CN115117584A - 一种低幅度平坦度的宽带四路功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及毫米波太赫兹雷达或通信系统技术领域，尤其涉及一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，包括有四路功分器，四路功分器由两个部分组成，分别为第一级的六端口耦合器，第二级的两个相同的四端口定向耦合器构成，第一级的六端口耦合器由一主波导、两副波导、多个分支所组成，主波导位于两副波导之间，且主波导与两副波导之间通过多个分支所连接，第二级的两个相同的四端口定向耦合器级联到第一级的副波导，构成四路功分器，使用六端口定向耦合器作为第一级，能够很好的解决第一级、第二级输出不一致，级联后输出不一致性加剧的问题；因此，在相同条件下，本发明的四路功分器相较于传统四路功分器可以实现更低的幅度不平坦度和更好的输出带宽。

Description

一种低幅度平坦度的宽带四路功分器
技术领域
本发明涉及毫米波太赫兹雷达或通信系统技术领域，尤其涉及一种低幅度平坦度的宽带四路功分器。
背景技术
波导定向耦合器因其结构简单、插损小、隔离度高，在雷达通信领域得到了广泛的应用。其主要用途有合成和分配功率、扩大功率量程、监视功率和频谱等。在毫米波频段或者是太赫兹频段，电路尺寸急剧减小，传统微带线耦合器有着加工困难，损耗大等缺陷。因此，波导定向耦合器能满足在毫米波或太赫兹波段内实现良好功率分配/合成的需求。以四路功分器为例，在传统结构中通常采用波导定向耦合器实现功率分配，(如附图1所示)一个四端口定向耦合器作为第一级，在其直通端和耦合端各级联一个四端口定向耦合器。由于第一级直接采用四端口定向耦合器，其直通端和耦合端输出幅度不一致，第二级依然采用相同结构，导致四路输出的幅度的不一致性加剧。另外，由于两级级联加剧了输出不一致，在要求这种不一致性很低的条件下，输出带宽也会受限。
在传统四路功分器的设计中，通常采用三个完全相同的四端口耦合器级联实现四路功率分配(如附图1所示)，由于第一级四端口定向耦合器的两个输出端口与输入端口位置非中心对称，因此输出的两路信号幅度不一致，这种幅度差值会引入到第二级功率分配中导致最终四路输出产生更大的信号幅度差。为了改善这一特性，本发明四路功分器将第一级四端口定向耦合器替换为六端口定向耦合器，六端口定向耦合器可以实现任意比率输出，可以实现两路等功率输出，另外，由于两输出端口关于输入端口对称，因此两路信号输出的幅度是完全相等的(信号幅度差为0)，这使得最终的四路功率幅度差更低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
解决在传统四路功分器的设计中，通常采用三个完全相同的四端口耦合器级联实现四路功率分配，由于第一级四端口定向耦合器的两个输出端口与输入端口位置非中心对称，因此输出的两路信号幅度不一致，这种幅度差值会引入到第二级功率分配中导致最终四路输出产生更大的信号幅度差的问题，提供了一种低幅度平坦度的宽带四路功分器。
(二)技术方案
本发明提供一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，具体技术方案如下：
一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，包括有四路功分器，四路功分器由两个部分组成，分别为第一级的六端口耦合器，第二级的两个相同的四端口定向耦合器构成，第一级的六端口耦合器由一主波导、两副波导、多个分支所组成，主波导位于两副波导之间，且主波导与两副波导之间通过多个分支所连接，第二级的两个相同的四端口定向耦合器级联到第一级的副波导，以此构成四路功分器。
作为优选的技术方案，四路功分器包括有一个输入端、若干个输出端、若干个隔离端，信号由输入端端口输入，再由若干个输出端端口输出，实现四路功分，其中存在很少的能量从若干个隔离端端口输出。
作为优选的技术方案，每个隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
作为优选的技术方案，第一级的六端口耦合器关于输入端口上下对称，两个副波导输出到第二级耦合器的能量一致。
作为优选的技术方案，两个副波导输出的幅度不平坦度为0，进而不会与第二级输出幅度不平坦度叠加。
(三)有益效果
本发明的有益效果在于：
1、传统四路功分器由于第一级、第二级都采用了四端口定向耦合器，输出能量都不一致，在级联后这种输出不一致的特性会加剧；相比于四端口定向耦合器，六端口波导定向耦合器有着关于输入端口(P1端口)对称的特性，两个副波导输出到第二级耦合器的能量几乎一致；两个副波导输出能量的差值，即幅度不平坦度为0。
2、使用六端口定向耦合器作为第一级，能够很好的解决第一级、第二级输出不一致，级联后输出不一致性加剧的问题；因此，在相同条件下(相同幅度不平坦度或相同带宽条件下)，本发明的四路功分器相较于传统四路功分器可以实现更低的幅度不平坦度和更好的输出带宽。
3、在相同工作带宽的情况下，较传统方案幅度不平坦度可以降低50％；若在幅度不平坦度一致的情况下，本发明较传统功分器输出带宽会更宽。
4、采用本发明四路功分器结构，可以改变前一级的分支宽度，进而按指标要求设置功率分配比，然后级联第二级后得到四路不等功分器，因此，本发明不仅可以实现等功分输出，还可以实现不等功分输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为传统四路功分器的结构示意图；
