CN202178358U - 采用非标准et结的大跨度输出多工器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用非标准ET结的大跨度输出多工器，包括通道滤波器(1)、短路板(2)、多个非标准ET结(3)、垫片(4)。通道滤波器(1)包括带通滤波器(11)、谐波滤波器(12)和矩圆转换(13)。所述非标准ET结(3)由矩形波导构成，在分支波导(31)方向矩形波导的窄边b2小于标准波导尺寸，主波导(32)方向矩形波导窄边b1为标准波导尺寸；或主波导(32)方向矩形波导窄边b1小于标准波导尺寸，分支波导(31)方向矩形波导的窄边b2为标准波导尺寸；或主波导(32)方向的窄边b1与分支波导(31)方向的窄边b2的尺寸均小于标准波导的尺寸。本实用新型在Ka频段具有2.2GHz的工作频带跨度，可满足现阶段通信卫星系统对频率资源利用效率日益提高的要求。

Description

采用非标准ET结的大跨度输出多工器

技术领域

本实用新型属于微波输出多工器领域，涉及采用非标准ET结的大跨度输出多工器。

背景技术

输出多工器位于高功率放大器之后，其功能是将经过高功率放大器放大后的多通道信号重新合并在一起，除去谐波和杂波后，送往天线馈源系统实现下行发射。

在卫星通信系统中，输出多工器是不可或缺的无源部件。随着通信卫星事业的迅猛发展和科学技术的不断进步，人们对频率资源的利用效率提出了越来越高的要求。输出多工器在这一新的形势的要求下，向着高频段、大跨度的方向发展。在输出多工器的设计中，工作频率越高、带宽跨度越大，可能激励出来的高次模式的种类和数量就越多，多工器的设计难度就越大。

ET结在多工器中形成谐振，其谐振模式及谐振频率与ET结的端口尺寸有关。在大跨度输出多工器的设计中，由于其工作频段比较宽，要求该类产品在一个相当宽的频率范围内单模工作。如果不做特殊处理，标准ET结的谐振频率极易落在多工器的工作带宽内，导致多工器设计失败。鉴于此，在现有技术限制下，目前国内研制的Ka频段输出多工器的最大工作跨度约为1GHz左右。

中国空间技术研究院西安分院在“十一五”装备预先研究的星载大功率无源组件技术研究中提出了“大跨度、邻接型Ka频段输出多工器”研究课题。在该课题中，对波导ET结做了详细的分析和研究，根据多工器的工作频率和带宽的要求，对标准ET结做了适当的改良，利用非标准ET结，成功研制了一台工作频率跨度达到2.2GHz的Ka频段输出多工器，该多工器是到目前为止我分院自主研发的工作频带跨度最大的输出多工器。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种采用非标准ET结的大跨度输出多工器。该多工器在Ka频段具有2.2GHz的工作频带跨度，能够满足现阶段通信卫星系统对频率资源利用效率日益提高的要求。

本实用新型的技术解决方案是：

采用非标准ET结的大跨度输出多工器，包括：通道滤波器、短路板、多个非标准ET结、垫片，

所述通道滤波器包括：带通滤波器、谐波滤波器和矩圆转换，

所述非标准ET结由矩形波导构成，其中，在分支波导方向矩形波导的窄边b2小于标准波导尺寸，主波导方向矩形波导窄边b1为标准波导尺寸；或主波导方向矩形波导窄边b1小于标准波导尺寸，分支波导方向矩形波导的窄边b2为标准波导尺寸；或主波导方向的窄边b1与分支波导方向的窄边b2的尺寸均小于标准波导的尺寸，

多个非标准ET结通过主波导相互连接，在多个非标准ET结连接成一个整体后，在一端的主波导端口安装有短路板，另一端的主波导端口为输出多工器的输出端口，

带通滤波器的输出端通过垫片与非标准ET结的分支波导相连；带通滤波器的输入端通过矩圆转换与谐波滤波器相连。

所述带通滤波器包括：输出耦合膜片、第一圆谐振腔、中间耦合膜片、第二圆谐振腔、输入耦合膜片，

第一圆谐振腔的一端安装有输出耦合膜片，为带通滤波器的输出端，第一圆谐振腔的另一端通过中间耦合膜片与第二圆谐振腔的一端相连；第二圆谐振腔的另一端安装有输入耦合膜片，为带通滤波器的输入端。

