CN111786066A - 一种脊波导功率分配合成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脊波导功率分配合成器，包括腔体和与所述腔体固定的同轴连接器，所述腔体内配置有一字状的脊波导；所述同轴连接器与所述脊波导连接，用于输入或输出信号。本发明能够实现缩小合成器体积的目的，有利于实现小型化。

Description

一种脊波导功率分配合成器

技术领域

本发明涉及波导功率合成技术领域，具体而言，涉及一种脊波导功率分配合成器。

背景技术

目前脊波导功率合成器相对较少，主要是因为脊波导结构相比矩形波导更为复杂，脊波导转微带的结构的实现方案目前比较少见，甚至是能找到的单脊波导或者双脊波导的合成器都较少。而且脊波导具有频带宽，功率容量高，加工装配简单等诸多特点。

现有已公开的专利名称为“一种基于脊间隙波导技术的超宽带功率分配合成器”、公开号为CN110492212A的中国发明专利，该专利公开了一种采用T字型脊间隙波导的超宽带功率分配合成器，采用新型脊间隙波导作为基本传输线，电磁波以准TEM模作为工作模式并以空气为介质沿着主脊传输；工作带宽可达到数个倍频程，能同时在多个波段稳定工作。

但是，上述专利中存在体积较大的问题，不利于实现小型化。

发明内容

本发明的目的包括提供一种脊波导功率分配合成器，其针对脊波导功率分配合成而设计，并且能够实现缩小合成器体积的目的，有利于实现小型化。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种脊波导功率分配合成器，包括腔体和与所述腔体固定的同轴连接器，所述腔体内配置有一字状的脊波导，该脊波导上端面配置有用于阻抗变换的过渡结构，该过渡结构对称设于所述脊波导两端。

在本发明的一实施例中，所述过渡结构配置为一对阻抗变换斜面，该对阻抗变换斜面呈V型设置。

在本发明的一实施例中，所述过渡结构配置为一对阻抗变换阶梯，该对阻抗变换阶梯呈V型设置。

在本发明的一实施例中，所述脊波导侧端面配置有圆面过渡结构。

在本发明的一实施例中，所述同轴连接器包括信号输出同轴连接器和一对信号输入同轴连接器；所述脊波导两端对称配置有用于连接所述信号输入同轴连接器的一对第一连接孔，所述脊波导还配置有用于连接所述信号输出同轴连接器的第二连接孔，该第二连接孔位于所述脊波导中点处。

在本发明的一实施例中，所述同轴连接器通过导电胶与所述脊波导连接。

在本发明的一实施例中，所述脊波导一体成型配置有插针，该插针用于与所述同轴连接器插接。

在本发明的一实施例中，所述腔体内壁配置用于有过渡台阶。

在本发明的一实施例中，所述腔体包括拼合于一体的上腔体和下腔体，脊波导配置于下腔体内壁。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明实施例通过设置一字状的脊波导并在脊波导上设置阻抗变换斜面和在导体脊上设置圆面过渡结构，实现了6-18GHz的单脊波导功率合成器，实现了单脊波导-同轴线传输的传输线变换，实现了缩小体积尺寸的目的。而且采用更常见的同轴连接器作为输入输出接口也更易于和其他标准模块互联。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明中功分合成组件的结构示意图；

图3为本发明中功分合成组件的上盖板结构示意图；

图4为本发明中下腔体内无过渡台阶的回波损耗仿真结果；

图5为本发明中下腔体内无过渡台阶的电压驻波比仿真结果；

图6为本发明中下腔体内有过渡台阶的回波损耗仿真结果；

图7为本发明中下腔体内有过渡台阶的电压驻波比仿真结果。

图标：1-腔体，11-上腔体，12-下腔体，121-过渡台阶，2-同轴连接器，21-信号输出同轴连接器21，22-信号输入同轴连接器，3-脊波导，31-过渡结构，32-第一连接孔，33-第二连接孔，34-圆面过渡结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“配置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图3，一种脊波导功率分配合成器，包括腔体1和与所述腔体1固定的同轴连接器2，所述腔体1内配置有一字状的脊波导3，该脊波导3上端面配置有用于阻抗变换的过渡结构31，该过渡结构31对称设于所述脊波导3两端。

