耦合器的输入口相连，耦合口通过第二移相波导段与第三波导耦合器的输入口相连；所述第二波导耦合器的直通口通过第三移相波导段与一个矩形波导转方波导以及输出方波导级联，耦合口通过第四移相波导段与一个矩形波导转方波导以及输出方波导级联，隔离口开路呈辐射匹配状态；所述第三波导耦合器的直通口通过第五移相波导段与一个矩形波导转方波导以及输出方波导级联，耦合口通过第六移相波导段与一个矩形波导转方波导以及输出方波导级联，隔离口开路呈辐射匹配状态。
进一步的，所述第一波导耦合器、第二波导耦合器、第三波导耦合器的隔离口均采用矩形波导转方波导结构，使得隔离口能够开路呈辐射匹配状态，将隔离口的能量直接辐射到空气中，从而避免匹配负载的使用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明采用四端口元件高隔离度波导耦合器来实现一分四功分，相比于传统的三端口功分，输出端口之间的隔离度得到了提升，同时也避免了阶梯结构带来的加工困难的问题，具有结构简单、制备容易、成本低的优点。
(2)本发明中使用的三个高隔离度波导耦合器对应的三个隔离端口均由矩形波导转换为方波导，从而使得隔离端口的能量能够直接辐射到空气之中而不用接匹配负载，具有使用限制小、便捷的优点。
(3)本发明可以根据给定的工作频率、移相量和输出端口的间距计算对应的六段移相波导的长度，通过调整六段移相波导的长度来实现任意固定移相量，且计算值较为准确不需要太多的优化，具有设计简单、实现方便的优点。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的耦合器结构示意图。
图3是本发明中高隔离度波导耦合器的S参数全波仿真结果。
图4是本发明中一分四移相功分器输入端口反射系数全波仿真结果。
图5是本发明中一分四移相功分器输入到输出端口的传输系数全波仿真结果。
图6是本发明中一分四移相功分器各输出端口的隔离系数全波仿真结果。
具体实施方式
如图1所示，一种高隔离度一分四移相功分器包括一个输入波导1、高隔离度波导耦合器组2、移相波导段组3、四个相同的矩形波导转方波导4、四个相同的输出方波导5、八个相同的UG-387/U法兰盘6。所述的高隔离度波导耦合器组2包括第一波导耦合器21、第二波导耦合器22、第三波导耦合器23；移相波导组3包括第一移相波导段31、第二移相波段组32、第三移相波导段33、第四移相波导段34、第五移相波导段35、第六移相波导段36；输入波导1与第一波导耦合器21的输入口相连，隔离口开路呈辐射匹配状态，直通口通过第一移相波导段31与第二波导耦合器22的输入口相连，耦合口通过第二移相波导段32与第三波导耦合器23的输入口相连；第二波导耦合器22的直通口通过第三移相波导段33与一个矩形波导转方波导4以及输出方波导5级联，耦合口通过第四移相波导段34与一个矩形波导转方波导4以及输出方波导5级联，隔离口开路呈辐射匹配状态；第三波导耦合器23的直通口通过第五移相波导段35与一个矩形波导转方波导4以及输出方波导5级联，耦合口通过第六移相波导段36与一个矩形波导转方波导4以及输出方波导5级联，隔离口开路呈辐射匹配状态；给定设计目标为一分四功分的四个输出端口两两之间的间距依次为35mm、27mm和21mm，输入波导1、高隔离度波导耦合器组2的隔离端口、输出方波导5均集成制备了UG-387/U法兰盘6用于跟前后器件的硬连接。
进一步的，所述高隔离度一分四移相功分器整体尺寸为112.801mm×31.6mm×20mm，剖分为上腔体7和下腔体8两个部分，所述的上腔体7上有六个固定用的通孔71和两个定位用的上销钉孔72，所述的下腔体8上有六个固定用的螺纹孔81和两个定位用的下销钉孔82，通孔71和螺纹孔81的直径相同，上销钉孔72和下销钉孔82的直径相同，上腔体7和下腔体8通过螺丝钉进行固定、通过销钉进行定位。
进一步的，根据给定设计目标为一分四功分器在216GHz的频率处其两两之间的相位差依次为452.4°、349.01°和271.46°的要求，计算可得第一移相波导段31长度为16.145mm、第二移相波段组32长度为18.855mm、第三移相波导段33长度为22.898mm、第四移相波导段34长度为33.003mm、第五移相波导段35长度为10.046mm、第六移相波导段36长度为10.954mm。
图2给出了本具体实施中高隔离度波导耦合器组2的结构，所述的第一波导耦合器21、第二波导耦合器22、第三波导耦合器23由四条分支电桥25连接于主波导26和副波导27的宽边一侧，主波导26和副波导27均使用尺寸为1.0922mm×0.5461mm的WR-4标准波导，其中第一条分支线251、第四条分支线254宽度均为0.26mm，第二条分支线252、第三条分支线253宽度均为0.26mm，第一条分支线251、第二条分支线252之间的间距与第三条分支线253、第四条分支线254之间的间距均为0.25mm；所述的矩形波导转方波导4由矩形波导在窄边上张开实现。
图3给出了本具体实施中高隔离度波导耦合器的S参数，其回波损耗和端口隔离度在频带内均高于20dB，S21和S31均约为﹣3dB，两个输出端口之间的相位差约为90°。
图4给出了本具体实施中一分四移相功分器输入端口反射系数全波仿真结果，在208GHz-223GHz的频率范围内其反射系数低于﹣23dB。
如图5所示，本具体实施中一分四移相功分器在208GHz-223GHz的频率范围内输入到输出端口的传输系数全波仿真结果为﹣8dB左右。
图6给出了本具体实施中一分四移相功分器各输出端口的隔离系数全波仿真结果，在208GHz-223GHz的频率范围内各输出端口之间的隔离度均高于20dB。
