CN113690559B - 一种过模圆波导tm01模一分二正交功分结构 - Google Patents

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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其包括固定于入口圆波导内的内导体；内导体与四路矩形波导的内壁连接，四路矩形波导的两端以内导体为中心点呈左右对称；四路矩形波导一端的两路分别与右旋扭波导和左旋扭波导连接；右旋扭波导和左旋扭波导均通过矩转圆波导与出口圆波导连接；入口圆波导底部设置输入端口，入口圆波导与四路矩形波导连接的内部侧楞和内导体的底端均设置用于增加波导功率容量的倒角。本发明具有良好的传输、反射性能和高功率容量性能，适用于相应微波频段的通讯、雷达等对功率容量、体积和可靠性等有苛刻要求的系统中。

Description

一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构
技术领域
本发明属于微波传输技术领域，具体涉及一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构。
背景技术
随着微波技术的迅速发展，对高功率微波的要求越来越高。对于高功率微波传输技术领域的功分器，通常需要满足低损耗、高效率等性能，同时，还需满足高功率微波系统中的高功率容量性能，并实现微波的传输与分配。高功率微波源的输出结构多为过模圆波导，输出模式多为TM01模。在微波传输系统中，对圆波导TM01模实现一分二功分结构，同时还需要满足馈电系统中的输入端口与输出端口在正交面内实现能量的两路均分，并满足紧凑化设计来减少对系统内的其他器件产生干涉。现有功分结构无法实现能量的两路均分并且结构不紧凑占用大量空间。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，解决了现有功分结构无法实现能量的两路均分并且结构不紧凑占用大量空间的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其包括固定于入口圆波导内的内导体；内导体与四路矩形波导的内壁连接，四路矩形波导的两端以内导体为中心点呈左右对称；四路矩形波导一端的两路分别与右旋扭波导和左旋扭波导连接；右旋扭波导和左旋扭波导均通过矩转圆波导与出口圆波导连接。
通过调整与右旋扭波导和左旋扭波导连接波导的长度和利用扭波导实现四路矩形波导的同相位，通过优化设计，实现了高功率容量微波的均分。
进一步地，入口圆波导底部设置输入端口。
进一步地，入口圆波导与四路矩形波导连接的内部侧楞和内导体的底端均设置用于增加波导功率容量的倒角。
进一步地，入口圆波导与四路矩形波导连接的内部侧楞和内导体的底端的倒角半径均为8mm。
进一步地，内导体为铜柱状结构，铜柱状结构的直径为40mm。
进一步地，入口圆波导和出口圆波导为TM01模过模圆波导。
进一步地，两个出口圆波导上均设置输出端口。
进一步地，入口圆波导、四路矩形波导、右旋扭波导、左旋扭波导、矩转圆波导和出口圆波导的材质均为金属。
进一步地，内导体上设置底座。
进一步地，底座的直径为82mm，高度为17.6mm。
本发明的有益效果为：采用圆波导一分四路矩形波导和两路矩形波导合成圆波导结构实现了圆波导TM01模在正交平面的一分二功分结构，巧妙地利用扭波导实现四路矩形波导的同相位，从而将输入能量在正交平面均分成两部分，通过优化设计，实现了高功率容量微波的均分。
附图说明
图1为一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构的结构示意图。
图2为一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构的内导体面剖视图。
图3为一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构的入口波导剖视图。
图4为一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构的不同频率下的散射系数示意图。
图5为一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构的场强分布结果。
其中，1、入口圆波导；2、内导体；3、四路矩形波导；4、右旋扭波导；5、矩转圆波导；6、出口圆波导；7、左旋扭波导；8、底座；9、输入端口；10；输出端口。
具体实施方式
面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的实施例一，参考图1，本实施例的一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，包括：
固定于入口圆波导1内的内导体2，内导体2与四路矩形波导3的内壁连接，四路矩形波导3以内导体2为中心点呈左右对称，四路矩形波导3的左右两端分别连接一个右旋扭波导4和一个左旋扭波导7，右旋扭波导4和左旋扭波导7之间依次与矩转圆波导5和出口圆波导6连接。
入口圆波导1底部设置输入端口9，两个出口圆波导6设置输出端口10。
入口圆波导1和出口圆波导6为TM01模过模圆波导，内导体2为带有底座8的金属柱状结构，四路矩形波导3结构为在同一平面实现波导传输的矩形波导结构，出口圆波导6为TM01模过模圆波导。
