CN1988250A - 同轴波阻抗变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来将第一接头(K1)上的高频功率借助于λ/4导线通过多级串联变压分配到n个位于同一径向平面内的第二接头(K2)上的同轴波阻抗变压器，其中，如果λ/4导线至少局部同心相互包围地设置在第一接头(K1)和第二接头(K2)之间，则这种同轴波阻抗变压器的结构特别短。

Description

同轴波阻抗变压器

技术领域

本发明涉及一种用来将第一接头上的高频功率通过多级串联的变压/变换借助于λ/4导线分配到n个位于同一径向平面内的第二接头(n≥2)上的同轴波阻抗变压器/变换器(Wellenwiderstandstransformator)。

背景技术

其原理例如由Meinke Gundlbach的“Taschenbuch derHochfrequenztechnik”，第5版，第L4，L5节已知的这种波阻抗变压器特别用来将通过一输入端的同轴导线输入的高频能量尽可能波阻抗准确地，从而无反射地均匀分配到两个或更多的输出端的同轴导线上，输出端的同轴导线具有与输入端同轴导线相同的通常为50Ω的波阻抗。这种波阻抗变压器也称为分配器或分路器(Splitter)。它们通常包括多个变压级，其中每个变压级由一同轴导线段组成，该导线段近似地具有一λ/4的机械长度(λ是运行频率或中心频率的波长)。为了计算导线段的内导体及外导体的准确长度和直径可使用一种以APLAC公知的、并在市场上可以买到的软件。因此为了简短起见，在下面和在权利要求书中单个导线段称作λ/4导线。

原则上波阻抗变压器应该尽可能无反射，即特别是在第一接头处具有低的VSWR。但是在带宽足够的情况下可以接受的VSWR值需要至少三个变压级，在同时输送更大的带宽时需要四个或更多变压级。因为变压的导体段不仅在电上是串联的，而且在机械上也是顺序排列的，已知的波阻抗变压器结构非常长。其(理论)长度至少等于n·λ/4，即正比于变压级的数量n。

发明内容

本发明的目的是，提供一种开头所述类型的波阻抗变压器，其结构明显缩短，而不损害其电特征值。

对于这种类型的波阻抗变压器这个目的这样来实现，即λ/4导线至少局部同心相互包围地设置在第一接头和第二接头之间。

因此本发明的基本思想在于，第一λ/4导线的外导体至少在其长度的一部分上用作第二λ/4导线的内导体，而其外导体又用作第三λ/4导线的内导体，等等。这使得可实现较短的波阻抗变压器的结构形式。

λ/4导线特别是可以这样地相互同心设置，使得一个λ/4导线的开口端构成下一个λ/导线的起点。

如果λ/4导线这样相互同心地设置，使得电磁波从λ/4导线到λ/4导线(在相邻的λ/4导线之间)反方向传播，当不需要补充的补偿来提高带宽时，则波阻抗变压器的(理论)长度-与级数无关-由此不会明显大于λ/4。

如果一个λ/4导线这样地折叠，使它以其长度的一部分同心地包围其长度的剩余部分，则便可以实现级数的加大而不会明显加大波阻抗变压器的直径。即在这种结构形式中，电磁波在至少一个变压级中-即在相应的约λ/4长的导线段内，在一第一体积内向一个方向传播，而在一包围第一体积的第二体积内向相反的方向传播。

可以这样来实现一仅略长于例如三级实施形式的、但具有相同直径的紧凑的四级波阻抗变压器，即：第一级的内导体具有一第一直径，并和第一级的外导体一起构成第一λ/4导线，这个内导体带有较大的第二直径的延长部和相同外导体的内壳面一起构成第二级的第一段，所述第二级的第二段由第一级的外导体的、具有第一直径的、作为第二内导体的外壳面与包围结构的空心圆柱体的、作为第二外导体的内壳面一起组成，在所述第二级上连接一具有较大的第二外径的外导体段作为内导体，该内导体和包围结构的空心圆柱体的内壳面一起构成第三级的第一段，第三级的第二段由包围结构的空心圆柱体具有第一外径的、作为第三内导体的外壳面与空心圆柱形壳体的内表面一起组成，在第三级上连接第四级，第四级由包围结构的空心圆柱体具有较大的第二外径的、作为第四内导体的第二段与空心圆柱形壳体作为外导体的内壳面一起组成，其中包围结构的空心圆柱体与第二接头的内导体连接。用这种方式实现的第二和第三级的折叠避免了，必须加大用来安装第四级的壳体直径，因此降低了极限频率。