共有6个通道滤波器分别连接到多个连接为一体的非标准ET结上，6个通道滤波器的频带跨度大于2.2GHz。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型采用了非标准的波导ET结，通过压低ET结矩形波导的窄边，将高次模式的谐振频率移到多工器的工作频带以外，使得多工器的工作带宽得到了明显的提高，实现了多工器工作频带大跨度。

(2)本实用新型可以具有6路通道，按输出多工器的输出端向安装短路板2的一端的方向，6个通道的中心频率依次为19.3GHz、19.6GHz、19.9GHz、20.2GHz、20.5GHz、20.8GHz，通道带宽为240MHz，多工器工作频带是18.9GHz到21.1GHz，频带跨度为2.2GHz。

附图说明

图1为本实用新型结构图；

图2为通道滤波器结构示意图；

图3输入、输出耦合膜片尺寸示意图。

图4中间耦合膜片尺寸示意图；

图5非标准ET结外形图；

图6为ET结仿真模型；

图7为ET结仿真模型与高次模式电场场形分布图；

图8为采用标准ET结的输出多工器全频带仿真曲线；

图9为采用标准ET结的输出多工器最高频率通道仿真曲线；

图10为ET结中TE01模谐振频率随波导窄边变化曲线；

图11是采用非标准ET结的输出多工器的全频带理论仿真曲线；

图12是采用非标准ET结的输出多工器的全频带实际测试曲线；

图13是采用非标准ET结的输出多工器最高频率通道的实际测试曲线。

具体实施方式

下面就结合附图对本实用新型进行介绍。

本实用新型所述采用非标准ET结的大跨度输出多工器如图1所示，包括通道滤波器1、短路板2、非标准ET结3、垫片4、支架5、底板6、紧固螺钉7。通道滤波器1按照一定的相位间隔分别与非标准ET结3依次相连。

非标准ET结3由矩形波导构成，其中，在分支波导31方向矩形波导的窄边b2小于标准波导尺寸，主波导32方向矩形波导窄边b1为标准波导尺寸；或主波导32方向矩形波导窄边b1小于标准波导尺寸，分支波导31方向矩形波导的窄边b2为标准波导尺寸；或主波导32方向的窄边b1与分支波导31方向的窄边b2的尺寸均小于标准波导的尺寸。

如图2所示，为通道滤波器1的爆炸示意图，每一个通道滤波器1为输出多工器的一个通道。包括：带通滤波器11、谐波滤波器12和矩圆转换13。其中的带通滤波器11又包括：输出耦合膜片111、第一圆谐振腔112、中间耦合膜片113、第二圆谐振腔114、输入耦合膜片115、散热卡子116和导热带117。

第一圆谐振腔112的一端与输出耦合模块111相连后为带通滤波器11的输出端，第一圆谐振腔112的另一端通过中间耦合膜片113与第二圆谐振腔114的一端相连。第二圆谐振腔114的另外一端与输入耦合膜片115相连，为带通滤波器11的输入端。

带通滤波器11的输出端通过垫片4与非标准ET结3的分支波导31相连，并通过紧固螺钉7固定。带通滤波器11的输入端通过矩圆转换13与谐波滤波器12相连。

多个非标准ET结3通过主波导32连接，并进行一体化加工。在连接后的一端安装有短路板2，未安装短路板2的另一端为输出多工器的输出端。

本实用新型可以具有6路通道，按输出多工器的输出端向安装短路板2的一端的方向，6个通道(依次编号1～6)的中心频率依次为19.3GHz、19.6GHz、19.9GHz、20.2GHz、20.5GHz、20.8GHz，通道带宽为240MHz，多工器工作频带是18.9GHz到21.1GHz，频带跨度为2.2GHz。

