CN112909472B - 一种基于矩形波导te20模式的功分器 - Google Patents

一种基于矩形波导te20模式的功分器 Download PDF

Info

Publication number
CN112909472B
CN112909472B CN202110047510.4A CN202110047510A CN112909472B CN 112909472 B CN112909472 B CN 112909472B CN 202110047510 A CN202110047510 A CN 202110047510A CN 112909472 B CN112909472 B CN 112909472B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
microstrip
mode
microstrip line
power divider
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110047510.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112909472A (zh
Inventor
党章
张勇
延波
徐锐敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202110047510.4A priority Critical patent/CN112909472B/zh
Publication of CN112909472A publication Critical patent/CN112909472A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112909472B publication Critical patent/CN112909472B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于矩形波导TE20模式的功分器，应用于微波器件领域，针对现有的矩形波导与微带线的混合型功率分配器微带分支端口间隔离度较差的问题，本发明通过在位于宽波导TE20模式的电场波谷位置插入的微带探针，该微带探针不与波导信号产生耦合，并且可以实现对两端微带探针的输入信号进行吸收，从而达到端口隔离的目的；采用本发明的设计不仅提升了波导—微带混合型功分器的整体性能指标；并且隔离端电路形式简单紧凑，结构加工与装配方便。

Description

一种基于矩形波导TE20模式的功分器
技术领域
本发明属于微波器件领域，特别涉及一种高隔离度功分器技术。
背景技术
一般将频率高于300MHz的电磁波定义为微波，广泛应用于通信、雷达、电子对抗、遥测遥感、工业生产等领域。功分器是微波系统中应用最多的器件之一，其主要功能是将微波信号分为2路或以上不同功率大小的相干信号，同时也可反过来将多路不同功率的微波信号合成一路输出。整个过程中微波信号的频率无变化，只有幅度与相位发生了改变。
功分器的电路形式多种多样，常见的如Wilkinson电桥、Lange电桥，分支线电桥，T型节，魔T等。按应用的需求，可以采用包括微带线，带状线，同轴线，CPW，SIW，矩形波导等在内的多种微波传输线独立或混合实现。对于矩形波导与微带线的混合型功率分配器，其中矩形波导作为主端口具备高功率容量，微带线为分支端易于集成半导体器件。该类功率分配器是在波导内部插入多个对称分布的微带探针，实现矩形波导—微带过渡同时完成功率分配。因为是一次性过渡与功分，因而具备电路形式紧凑，插入损耗小等优点。但由于这种矩形波导与微带线的混合型功率分配器缺少隔离端口，造成微带分支端口间的隔离度理论上只有6dB，难以应用于相控阵馈线网络，平衡混频，高功率合成等对通道间隔离度有较高要求(通常要求≥15dB)的电路中。
现有的对于矩形波导与微带线的混合型功率分配器，采用在波导中插入两个微带探针，分别位于宽波导TE20模式的电场最强位置，实现了波导与微带线间信号的高效率转换，同时由于是插入了两个微带探针并且对称，因此，宽波导中的射频信号被等分为了两路分别进入微带线中；在功分器的电路性能中，除了所述的功率分配特性以外，往往还需要分配的端口之间具有良好的隔离度，即要求两个微带探针的射频信号不能互相进入对方的微带线中；否则由于两个微带探针的输入信号会相互耦合，无法达到隔离的目的，
现有已知的提升隔离度的相关技术，例如申请号为202010380303.6的专利申请中公开了一种增加射频多通道间隔离度的方法及装置，针对多个通道设计在一块PCB板上的情形，通过在射频通道间增加微带谐振结构，利用微带谐振谐振腔特性，吸收通道间泄漏的射频信号，降低泄漏信号的能量，从而实现提高通道间隔离度的效果；但是该专利采用物理空间隔离的方式增加隔离度，仅针对泄露到空间中的信号阻断，并不适用于功分器电路的传输隔离，并且隔离度效果提升有限。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于矩形波导TE20模式的功分器，在传播TE20模式的矩形波导中间位置加入微带探针并端接匹配负载，对两侧微带探针支路间相互传输的信号进行吸收，从而实现两个微带端口间隔离。