如果第一接头的内导体具有设计成补偿用λ/4空载导线的、同心和绝缘地安装在第一λ/4导线的内导体内的内导体，则可以实现较大的带宽和较平的反射因子随频率的变化曲线。

如果补偿用的λ/4短接导线的内导体连接在第二接头的内导体的连接点上，则可以实现同样意义上的进一步改进。

附图说明

下面借助于附图说明本发明的波阻抗变压器，附图包括示意的简化实施例和补充的图线。附图表示：

图1同轴波阻抗变压器的已知原理，

图2以纵剖视图表示本发明波阻抗变压器的四级实施形式，

图3相应于图2中III-III线的横剖视图，

图4以纵剖视表示一三级实施形式，

图5以纵剖视表示的另一种四级实施形式，

图6按图4的四级波阻抗变压器的反射因子随频率的变化曲线，

图7按图5的三级波阻抗变压器的反射因子随频率的变化曲线。

具体实施方式

图1示出一四级的用来使一低的波阻抗Z(LS)通过四个顺序衔接的约λ/4长度的、具有逐级减小的波阻抗Z(L1)至Z(L4)的导线段L1至L4变压到一较高的波阻抗Z(L0)或与该波阻抗Z(L0)匹配的波阻抗变压器。为了扩大带宽和使反射因子随频率的变化曲线平滑，在第一级L1内附加地内置一λ/4空载导线LL，在第四级L4的端部上连接一λ/4短接导线。在功率分配器或分路器的情况下，与Z(L0)相比较低的波阻抗Z(L5)通过并联在最后的变压级L4上的同轴导线(未画出)形成，所述同轴导线例如是相应数量的天线的输入线。

图2和图3以纵剖视图和对应于图2中的III-III线的横剖视图示出一用来将通过一同轴导线输送到第一接头K1的高频电能均匀分配到三个第三接头K2至K4上的四级波阻抗变压器。一内导体IL1和一外导体AL1共同构成一具有波阻抗Z(L1)和一约λ/4长度的第一变压级L1。 IL1的外径和AL1的内径及精确的长度和后面各变压级的相应的值一样可以借助于已经提到过的软件APLC计算欻里。内导体IL1本身同心地接纳一内导体IL0，该内导体IL0和内导体IL1的内壳面及电介质D一起构成一空载导线LL，该空载导体LL略短于λ/4，并像图1的情况中那样用作频率响应补偿。在这个第一级L1上连接一具有波阻抗Z(L2)的第二级L2。在其外导体AL2与AL1的内径相同的情况下，为了实现与Z(L1)相比较小的Z(L2)，内导体IL2具有比IL1大的外径。

级L2的外导体AL2的开口端同时又是具有更低的波阻抗Z(L3)的级L3的起点。这个级L3具有所述外导体AL2的外壳面作为内导体IL3，并具有一包围级L2的杯状空心圆柱体H的内壳面作为外导体。与级L2的结构类似，空心圆柱体的开口端构成级L3的端部并构成具有更低的波阻抗Z(L4)的级L4的起点。因此高频能量在外导体AL2的开口端和空心圆柱体H的开口端分别改变传播方向。空心圆柱体H的外壳面构成级L4的内导体IL4，而波阻抗变压器壳体G的内壳面构成其外导体AL4。在级L4的端部上高频能量均匀地分配到第二接头K2至K4上，所述第二接头的内导体与单侧封闭空心圆柱体H的底面B接通。

为了进一步的频率响应补偿，壳体G加长超过接头K2至K4的区域，并和内导体IL2穿过空心圆柱体H的底面B的同轴延长段构成一约λ/4长的短接导线KL，它同样类似于图1的示意图中的相应短接导线。

在对带宽要求较小的情况下可以不用短接导线KL和/或空载导线LL。如果在这个意义上取消短接导线，则波阻抗变压器还可以做得短得多。

图4示出波阻抗变压器的三级实施形式。和图2中相同的附图标记同样适用。壳体G具有和图2中的壳体G相同的直径，因此对于两种实施形式的极限波长是相同的(在近似通过壳体内径确定的极限波长以外的范围，在同轴系统内形成不希望的高阶波型)。按图4的三级实施形式与按图2的四级实施形式的区别在原理上仅在于，通过放弃第四级可提供足够的空间，以将第一级L1包括空载导线LL也安装在壳体G内。因此不仅所有级L1至L3和构成它们的λ/4导线而且还有补偿导线LL都相互同心地嵌套。