此外，一分四功分器在216GHz的频率处其两两之间的相位差全波仿真得到的相位差依次为453.36°、349.4°和272.53°，与目标值452.4°、349.01°和271.46°相比误差均在1.5°范围内。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高隔离度一分四移相功分器，包括一个输入波导(1)、高隔离度波导耦合器组(2)、移相波导段组(3)、四个相同的矩形波导转方波导(4)、四个相同的输出方波导(5)、八个相同的UG-387/U法兰盘(6)，其特征在于：高隔离度波导耦合器组(2)包括第一波导耦合器(21)、第二波导耦合器(22)、第三波导耦合器(23)；输入波导(1)与第一波导耦合器(21)的输入口相连；第一波导耦合器(21)的隔离口开路呈辐射匹配状态；移相波导组(3)包括第一移相波导段(31)、第二移相波段组(32)、第三移相波导段(33)、第四移相波导段(34)、第五移相波导段(35)、第六移相波导段(36)；第一波导耦合器(21)直通口通过第一移相波导段(31)与第二波导耦合器(22)的输入口相连；第一波导耦合器(21)耦合口通过第二移相波导段(32)与第三波导耦合器(23)的输入口相连；第二波导耦合器(22)的直通口通过第三移相波导段(33)与一个矩形波导转方波导(4)以及输出方波导(5)级联；第二波导耦合器(22)的耦合口通过第四移相波导段(34)与一个矩形波导转方波导(4)以及输出方波导(5)级联；第三波导耦合器(23)的直通口通过第五移相波导段(35)与一个矩形波导转方波导(4)以及输出方波导(5)级联；第三波导耦合器(23)的耦合口通过第六移相波导段(36)与一个矩形波导转方波导(4)以及输出方波导(5)级联；输入波导(1)、高隔离度波导耦合器组(2)的隔离端口、输出方波导(5)均集成制备了UG-387/U法兰盘(6)用于跟前后器件的硬连接。
2.根据权利要求1所述的高隔离度一分四移相功分器，其特征在于：所述的第一移相波导段(31)、第二移相波段组(32)、第三移相波导段(33)、第四移相波导段(34)、第五移相波导段(35)以及第六移相波导段(36)，其各自的长度由需要的移相量和输出端口之间的间距决定；所述的输入波导(1)和高隔离度波导耦合器组(2)之间连接处、高隔离度波导耦合器组(2)和移相波导段组(3)之间连接处、移相波导段组(3)和矩形波导转方波导(4)之间连接处均设有90度圆角拐弯头，便于加工并减少转弯损耗。
3.根据权利要求1所述的高隔离度一分四移相功分器，其特征在于：所述的第一波导耦合器(21)、第二波导耦合器(22)、第三波导耦合器(23)均由四条分支电桥(25)连接于主波导(26)和副波导(27)的宽边一侧，其中第一条分支线(251)、第四条分支线(254)宽度相等，第二条分支线(252)、第三条分支线(253)宽度相等，第一条分支线(251)、第二条分支线(252)之间的间距与第三条分支线(253)、第四条分支线(254)之间的间距相等；第一波导耦合器(21)、第二波导耦合器(22)、第三波导耦合器(23)的耦合度根据需要可以设置为[3dB,20dB]范围内的任意值。
4.根据权利要求1所述的高隔离度一分四移相功分器，其特征在于：由输入波导(1)、高隔离度波导耦合器组(2)、移相波导段组(3)、四个相同的矩形波导转方波导(4)、四个相同的输出方波导(5)以及八个相同的UG-387/U法兰盘(6)组成的移相器结构剖分为上腔体(7)和下腔体(8)两个部分，所述的上腔体(7)上有六个固定用的通孔(71)和两个定位用的上销钉孔(72)，所述的下腔体(8)上有六个固定用的螺纹孔(81)和两个定位用的下销钉孔(82)，通孔(71)和螺纹孔(81)的直径相同，上销钉孔(72)和下销钉孔(82)的直径相同，上腔体(7)和下腔体(8)通过螺丝钉进行固定、通过销钉进行定位。
5.根据权利要求1所述的高隔离度一分四移相功分器，其特征在于：所述的矩形波导转方波导(4)由矩形波导在窄边上张开实现。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101656343A (zh) * 2009-09-11 2010-02-24 电子科技大学 一种新型结构的功分器
JP2017092532A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 日本電気株式会社 導波管を用いた高周波装置
CN106921015A (zh) * 2017-04-14 2017-07-04 重庆邮电大学 分支线电桥太赫兹四路功分器
CN107331966A (zh) * 2017-07-21 2017-11-07 电子科技大学 一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶Butler矩阵

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101656343A (zh) * 2009-09-11 2010-02-24 电子科技大学 一种新型结构的功分器
JP2017092532A (ja) * 2015-11-02 2017-05-25 日本電気株式会社 導波管を用いた高周波装置
CN106921015A (zh) * 2017-04-14 2017-07-04 重庆邮电大学 分支线电桥太赫兹四路功分器
CN107331966A (zh) * 2017-07-21 2017-11-07 电子科技大学 一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶Butler矩阵

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADRIAN GOMEZ-TORRENT等: "Micromachined Waveguide Interposer for the Characterization of Multi-port Sub-THz Devices", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF INFRARED AND MILLIMETERWAVES》 *

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