本发明采用的技术方案为：一种基于矩形波导TE20模式的功分器，所述功分器结构包括：波导模式变换器、宽波导—微带转换器，所述波导模式变换器将输入的TE10模式信号转换为TE20模式信号，转换得到的TE20模式信号作为宽波导—微带转换器的输入，所述宽波导—微带转换器宽边一侧等间距设有三个微带线端口，具体的：两边的微带线端口作为功分器的输出端，中间的微带线端口作为隔离端。
两边的微带线端口各自的微带探针位于波导TE20模式电场的两个波峰；中间的微带线端口的微带探针位于波导TE20模式电场的波谷。
两边的微带线端口各自还包括：高阻抗短截线、微带线，两边的微带线端口各自的微带探针经各自的高阻抗短截线与各自的微带线连接。
中间的微带线端口还包括：阻抗匹配线，中间的微带线端口的微带探针经其阻抗匹配线后与其匹配负载连接。
本发明的有益效果：本发明的功分器通过在传播TE20模式的矩形波导中间加入微带探针并端接匹配负载，该微带探针宽波导TE20模式的电场波谷位置，不与波导信号产生耦合，两边的微带线端口各自的微带探针位于波导TE20模式电场的两个波峰，实现了波导与微带线间信号的高效率转换；
当单独的微带线212(或222)输入射频信号通过探针进入宽波导后，将激励出TE10模式，此时中间加入的这个微带探针231处于TE10模式电场最强的位置，将会吸收这个输入信号，使之无法进入另外一个微带探针221(或211)，从而达到端口隔离的目的；
采用本发明的设计提升了波导—微带混合型功分器的整体性能指标；并且隔离端电路形式简单紧凑，结构加工与装配方便。
附图说明
图1为TE10模式的电场力线图；
图2为TE20模式的电场力线图；
图3为本发明提供的矩形波导TE20模式功分器的外形结构图；
图4为本发明的波导模式变换器的外形结构图与内部结构图；
图5为本发明的宽波导—微带转换器的内部结构图；
图6为本发明提供的矩形波导TE20模式功分器的端口回波，端口传输，端口隔离度效果。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，首先对以下技术术语进行定义：
1、矩形波导
矩形波导(也可以叫标准矩形波导，是一种标准的接口，各种微波元件之间可通过这种标准接口完成射频信号互联，一般用作对外接口)，其中传输的是TE10模式的电磁波(模式是指某种电磁场分布形式的电磁波)，其横切面的电场力线(箭头线为电场力线方向，长短代表强度)如图1所示。特点是：电场在矩形波导宽边的中间最强，两边等于0。
2、宽波导
宽波导(也可以叫矩形宽波导，是将标准矩形波导宽边加宽的一种过模波导，这种波导均为非标，一般是为了实现某种电路而特别设计的)，其中传输的是TE20模式的电磁波，其横切面的电场力线(箭头线为电场力线方向，长短代表强度)如图2所示。特点是：电场在宽波导宽边的中间与两边均等于0，最强电场出现在宽波导宽边的1/4与3/4两处。
以下结合附图对本发明的内容做进一步的阐述：
如图3所示，本发明的功分器结构具体包括：波导模式变换器1、宽波导—微带转换器2，波导模式变换器1与宽波导—微带转换器之间通过螺钉固连；波导模式变换器1至少包括标准矩形波导101，所述宽波导—微带转换器至少包括宽波导102，所述波导模式变换器1将输入标准矩形波导101中的TE10模式信号转换为宽波导102中的TE20模式信号。
宽波导—微带转换器2的宽边一侧同时插入三个微带探针过渡，从而构成三个微带线端口。其中，中间微带线端口为隔离端23(图中未示出)，两边微带线端口分别端接SMA同轴连接器构成功分器的输出分支端21、22。
波导模式变换器1的结构如图4中所示，按输入标准矩形波导101宽边的中心剖分为上腔体11与下腔体12，上腔体11与下腔体12之间通过螺钉固连。其中，上腔体11内部波导通过槽宽渐变将输入标准矩形波导101的窄边拉伸为宽波导102宽边，形成深度不变的梯形沟槽103；下腔体12内部波导通过槽深渐变将输入标准矩形波导腔101的深度逐渐抬升，形成宽度不变的尖劈形斜坡沟槽104。
宽波导—微带转换器2的结构如图5中所示，在波导宽边垂直插入微带探针，使之与波导内部的电场力线相平行，按照电磁场理论就可以实现波导与微带线之间射频信号的转换，是一种信号过渡电路而非单纯的结构(波导与微带线在微波领域都可以用作射频信号传输，根据不同的应用场合需要实现它们之间能量的转换)。
微带线插入波导位置的电场越强，过渡的效率也就越高。本发明在波导中插入如图5 所示的微带探针211、221、231三个探针，微带探针211、221分别位于宽波导TE20模式的电场最强位置(波峰)，实现了波导与微带线间信号的高效率转换；由于插入了两个微带探针211、221并且对称，因此，宽波导中的射频信号被等分为了两路分别进入微带线 212、222中，实现功分的效果；中间插入的微带探针231，位于宽波导TE20模式的电场波谷位置，不与波导信号产生耦合，但是可以实现对两端微带探针211、221输入信号的吸收，从而达到端口隔离的目的。
本发明在宽波导的中心，也就是TE20模式电场为0(波谷)的位置再插入一个微带探针231。由于此处电场为0，因此正常情况宽波导中TE20模式的射频信号不会进入这个微带探针231，即不会对功分器的正常功分特性造成任何影响。