内导体2与四路矩形波导3内壁相连，四路矩形波导3为在同一平面实现波导传输的矩形波导结构。
在入口圆波导1口输入TM01模微波，利用内导体2和四路矩形波导3结构实现矩形波导TE11模式的转换，通过调整波导长度，实现四路矩形波导3在同一平面实现波导同相位传输，将每两路矩形波导转为一路圆波导，实现两路TM01模圆波导在正交平面的输出。
在入口圆波导1端口输入TM01模波，经过功分结构，可在正交平面将高功率微波能量均分成两部分。
本实施例的工作原理为：
由入口圆波导输入TM01波，利用内导体2和四路矩形波导3结构实现到矩形波导TE11模式的转换，通过调整四路矩形波导3的四个波导长度，实现四路矩形波导3在同一平面实现波导传输，同时输出相位相同，经过扭波导结构，利用每两路矩形波导转为一路圆波导，在输出端口实现两路TM01模圆波导在正交平面的输出。该功分结构实现了输入圆波导TM01模在正交平面的一分二功分转换。
根据本申请的实施例二，如图2和图3所示；
本实施例主要尺寸参数为：入口波导直径D3为80mm，中间波导直径D4为90mm，顶端波导直径D5为65mm，波导顶端倒角半径R2为8mm，上渐变波导高度H2为30.9mm，直波导长度H3为40mm，下渐变波导高度H4为21mm。内导体2的底座8直径D1为82mm，底座8的高度H1为17.6mm，圆柱直径D2为40mm，圆柱长L1为82.4mm，圆柱低端倒角半径R1为8mm，出口圆波导直径为80mm。
根据本申请的实施例三，如图4所示；
仿真得到各端口的S参数结果，中心频点的反射系数低于-24.8dB，两个输出端口的幅度一致，均为-3.05dB。以上结果表明该功分结构具有低插入损耗、低幅度平衡度等性能。
如图5所示，在中心频率为4.3GHz，在输入0.5W时，最大场强为546V/m，限制点在两路矩形波导——圆波导外导体上。通常高功率功分结构在抽真空条件的系统中应用，按场强击穿阈值为55MV/m计算，得到功分结构的功率容量约为5.05GW，验证了该功分结构可应用于高功率容量微波技术领域。
采用圆波导一分四路矩形波导3和两路矩形波导合成圆波导结构实现了圆波导TM01模在正交平面的一分二功分结构，巧妙地利用扭波导实现四路矩形波导3的同相位，从而将输入能量在正交平面均分成两部分，通过优化设计，实现了高功率容量微波的均分。
本发明的功分结构具有高功率容量、低插入损耗、低幅度平衡度、易于加工实现等性能；并且具有良好的传输、反射性能和高功率容量性能，该功分结构具有可用功率容量高、插入损耗小、幅度不平衡度低、结构紧凑、易于加工实现等特点，适用于相应微波频段的通讯、雷达等对功率容量、体积和可靠性等有苛刻要求的系统中。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：包括固定于入口圆波导(1)内的内导体(2)；所述内导体(2)与四路矩形波导(3)的内壁连接，所述四路矩形波导(3)的两端以内导体(2)为中心点呈左右对称；所述四路矩形波导(3)一端的两路分别与右旋扭波导(4)和左旋扭波导(7)连接，所述四路矩形波导(3)的四个端口从左至右依次连接所述右旋扭波导(4)、左旋扭波导(7)、右旋扭波导、左旋扭波导(7)；所述右旋扭波导(4)和左旋扭波导(7)均通过矩转圆波导(5)与出口圆波导(6)连接；
所述入口圆波导(1)底部设置输入端口(9)；
所述入口圆波导(1)与四路矩形波导(3)连接的内部侧楞和内导体(2)的底端均设置用于增加波导功率容量的倒角；
所述入口圆波导(1)和出口圆波导(6)为TM01模过模圆波导；
两个所述出口圆波导(6)上均设置输出端口(10)；
在入口圆波导(1)口输入TM01模微波，利用内导体(2)和四路矩形波导(3)结构实现矩形波导TE11模式的转换，通过调整波导长度，实现四路矩形波导(3)在同一平面实现波导同相位传输，将每两路矩形波导转为一路圆波导，实现两路TM01模圆波导在正交平面的输出。
2.根据权利要求1所述的过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：所述入口圆波导(1)与四路矩形波导(3)连接的内部侧楞和内导体(2)的底端的倒角半径均为8mm。
3.根据权利要求1所述的过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：所述内导体(2)为铜柱状结构，铜柱状结构的直径为40mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：所述入口圆波导(1)、四路矩形波导(3)、右旋扭波导(4)、左旋扭波导(7)、矩转圆波导(5)和出口圆波导(6)的材质均为金属。
5.根据权利要求1所述的过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：所述内导体(2)上设置底座(8)。
6.根据权利要求5所述的过模圆波导TM01模一分二正交功分结构，其特征在于：所述底座(8)的直径为82mm，高度为17.6mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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