CN115411474B - 一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矩形波导‑过模同轴波导模式变换器，包括矩形波导端口、二路H面带脊功分结构、180°扇形波导垂直过渡、垂直金属隔板、过模同轴波导‑扇形波导模式合成器、过模同轴波导输出端口。微波信号从矩形波导输入TE10模，经过二路H面带脊功分结构，由180°扇形波导垂直过渡转换并通过二路扇形波导功分器变为四路准TE10模信号，最后经过过模同轴波导‑扇形波导模式合成器变换为TEM模。它具有结构紧凑、功率高、大带宽的特性，可以广泛运用在通信、雷达等微波毫米波系统中。

Description

一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器
技术领域
本发明涉及微波/毫米波能量传输技术领域，具体涉及一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器。
背景技术
随着无线系统的飞速发展，模式变换器是各种雷达系统、测试系统中重要的无源转接器件。矩形波导的电磁屏蔽性好、损耗低，被广泛应用于电子系统中。同轴线是一种屏蔽且非色散的结构，主模是TEM波，也可传输TE模和TM模，其截止频率为零，同轴线基本没有辐射损耗，几乎不受外界信号干扰，工作频带较宽，可以应用于毫米波波段。因此为满足各种微波系统的需要，一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器被大量使用。
随着国内外电子行业的重视,进一步推动了各种元件,特别是转换器件的发展,从而对这些器件的性能要求变得更高。一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器具有带宽宽、结构紧凑的特点，可以广泛应用于微波毫米波系统。
发明内容
鉴于背景技术存在的缺陷，本发明提供了一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器。它具有高功率，结构紧凑，带宽宽的特性，可以解决现有技术中模式转换器结构尺寸较大，带宽较窄的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
如图1所示，一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，包括矩形波导端口(1)、二路H面带脊功分结构(2)、180°扇形波导垂直过渡(3)、垂直金属隔板(4)、二路扇形波导功分器(5)、4个阶梯状金属脊(6)、过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)、过模同轴波导输出端口(8)。
所述二路H面功分结构的本质为一个波导H-T分支。
矩形波导端口(1)与二路H面带脊功分结构(2)连接，再经过弯折矩形波导与180°扇形波导垂直过渡(3)结构连接，通过过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)，过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)由两个扇形波导组成一个同轴结构，两波导之间有垂直金属隔板(4)使其呈对称分布，对称分布的波导通过各自的二路扇形波导功分器(5)再分成两路，最后通过4个阶梯状金属脊(6)和同轴波导将四路信号合成一路从过模同轴波导输出端口(8)输出。
4个阶梯金属脊有效扩展带宽，整体呈现立体端馈结构，充分利用了电路空间。
本发明所提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器工作原理如下：
微波信号从矩形波导输入TE10模，经过二路H面带脊功分结构(2)一分为二，再通过弯折矩形波导与180°扇形波导垂直过渡(3)结构相互垂直连接，然后经过两个对称的扇形波导，每路信号经过二路扇形波导功分器(5)再一分为二，信号变为四路准TE10模信号，最后通过4个阶梯金属脊(6)和过模同轴波导将信号合成一路TEM模从过模同轴波导输出端口(8)输出。
本发明的优点和显著效果在于：
本发明所提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，具有结构紧凑、功率高、带宽宽的特点。与传统结构相比，更符合现在无线通信系统对器件尺寸越来越苛刻的要求。
本发明所提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，与现有的矩形波导到过模同轴波导的模式转换器相比有着更宽的带宽，更符合微波毫米波系统发展所提出的宽带的需求。解决了传统矩形波导到过模同轴波导的模式转换器带宽过窄的问题。
本发明所提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，具有结构紧凑、大带宽、功率高、平坦度好等优势，主要适用各种微波毫米波器件中，在功率合成器、功率放大器等器件组成中有较高的应用价值，在通信、雷达、测控等微波毫米波系统中有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器示意图；
图2是实施范例中一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器的S参数仿真曲线；
附图中标号对应名称为：
(1)矩形波导端口、(2)二路H面带脊功分结构、(3)180°扇形波导垂直过渡、(4)垂直金属隔板、(5)二路扇形波导功分器、(6)4个阶梯状金属脊、(7)过模同轴波导-扇形波导模式合成器、(8)过模同轴波导输出端口
具体实施方式
为了使本发明要解决问题、技术方案和优点更加清晰，使本领域技术人员可通过本书明阐述的内容容易的了解到其优势和特点。下面将通过举例对本发明进行详细说明。
如图1所示为本发明提出的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器。选择匹配负载的工作频段为37GHz–60GHz，则该实例器件包含以下几个结构：
一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，包括矩形波导端口(1)、二路H面带脊功分结构(2)、180°扇形波导垂直过渡(3)、垂直金属隔板(4)、二路扇形波导功分器(5)、4个阶梯状金属脊(6)、过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)、过模同轴波导输出端口(8)。
矩形波导端口(1)与二路H面带脊功分结构(2)连接，再经过弯折矩形波导与180°扇形波导垂直过渡(3)结构相互垂直连接，通过过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)，过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)由两个扇形波导组成一个同轴结构，两波导之间有垂直金属隔板(4)使其呈对称分布，对称分布的波导通过各自的二路扇形波导功分器(5)再分成两路，最后通过4个阶梯状金属脊(6)和同轴波导将四路信号合成一路从过模同轴波导输出端口(8)输出。
微波信号从矩形波导输入TE10模，经过二路H面带脊功分结构(2)一分为二，再通过弯折矩形波导与180°扇形波导垂直过渡(3)结构相互垂直连接，然后经过两个对称的扇形波导，每路信号经过二路扇形波导功分器(5)再一分为二，信号变为四路准TE10模信号，最后通过4个阶梯金属脊(6)和过模同轴波导将信号合成一路TEM模从过模同轴波导输出端口(8)输出。
组合优化之后，尺寸较小,结构紧凑。
图2为一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器的S参数仿真结果，可以看出在37GHz–60GHz内具有较小的损耗，输入回波损耗优于20dB。

Claims (3)

1.一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，其特征在于其包括矩形波导端口(1)、二路H面带脊功分结构(2)、180°扇形波导垂直过渡(3)、垂直金属隔板(4)、二路扇形波导功分器(5)、4个阶梯状金属脊(6)、过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)、过模同轴波导输出端口(8)，矩形波导端口(1)与二路H面带脊功分结构(2)连接，通过弯折矩形波导与180°扇形波导垂直过渡(3)相连接，再通过过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)，过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)由两个扇形波导组成一个同轴结构，两波导之间有垂直金属隔板(4)使其呈对称分布，对称分布的波导通过各自的二路扇形波导功分器(5)再分成两路，最后通过4个阶梯状金属脊(6)和同轴波导将四路信号合成一路从过模同轴波导输出端口(8)输出，4个阶梯金属脊(6)有效扩展带宽，整体呈现立体端馈结构，充分利用了电路空间。
2.根据权利要求1所述的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，其特征在于使用了一个二路H面带脊功分结构(2)，使结构更紧凑，使用180°扇形波导垂直过渡(3)，用于电路匹配。
3.根据权利要求1所述的一种矩形波导-过模同轴波导模式变换器，其特征在于使用过模同轴波导-扇形波导模式合成器(7)，包括垂直金属隔板(4)、二路扇形波导功分器(5)、4个阶梯状金属脊(6)，形成立体端馈结构分布。
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