为了缩小缩小合成器的体积，实现小型化，本技术方案设置包括腔体1、同轴连接器2和脊波导3等结构的脊波导功率分配合成器，腔体1包括拼合于一体的上腔体11和下腔体12，脊波导3配置于下腔体12内壁。脊波导3呈一字状设置，脊波导3包括立方体状的标准脊波导和配置于标准脊波导上端面的过渡结构31，该过渡结构31用于阻抗变换，该过渡结构31可以是一对阻抗变换斜面，该对阻抗变换斜面分别设于脊波导3的两端，并关于所述脊波导3中点处对称设置，该对阻抗变换斜面呈V型设置。在脊波导3中点处处设有第二连接孔33，该第二连接孔33贯穿脊波导3，在脊波导3两端各设有一个第一连接孔32，同轴连接器2包括信号输出同轴连接器21和一对信号输入同轴连接器22，信号输出同轴连接器21的金属探针插至第二连接孔33中，信号输入同轴连接器22的金属探针插至第一连接孔32中，以实现同轴连接器2与脊波导3的连接，为了保证脊波导3与金属探针的紧密接触，在金属探针插入对应的孔中之前，在金属探针前端涂抹适量的导电胶，再将金属探针插至对应的孔中。为了实现同轴连接器2的安装，在上腔体11开设有对应第一连接孔32的一对第一插孔，在下腔体12开设有对应第二连接孔33的第二插孔。在安装时，在信号输出同轴连接器21和信号输入同轴连接器22各自的金属探针前端涂抹适量的导电胶，将信号输出同轴连接器21穿过第二插孔并插至第二连接孔33中，通过导电胶将金属探针与脊波导3粘接牢固，将信号输入同轴连接器22穿过第一插孔并插至第一连接孔32中，通过导电胶将金属探针与脊波导3粘接牢固，再用螺钉将信号输出同轴连接器21与下腔体12固定，用螺钉将信号输入同轴连接器22与上腔体11固定，最后将装配好的脊波导功率分配合成器进入烘箱中加热固化。

需要说明的是，脊波导3两侧端面配置有圆面过渡结构，在信号输入同轴连接器22与脊波导之间进行信号传输时，通过圆面过渡结构实现单脊波导-同轴线传输的传输线变换，使得整个合成器体积更小。

需要说明的是，标准脊波导为纵截面呈矩形的立方体结构。

本发明的工作过程是:当本发明用作功率合成器时，两个初始电磁波信号分别通过两个信号输入同轴连接器22输入脊波导3，通过圆面过渡结构实现单脊波导-同轴线传输的传输线变换，以实现电磁波信号从信号输入同轴连接器22的金属探针传输至脊波导3，脊波导3两端的信号沿阻抗变换斜面向脊波导3中点处传输，且在经过脊波导3上阻抗变换斜面时完成阻抗变换，最终汇集于脊波导3中点处完成信号功率合成，通过第二连接孔33的信号输出同轴连接器21输出功率合成后的信号。

需要说明的是，当需要本发明用作功率分配器时，初始电磁波信号从信号输出同轴连接器21输入，功分后的信号从两个信号输入同轴连接器22输出，其工作过程与功率合成相反。

与现有技术相比，该合成器通过设置一字状的脊波导并在脊波导上设置阻抗变换斜面和在导体脊上设置圆面过渡结构，实现了6-18GHz的单脊波导功率合成器，实现了单脊波导-同轴线传输的传输线变换，实现了缩小体积尺寸的目的。而且采用更常见的同轴连接器作为输入输出接口也更易于和其他标准模块互联。同轴连接器与合成器腔体连接处涂抹导电胶，可靠性更好。