图5中示出类似于图4的实施形式，并具有相同或相应的附图标记，但是具有四个变压级L1至L4。为了能够将这四个级L1至L4安装在一个壳体G1内，壳体G1具有和图4中的壳体G相同的内径，在这种实施形式中不仅级L1至L4同心地相互嵌套，而且级L2和L3附加地折叠。即级L2具有一第一内导体段IL2’，它具有比第一级L1的内导体IL1大的外径。第二内导体段IL2”由第一级L1的(加长的)外导体AL1的外壳面构成。在第三级L3的起始处，所述外壳面具有比IL2”的区域内大的外径，并由此构成第三级L3的第一段IL3’。具有第一直径的空心圆柱体H的外壳面构成第二段IL3”。级L4连接在该第二段上，其结构和按图2的实施形式中的级L4相同。

图6中的图线表示按图5的实施形式中的波阻抗变压器的反射因子随频率的变化曲线。

图7中的图线表示按图4的三级波阻抗变压器的反射因子随频率变化的曲线。比较两个图线可以看到，三级波阻抗变压器具有约370至2560MHZ的大的带宽，其中反射因子保持在0.06以下，但是在四级结构时这个带宽更加扩大到280至2700MHZ。

Claims (7)

1.用来将一第一接头(K1)上的高频功率通过多级串联变压借助于λ/4导线(L1至L4)分配到n(n≥2)个位于同一径向平面内的第二接头(K2至K4)上的同轴波阻抗变压器，其特征为：λ/4导线(L1至L4)至少局部同心相互包围地设置在第一接头(K1)和第二接头(K2至K4)之间。

2.按权利要求1的波阻抗变压器，其特征为：λ/4导线(L1至L4)相互同心设置成使一条λ/4导线的开口端分别构成下一条λ/4导线的起点。

3.按权利要求1或2的波阻抗变压器，其特征为：λ/4导线相互同心设置成使得电磁波在从λ/4导线到λ/4导线之间反方向传播。

4.按权利要求1或2的波阻抗变压器，其特征为：λ/4导线中的至少一条(L2，L3)折叠成使所述导线以其长度的一部分同心地包围其长度的剩余部分。

5.按权利要求1、2或4之任一项的波阻抗变压器，其特征为：第一级(L1)的内导体(IL1)具有一第一直径，并和第一级的外导体(AL1)一起构成第一λ/4导线(L1)，该内导体(IL1)具有较大的第二直径(IL2’)的延长部与同一外导体(AL1)的内壳面一起构成第二级(L2)的第一段，所述第二级的第二段由第一级的外导体(AL1)具有第一外径的、作为第二内导体(IL2”)的外壳面和一包围结构的空心圆柱体(H)的、作为第二外导体(AL2”)的内壳面一起组成，在所述第二级(L2)上连接所述外导体(AL1)具有较大的第二外径的一段作为内导体(IL3’)，该内导体(IL3’)和包围结构的空心圆柱体(H)的内壳面一起构成第三级(L3)的第一段，所述第三级的第二段由包围结构的空心圆柱体(H)具有第一外径的、作为第三内导体(IL3”)的外壳面与一空心圆柱形壳体(G)的内壳面组成，在第三级上连接一第四级(L4)，所述第四级由包围结构的空心圆柱体(H)具有较大的第二外径的、作为第四内导体(IL4)的第二段和空心圆柱形壳体(G)作为外导体的内壳面组成，其中包围结构的空心圆柱体(H)与第二接头(K2至K4)的内导体连接。

6.按权利要求1至5之任一项的波阻抗变压器，其特征为：在第一接头(K1)的内导体上连接一设计成补偿用λ/4空载导线(LL)的、同心和绝缘地接纳安装在第一级(L1)的内导体(IL1)内的内导体(IL0)。

7.按权利要求1至6之任一项的波阻抗变压器，其特征为：在第二接头(K2至K4)的内导体的连接点上连接一补偿用λ/4短接导线(KL)的内导体。

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