如图5所示，微带线端口21还包括一段高阻抗短截线212、50Ω微带线213，微带探针211经过一段高阻抗短截线212后与50Ω微带线213连接，并端同样为50Ω接特性阻抗的SMA同轴连接器用于测试；同样的，微带线端口22还包括一段高阻抗短截线222、50Ω微带线223，微带探针221经过一段高阻抗短截线222后与50Ω微带线223连接，并端同样为50Ω接特性阻抗的SMA同轴连接器用于测试(50Ω特性阻抗为行业测试系统标准，因此需要匹配到50Ω)。
中间的微带线端口23(该隔离端口图5中未示出)的微带隔离探针231，如图5所示，经过一段阻抗匹配线232后端接50Ω负载233用于实现对两端微带探针211、221输入信号的吸收。
本发明设计这个微带探针205的目的是为了实现微带线1与2之间的隔离；所述隔离的实现原理如下：
当单独的微带线212(或222)输入射频信号通过探针进入宽波导后，将激励出TE10模式(宽波导并不是只能传输TE20模式，其也可以传输TE10模式，具体传输何种模式与激励的方式有关系。比如这里如果微带线212与微带线222同时输出射频信号，将在宽波导中激励出TE20模式，这其实就是功分器的逆过程——功率合成器。)，从图1所示的TE10模式的电场力线图可以知道，此时微带探针231处于电场最强的位置，因此将会吸收这个输入信号，使之无法进入另外一个微带探针221(或211)。
微带线232端接匹配负载233是用于吸收进入微带线232的射频信号，使之不会被反射重新回到宽波导中(50Ω负载为行业标准阻抗，属于本领域的常规设计，因此需要匹配到50Ω)。
矩形波导TE20模式功分器效果如图6中所示，输入标准矩形波导101端口回波优于-20dB，两个输出分支端21、22传输为相等的-3dB等功率分配，且回波优于-19dB，隔离度高于15dB。
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。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权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种基于矩形波导TE20模式的功分器，其特征在于，所述功分器结构包括：波导模式变换器、宽波导—微带转换器，所述宽波导—微带转换器宽边一侧等间距设有三个微带线端口，具体的：两边的微带线端口作为功分器的输出端或合成器的输入端，中间的微带线端口作为隔离端；
当作为功分器时所述波导模式变换器将输入的TE10模式信号转换为TE20模式信号，转换得到的TE20模式信号作为宽波导—微带转换器的输入，两边的微带线端口各自的微带探针位于波导TE20模式电场的两个波峰；中间的微带线端口的微带探针位于波导TE20模式电场的波谷；
当作为合成器时，两边的微带线输入射频信号通过探针进入宽波导后，激励出TE10模式，中间的微带线处于TE10模式电场最强的位置，中间的微带线端口还包括：阻抗匹配线，中间的微带线端口的微带探针经其阻抗匹配线后与其匹配负载连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于矩形波导TE20模式的功分器，其特征在于，两边的微带线端口各自还包括：高阻抗短截线、微带线，两边的微带线端口各自的微带探针经各自的高阻抗短截线与各自的微带线连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于矩形波导TE20模式的功分器，其特征在于，微带线阻值为50Ω。
4.根据权利要求3所述的一种基于矩形波导TE20模式的功分器，其特征在于，匹配负载阻值为50Ω。
5.根据权利要求4所述的一种基于矩形波导TE20模式的功分器，其特征在于，波导模式变换器包括：上腔体与下腔体，上腔体与下腔体之间通过螺钉固连，上腔体内部波导通过槽宽渐变将输入标准矩形波导的窄边拉伸为宽波导宽边，形成深度不变的梯形沟槽；下腔体内部波导通过槽深渐变将输入标准矩形波导腔的深度逐渐抬升，形成宽度不变的尖劈形斜坡沟槽。
CN202110047510.4A 2021-01-14 2021-01-14 一种基于矩形波导te20模式的功分器 Active CN112909472B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110047510.4A CN112909472B (zh) 2021-01-14 2021-01-14 一种基于矩形波导te20模式的功分器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110047510.4A CN112909472B (zh) 2021-01-14 2021-01-14 一种基于矩形波导te20模式的功分器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112909472A CN112909472A (zh) 2021-06-04
CN112909472B true CN112909472B (zh) 2021-10-15