图2为本发明四路波导功分器的结构示意图；
图3为传统四路功分器的俯视图和本发明四路功分器的俯视图；
图4为本发明功分器和传统功分器最大幅度不平坦度曲线比较图；
图5为本发明功分器和传统功分器各端口间幅度不平坦度图；
具体实施方式
结合附图对本发明一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，做进一步说明。
如附图2所示，一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，包括有四路功分器，以虚线为分界线，四路功分器由两个部分组成，分别为第一级的六端口耦合器，第二级的两个相同的四端口定向耦合器构成，将图1的第一级由四端口定向耦合器替换为一六端口波导定向耦合器，第一级的六端口耦合器由一主波导、两副波导、多个分支所组成，主波导位于两副波导之间，且主波导与两副波导之间通过多个分支所连接，第二级的两个相同的四端口定向耦合器级联到第一级的副波导，以此构成四路功分器。
进一步的，四路功分器包括有一个输入端、若干个输出端、若干个隔离端，信号由输入端端口输入，再由若干个输出端端口输出，实现四路功分，其中存在很少的能量从若干个隔离端端口输出。
需要说明的是，P1为输入端口；P2、P3、P4、P5为输出端；P6、P7、P8、P9、P10为隔离端，四路功率分配的原理为：信号由第一级P1输入，经多个分支将信号功率耦合到①、②处，存在很少的能量从P6，P7和P8端口输出，需要加入吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波；①、②又分别作为第二级两个四端口定向耦合器的输入端，将信号功率分配到输出端P2、P3、P4、P5，最终实现四路功分。
进一步的，每个隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
进一步的，第一级的六端口耦合器关于输入端口上下对称，两个副波导输出到第二级耦合器的能量一致。
进一步的，两个副波导输出的幅度不平坦度为0，进而不会与第二级输出幅度不平坦度叠加。
需要说明的是，采取8分支分支波导定向耦合器作为基本单元，主副波导型号为WR12(3.0988mm×1.5494mm)，以此设计四路功分器；通过比较传统和本发明的四路功分器结构来说明本发明四路功分器有益效果。
首先给出传统和本发明四路功分器的结构俯视图，如附图3所示；
如附图4所示，通过对传统和本发明四路功分器进行仿真分析，对各端口幅度不平坦度曲线进行比较，可以发现本发明功分器的最大幅度不平坦度为0.162，传统功分器最大幅度不平坦度为0.324。在功分器设计指标中，工作带宽和幅度不平坦度二者存在着权衡，即减小幅度不平坦度会使工作带宽变窄，而牺牲幅度不平坦度的指标可以实现更宽的工作带宽。结合附图5，表明，本发明优点有两点：1、在相同工作带宽的情况下，较传统方案幅度不平坦度可以降低50％；2、若在幅度不平坦度一致的情况下，本发明较传统功分器输出带宽会更宽。
上文中主要参数(mm)：
a1 c1 w1 t1 a2 c2 w2 t2
0.31 0.37 1.3 0.8 0.31 0.53 1.46 0.88
从上述例子可以看出，采用本发明四路功分器结构，在相同工作带宽下能够使得四路输出端口的幅度平坦度较传统功分器更低，同理，相同幅度不平坦度下工作带宽较传统功分器更宽。另外，我们还可以改变前一级的分支宽度，进而按指标要求设置功率分配比，然后级联第二级后得到四路不等功分器。因此，本发明不仅可以实现等功分输出，还可以实现不等功分输出。
上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，其特征在于：包括有四路功分器，所述四路功分器由两个部分组成，分别为第一级的六端口耦合器，第二级的两个相同的四端口定向耦合器构成，所述第一级的六端口耦合器由一主波导、两副波导、多个分支所组成，所述主波导位于两副波导之间，且主波导与两副波导之间通过多个分支所连接，所述第二级的两个相同的四端口定向耦合器级联到第一级的副波导，以此构成四路功分器。
2.如权利要求1所述的一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，其特征在于：所述四路功分器包括有一个输入端、若干个输出端、若干个隔离端，所述信号由输入端端口输入，再由若干个输出端端口输出，实现四路功分，其中存在很少的能量从若干个隔离端端口输出。
3.如权利要求2所述的一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，其特征在于：每个所述隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
4.如权利要求1所述的一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，其特征在于：所述第一级的六端口耦合器关于输入端口上下对称，两个所述副波导输出到第二级耦合器的能量一致。
5.如权利要求4所述的一种低幅度平坦度的宽带四路功分器，其特征在于：两个所述副波导输出的幅度不平坦度为0，进而不会与第二级输出幅度不平坦度叠加。
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