在某些实施例中，过渡结构31还可以是一对阻抗变换阶梯。过渡结构31也可以设置为阻抗变换阶梯结构，而且是多级阻抗变换阶梯结构。但是对比阻抗变换斜面和阻抗变换阶梯两种结构，阻抗变换斜面结构更便于加工和更有利于保障加工阻抗变换斜面时的精度。如果采用阻抗变换阶梯，由于本脊波导功率分配合成器自身体积较小，阻抗变换阶梯中相邻两级阶梯之间的间距很小，在机械加工时，要确保相邻两级阶梯之间的间距满足设计的加工精度难度较大，加工成本高，而加工阻抗变换斜面结构时，则加工相对简单，加工精度容易保证，降低了加工成本。

在某些实施例中，脊波导3一体成型配置有插针，该插针用于与所述同轴连接器2插接。

在某些实施例中，所述腔体1内壁配置用于有过渡台阶121。为了提高本脊波导功率分配合成器的性能，优化本脊波导功率分配合成器的回波损耗和电压驻波比，本技术方案在腔体1内壁配置用于有过渡台阶121，腔体1包括拼合于一体的上腔体11和下腔体12，该过渡台阶121与脊波导3共同设置于下腔体12内壁。一般对于功分器的评价指标是回波损耗在-15dB以下，或VSWR驻波比在1.4以内即为较为良好的性能指标。如图4至图5，当下腔体12内无过渡台阶121，脊波导3为斜面过渡完成阻抗匹配，脊波导3两端半圆状结构为传输模式转换，根据HFSS仿真结果，回波损耗S11最大值在18GHz，为-11.8543dB，最小值在12.5GHz，为-29.4009dB；电压驻波比VSWR最大值在18GHz，为1.6861，最小值在12.5GHz，为1.0701。显然，两端没有过渡台阶的情况下，本脊波导功率分配合成器的高频端效果不是很理想，但6-17GHz范围内指标较为良好，可以用于6-17GHz以内的工作频段。

如图6至图7，下腔体12内有过渡台阶121，脊波导3为斜面过渡完成阻抗匹配，脊波导3两端半圆状结构为传输模式转换，根据HFSS仿真结果，回波损耗S11最大值在7.7GHz，为-17.9791dB，最小值在17.7GHz，为-31.2153dB；电压驻波比VSWR最大值在7.7GHz，为1.2888，最小值在17.7GHz，为1.0565。根据腔体1内无过渡台阶121的两种结构的仿真结果，在腔体1内设置过渡台阶121能够提高本脊波导功率分配合成器的性能，优化本脊波导功率分配合成器的回波损耗和电压驻波比。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脊波导功率分配合成器，包括腔体(1)和与所述腔体(1)固定的同轴连接器(2)，其特征在于，所述腔体(1)内配置有一字状的脊波导(3)，该脊波导(3)上端面配置有用于阻抗变换的过渡结构(31)，该过渡结构(31)对称设于所述脊波导(3)两端。

2.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其特征在于，所述过渡结构(31)配置为一对阻抗变换斜面，该对阻抗变换斜面呈V型设置。

3.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其特征在于，所述过渡结构(31)配置为一对阻抗变换阶梯，该对阻抗变换阶梯呈V型设置。

4.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其特征在于，所述脊波导(3)侧端面配置有圆面过渡结构。

5.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其特征在于，所述同轴连接器(2)包括信号输出同轴连接器(21)和一对信号输入同轴连接器(22)；

所述脊波导(3)两端对称配置有用于连接所述信号输入同轴连接器(22)的一对第一连接孔(32)，所述脊波导(3)还配置有用于连接所述信号输出同轴连接器(21)的第二连接孔(33)，该第二连接孔(33)位于所述脊波导(3)中点处。

6.根据权利要求5所述的脊波导功率分配合成器，其特征在于，所述同轴连接器(2)通过导电胶与所述脊波导(3)连接。

7.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其征在于，所述脊波导(3)一体成型配置有插针，该插针用于与所述同轴连接器(2)插接。

8.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其征在于，所述腔体(1)内壁配置用于有过渡台阶(121)。

9.根据权利要求1所述的脊波导功率分配合成器，其征在于，所述腔体(1)包括拼合于一体的上腔体(11)和下腔体(12)，脊波导(3)配置于下腔体(12)内壁。

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