Family

ID=76112996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110047510.4A Active CN112909472B (zh) 2021-01-14 2021-01-14 一种基于矩形波导te20模式的功分器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112909472B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114256580A (zh) * 2021-11-19 2022-03-29 电子科技大学 一种基于新型t波导的功率分配/合成器
CN115764225B (zh) * 2022-11-11 2024-03-22 中国电子科技集团公司第十研究所 一种波导功分器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242020A (zh) * 2008-02-29 2008-08-13 电子科技大学 毫米波3dB功率分配/合成网络
CN105826639A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 电子科技大学 一种矩形波导te10模到te20模宽带模式变换器
CN112072257A (zh) * 2020-09-23 2020-12-11 河北东森电子科技有限公司 一种et结构的波导合成网络

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4130323B2 (ja) * 2002-03-28 2008-08-06 株式会社東芝 高周波フィルタ及び高周波集積回路
US8081050B2 (en) * 2009-02-25 2011-12-20 Alcatel Lucent Multilayer planar tunable filter
CN110931920A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 电子科技大学 一种矩形波导te10模到圆波导te02模模式变换器
CN111740201A (zh) * 2020-06-16 2020-10-02 南京理工大学 一种基于siw结构的高隔离六端口网络

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101242020A (zh) * 2008-02-29 2008-08-13 电子科技大学 毫米波3dB功率分配/合成网络
CN105826639A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 电子科技大学 一种矩形波导te10模到te20模宽带模式变换器
CN112072257A (zh) * 2020-09-23 2020-12-11 河北东森电子科技有限公司 一种et结构的波导合成网络

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A planar probe double ladder waveguide power divider;J.P. Becker et al.;《IEEE Microwave and Wireless Components Letters》;20050314;第168-170页 *
An Ultra-Wideband Power Combining in Ridge Waveguide for Millimeter Wave;Zhang Dang et al.;《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》;20200430;第1376-1389页 *
Ku频段高效功率合成网络设计;党章 等;《全国微波毫米波会议论文集》;20071231;第1004-1007页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112909472A (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112909471B (zh) 一种高隔离度的矩形波导-微带功分器
CN102393512B (zh) 单天线调频连续波雷达射频无源对消方法
CN112909472B (zh) 一种基于矩形波导te20模式的功分器
CN101399391A (zh) 高频信号的宽带无损耗混合方法
Zhang et al. Broadband half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW) Wilkinson power divider
CN111063975A (zh) 基于脊间隙波导的Ka波段GYSEL功分器
CN113258244B (zh) 矩形波导微带0°相差高隔离度宽带功分器
CN114256580A (zh) 一种基于新型t波导的功率分配/合成器
CN107706491B (zh) 一种紧凑四端口波导差相移环行器
CN111900513B (zh) 正交模转换器、天线设备及通信系统
CN109585994B (zh) 小型化双层半模基片集成波导六端口器件
CN115473025B (zh) 基于微带－波导混合集成的波导差端口魔t
Park et al. A turnstile junction waveguide orthomode transducer for the simultaneous dual polarization radar
CN108493562A (zh) 一种基于矩形波导的Gysel型功分器及其组件
US20030119471A1 (en) Line coupling structure, mixer, and receiving/transmitting apparatus
Jiang et al. A novel Ka-band 1 to 8 power divider/combiner
US20030045262A1 (en) Waveguide mixer/coupler
CN113612000B (zh) 矩形波导工字形隔离网络双微带转换器
CN216288896U (zh) 一种超宽带超低插入损耗的微波相位及谐波调谐器
Stones Analysis and design of a novel microstrip-to-waveguide transition/combiner
CN115764225B (zh) 一种波导功分器
Matsumoto et al. Cut-off-less coplanar waveguide connector with mode-selectable filter
CN219779207U (zh) 一种天线以及通信设备
Zhang et al. A flexible non-radiative dielectric waveguide with a 1-dB loss PCB-to-NRD coupler for mm-wave array applications
CN113922033A (zh) 一种超宽带超低插入损耗的微波相位及谐波调谐器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant