CN117996390A - 一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 - Google Patents
一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117996390A CN117996390A CN202410332464.6A CN202410332464A CN117996390A CN 117996390 A CN117996390 A CN 117996390A CN 202410332464 A CN202410332464 A CN 202410332464A CN 117996390 A CN117996390 A CN 117996390A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- transmission section
- section
- inner conductor
- metal plate
- 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.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 120
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 59
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Waveguides (AREA)
Abstract
本发明涉及一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，属于微波测量领域，它包括过渡棱台段、TEM模式激励传输段、波导能量传输段和内导体金属板；TEM模式激励传输段和波导能量传输段组成横电磁波小室，将横电磁波小室中有TEM模式激励传输段的一端作为装置的激励端，过渡棱台段与激励端连接，TEM模式激励传输段的两端与过渡棱台段和波导能量传输段的前端连接；内导体金属板安装在横电磁波小室的中间水平高度处。本发明利用中间位置的内导体金属板将横电磁波小室划分为两个封闭的波导结构，能够满足截止频率以上的宽带信号传输，避免了波导通道之间的相互耦合，能够更高效地实现射频微波功率能量的分配。
Description
技术领域
本发明涉及微波测量领域，尤其涉及一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置。
背景技术
在射频系统中，功率分配器是必不可少的重要组成器件，它可以平均分配一路信号为多路输出，并且保持相位和振幅的稳定性；其根据输出端口的多少可以分为二分器、四分器等结构，以满足不同射频系统输出的性能。
最典型的功分器结构就是威尔金斯功分器，是射频功率放大器设计中用到的最多的射频微带功分器；这类功分器主要采用平面微带结构，在平面上对称，通过设计微带线的宽度和长度使得功分器能够满足功率均匀分配，且端口之间分离性能良好的特性。但是微带结构避免不了能量的传输损耗，因此此类功分器的端口插损为6dB；并且微带结构的阻抗特性与频率有关系，而微带线结构一旦设计完成无法更改，因此其更多应用在窄带功率分配的场景下。
另一种微波功分器采用的是波导结构，波导的特殊性允许电磁场在其内部直接传播，场的传播方式能够很好的保证能量不损失，因此端口的插损能够最大限度达到3dB性能；但是，由于波导结构隔离度差，因此无法有效保证输出端口之间的信号隔离，容易造成传输端口之间信号的耦合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，解决了现有装置存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，它包括过渡棱台段、TEM模式激励传输段、波导能量传输段和内导体金属板；
所述TEM模式激励传输段和波导能量传输段组成横电磁波小室，将横电磁波小室中有TEM模式激励传输段的一端作为装置的激励端，所述过渡棱台段与激励端连接，TEM模式激励传输段的两端与过渡棱台段和波导能量传输段的前端连接；所述内导体金属板安装在横电磁波小室的中间水平高度处，且一端贯穿到过渡棱台段内。
所述内导体金属板将波导能量传输段划分为上下两段，用于电磁场能量的传输，通过TEM模式激励传输段的电磁场直接激发波导的传输模式，实现截止频率以上的电磁波传输，每段分别与对应的外接波导连接器连接。
所述内导体金属板用于激励电流的传导，并在横电磁波小室内部产生特定要求的场分布，内导体金属板与TEM模式激励传输段和过渡棱台柱的内壁均保持一定的距离，以满足阻抗匹配的要求。
所述内导体金属板在波导能量传输段内的宽度与波导能量传输段的宽度一致，以隔离波导能量传输段上下两个空间，实现两个能量传输部分的电磁能量隔离；
所述内导体金属板在波导能量传输段内与波导能量传输段的固定方式为硬连接，保证波导的密闭性；与过渡棱台段的同轴法兰连接器接触。
一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，所述方法包括：
确定功分器的使用频率范围；
根据应用的频段要求确定波导的截止频率，根据截止频率确定波导能量传输段横截面的尺寸，并在波导能量传输段的一端设置TEM模式传输激励段；
将TEM模式激励传输段横截面的尺寸设计为与波导能量传输段横截面的尺寸大小一致，在TEM模式激励传输段的激励端设置过渡棱台段，在过渡棱台段、TEM模式激励传输段和波导能量传输段的中间水平高度处设置内导体金属板；
根据阻抗匹配条件和波导能量传输段横截面的尺寸设计内导体金属板的宽度；
根据TEM模式激励传输段的尺寸设计过渡棱台段的尺寸；
根据过渡棱台段的尺寸选择同轴法兰连接器。
所述根据阻抗匹配条件和波导能量传输段横截面的尺寸设计内导体金属板的宽度具体包括：
根据阻抗匹配条件将位于过渡棱台柱和TEM模式激励传输段内的内导体金属板的宽度设计为小于过渡棱台柱和TEM模式激励传输段的宽度；
将位于波导能量传输段内的内导体金属板的宽度设计为与波导能量传输段的横截面宽度一致。
本发明具有以下优点：一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，一方面其仍然保持了横电磁波小室稳定激励特定模式电磁场的优点，且其在一定频率范围内电磁场均匀分布；同时在利用中间位置的内导体金属板将横电磁波小室划分为两个封闭的波导结构，能够满足截止频率以上的宽带信号传输；同时该装置既利用了波导传输低损耗的优点，封闭结构也避免了波导通道之间的相互耦合，并且不易受终端阻抗的影响，能够更高效地实现射频微波功率能量的分配。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明的结构三视图；
图3为本发明设计方法的流程示意图；
图中：1-过渡棱台柱，2-TEM模式激励传输段，3-波导能量传输段，4-内导体金属板。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明具体涉及一种矩形横电磁波结构到波导的新型二等分微波反相功率分配装置，其包括过渡棱台段1、TEM模式激励传输段2、波导能量传输段3、内导体金属板4；TEM模式激励传输段2和波导能量传输段3组成横电磁波(TEM)小室，利用横电磁波(TEM)小室产生的TEM模式电磁场作为功率分配的基本场，在波导能量传输段3利用内导体金属板4将结构分为上下两个空间，每个空间四周均为金属，满足波导传输特性，并且TEM小室中的TEM波能够很好地激发波导内的TE和TM等有效模式传输，因此只要频率高于波导的截止频率均能够实现良好的能量传输。同时完全封闭的波导结构也保证了上下两个波导空间的隔离度，避免了传统波导功分器通道之间的互相耦合问题。
进一步地，过渡棱台段1位于装置两端，在其顶端安装同轴法兰连接器；TEM模式激励传输段2位于过渡棱台段1和波导能量传输段3中间，其两端直接与过渡棱台段1和波导能量传输段3连接；波导能量传输段3的前端与TEM模式激励传输段2连接；内导体金属板4安装在装置的中间水平高度处，使得波导能量传输段3分隔为两个四周均为连续金属的空间。
波导能量传输段3由外导体横截面为方形外壳和内导体构成，内导体与方形外壳相连将其平分为上下两个矩形波导，并与TEM模式激励传输段2的内导体连接，波导能量传输段3横截面外壳边长a，高为b/2。
TEM模式激励传输段2为由方形外壳和内导体组成，其作用为将探针注入的非均匀平面波转换成为均匀分布的横电磁波。方形外壳的边长与波导能量传输段3的宽n相等，内导体金属板4宽度w与TEM模式激励传输段2的边长m、n需要满足以下关系，实现横电磁波小室阻抗满足50Ω。
过渡棱台段1是接口和横电磁波小室中TEM模式激励传输段2的连接部分，为保证传输特性，其特性阻抗应保持为50Ω。为此，过渡棱台段1的顶面边长n1(接口边长)与底边边长n(TEM模式激励传输段2的边长)的比值应满足下面条件：
其中w1是过渡棱台段1与激励相连的导体宽度，w是TEM模式激励传输段2的内导体宽度。
如图2所示，最终根据过渡棱台段的尺寸，确定法兰接口的尺寸，将法兰接口通过铆钉固定在过渡棱台段外侧的外导体壳。特别地采用例如金属铜等良导体加工制作该功率分配装置，构成装置的电磁边界条件。
如图3所示，本发明的另一种实施方式涉及一种矩形横电磁波结构到波导的新型二等分微波反相功率分配装置的设计方法，其包括以下内容：
确定功分器的使用频率范围；
根据应用的频段要求确定波导的截止频率，根据截止频率确定波导能量传输段3横截面的尺寸，并在波导能量传输段3的一端设置TEM模式传输激励段2；
将TEM模式激励传输段2横截面的尺寸设计为与波导能量传输段3横截面的尺寸大小一致，在TEM模式激励传输段2的激励端设置过渡棱台段1，在过渡棱台段1、TEM模式激励传输段2和波导能量传输段3的中间水平高度处设置内导体金属板4；
根据阻抗匹配条件和波导能量传输段3横截面的尺寸设计内导体金属板4的宽度；
根据TEM模式激励传输段2的尺寸设计过渡棱台段1的尺寸；
根据过渡棱台段1的尺寸选择同轴法兰连接器。
进一步地，根据阻抗匹配条件和波导能量传输段3横截面的尺寸设计内导体金属板4的宽度具体包括：
根据阻抗匹配条件将位于过渡棱台柱1和TEM模式激励传输段2内的内导体金属板4的宽度设计为小于过渡棱台柱1和TEM模式激励传输段2的宽度；
将位于波导能量传输段3内的内导体金属板4的宽度设计为与波导能量传输段3的横截面宽度一致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和完善，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：它包括过渡棱台段(1)、TEM模式激励传输段(2)、波导能量传输段(3)和内导体金属板(4)；
所述TEM模式激励传输段(2)和波导能量传输段(3)组成横电磁波小室，将横电磁波小室中有TEM模式激励传输段(2)的一端作为装置的激励端，所述过渡棱台段(1)与激励端连接，TEM模式激励传输段(2)的两端与过渡棱台段(1)和波导能量传输段(3)的前端连接；所述内导体金属板(4)安装在横电磁波小室的中间水平高度处，且一端贯穿到过渡棱台段(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)将波导能量传输段(3)划分为上下两段，用于电磁场能量的传输，通过TEM模式激励传输段(2)的电磁场直接激发波导的传输模式，实现截止频率以上的电磁波传输，每段分别与对应的外接波导连接器连接。
3.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)用于激励电流的传导，并在横电磁波小室内部产生特定要求的场分布，内导体金属板(4)与TEM模式激励传输段(2)和过渡棱台柱(1)的内壁均保持一定的距离，以满足阻抗匹配的要求。
4.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)在波导能量传输段(3)内的宽度与波导能量传输段(3)的宽度一致，以隔离波导能量传输段(3)上下两个空间，实现两个能量传输部分的电磁能量隔离；
所述内导体金属板(4)在波导能量传输段(3)内与波导能量传输段(3)的固定方式为硬连接，保证波导的密闭性；与过渡棱台段(1)的同轴法兰连接器接触。
5.根据权利要求1-4中任意以下所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，其特征在于：所述方法包括：
确定功分器的使用频率范围；
根据应用的频段要求确定波导的截止频率，根据截止频率确定波导能量传输段(3)横截面的尺寸，并在波导能量传输段(3)的一端设置TEM模式传输激励段(2)；
将TEM模式激励传输段(2)横截面的尺寸设计为与波导能量传输段(3)横截面的尺寸大小一致，在TEM模式激励传输段(2)的激励端设置过渡棱台段(1)，在过渡棱台段(1)、TEM模式激励传输段(2)和波导能量传输段(3)的中间水平高度处设置内导体金属板(4)；
根据阻抗匹配条件和波导能量传输段(3)横截面的尺寸设计内导体金属板(4)的宽度；
根据TEM模式激励传输段(2)的尺寸设计过渡棱台段(1)的尺寸；
根据过渡棱台段(1)的尺寸选择同轴法兰连接器。
6.根据权利要求5所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，其特征在于：所述根据阻抗匹配条件和波导能量传输段(3)横截面的尺寸设计内导体金属板(4)的宽度具体包括：
根据阻抗匹配条件将位于过渡棱台柱(1)和TEM模式激励传输段(2)内的内导体金属板(4)的宽度设计为小于过渡棱台柱(1)和TEM模式激励传输段(2)的宽度；
将位于波导能量传输段(3)内的内导体金属板(4)的宽度设计为与波导能量传输段(3)的横截面宽度一致。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410332464.6A CN117996390A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410332464.6A CN117996390A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117996390A true CN117996390A (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=90894270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410332464.6A Pending CN117996390A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117996390A (zh) |
-
2024
- 2024-03-22 CN CN202410332464.6A patent/CN117996390A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8514034B2 (en) | Radio frequency (RF) microwave components and subsystems using loaded ridge waveguide | |
| CN112909471B (zh) | 一种高隔离度的矩形波导-微带功分器 | |
| CN111370833B (zh) | 矩形波导定向耦合器 | |
| JP6143971B2 (ja) | 同軸マイクロストリップ線路変換回路 | |
| CN111063975B (zh) | 基于脊间隙波导的Ka波段GYSEL功分器 | |
| CN113328227A (zh) | 一种微带线到非辐射介质波导的过渡结构 | |
| CN114188686B (zh) | H面波导/微带探针转换装置 | |
| US6597260B2 (en) | Filter, multiplexer, and communication apparatus | |
| US3721921A (en) | Waveguide directional coupler | |
| CN112909472B (zh) | 一种基于矩形波导te20模式的功分器 | |
| Zhang et al. | Design of broadband orthomode transducer based on double ridged waveguide | |
| Park et al. | A turnstile junction waveguide orthomode transducer for the simultaneous dual polarization radar | |
| CN117996390A (zh) | 一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置 | |
| CN106684520A (zh) | 一种测量pcb基板电特性的多模基片集成波导谐振器及其测量方法 | |
| Chen et al. | Novel Gysel power dividers based on half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW) | |
| JPH05235618A (ja) | 偏平空洞の高周波パワーディバイダ | |
| Bornemann et al. | Substrate-integrated waveguide filter design using mode-matching techniques | |
| Elshafey et al. | Low loss high power air suspended stripline power divider for high power division sub-systems applications | |
| US20070069839A1 (en) | Device for coupling suspended stripline and NRD guides | |
| JPH0746011A (ja) | 電力分配器 | |
| US10651524B2 (en) | Planar orthomode transducer | |
| Xiao et al. | Design of 4–5GHz transition from double-ridge waveguide to coaxial line | |
| Chiu et al. | TE 20 mode differential waveguide directional coupler and wideband balun by 3-D printing | |
| Xiao et al. | A full Ka-band half height waveguide to microstrip transition | |
| CN118137091B (zh) | 一种基于四模矩形谐振腔的双频平衡式滤波器 |
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 |