合理选择圆腔直径D与腔体长度L之比(D/L)能够保证各个通道的带通滤波器11在多工器的工作频率范围18.9GHz到21.1GHz内单模工作。本实用新型中按照6个通道的设计，1～6通道的第一圆谐振腔112的长度按照通道频率从高到低的顺序依次是24.50mm、24.90mm、25.48mm、25.96mm、26.58mm、27.14mm；1～6通道的第二圆谐振腔114的长度按照通道频率从高到低的顺序依次是24.44mm、24.88mm、25.48mm、25.96mm、26.58mm、27.14mm。

输出多工器各个膜片尺寸如表1所示，如图3所示为输入、输出耦合膜片示意图，如图4所示为中间耦合膜片示意图。

表1输出多工器耦合膜片尺寸    单位：mm

所述非标准ET结3是由两段矩形波导垂直交叉组成的三端口部件，其功能是连接通道滤波器1与主波导。如图5所示为非标准ET结的结构图，由于多工器的工作带宽是18.9GHz到21.1GHz，跨度达到2.2GHz，在该频率范围内ET结必须单模工作。标准BJ180波导ET结的高次模式TE01模的谐振模式是20.84GHz，落在多工器工作带宽内，无法将其应用于输出多工器之中。本实用新型中，对标准的ET结做了一定的改良。根据TE01模的特点，将ET结矩形波导的b边适当压低，就能够将该模式的谐振频率移到多工器工作带宽的高端以外。

如图6所示为ET结的仿真模型，图7是ET结中TE01模的电场分布图。

将标准ET结应用于输出多工器中的多工器整体响应曲线如图8所示，高次模所在通道相应曲线如图9所示。本实用新型中多工器的工作频带为18.9GHz～21.1GHz，根据图7中的场形分布所示，压短b边，将高次模式TE01模式的谐振频率移到多工器工作频带之外。

本实用新型中，对标准的ET结做了改良。根据TE01模的特点，将ET结矩形波导的b边适当压低，就能够将该模式的谐振频率移到多工器工作带宽的高端以外。如图6所示为ET结的仿真模型，命ET结分支波导方向矩形波导窄边长度为b2，主波导方向矩形波导窄边为b1。针对该高次模式，在电磁仿真软件中对下列3种状态进行了仿真：1)仅ET结分支波导方向窄边b2变化，主波导方向为标准波导尺寸，即b1＝6.477mm；2)仅ET结主波导方向窄边b1变化，分支波导方向为标准波导尺寸，即b2＝6.477mm；3)ET结3个端口的b1、b2边同时、同步变化。

仿真的结果如图10所示，从图中可以看出：

TE01模式的谐振频率随结构尺寸的大小呈线性变化，波导窄边越长，其谐振频率越低；

ET结的3个方向波导窄边同时变化，图10中曲线最陡，表示这种结构变化引起的谐振频率变化最显著；ET结分支波导方向波导窄边变化，图10中曲线相对平缓，表示这种结构变化引起的谐振频率变化相对较小。

因此，能够根据图10中的曲线以及多工器的工作频带，选择合适的ET结尺寸。

将非标准ET结应用于多工器后的仿真曲线如图11所示。按照该尺寸对多工器进行加工、调试，图12、图13是多工器实测曲线。

所述谐波滤波器12是在波纹波导低通滤波器的中间开槽，其功能是提供高的远带抑制。

本实用新型未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.采用非标准ET结的大跨度输出多工器，其特征在于包括：通道滤波器(1)、短路板(2)、多个非标准ET结(3)、垫片(4)，

所述通道滤波器(1)包括：带通滤波器(11)、谐波滤波器(12)和矩圆转换(13)，

所述非标准ET结(3)由矩形波导构成，其中，在分支波导(31)方向矩形波导的窄边b2小于标准波导尺寸，主波导(32)方向矩形波导窄边b1为标准波导尺寸；或主波导(32)方向矩形波导窄边b1小于标准波导尺寸，分支波导(31)方向矩形波导的窄边b2为标准波导尺寸；或主波导(32)方向的窄边b1与分支波导(31)方向的窄边b2的尺寸均小于标准波导的尺寸，

多个非标准ET结(3)通过主波导(32)相互连接，在多个非标准ET结(3)连接成一个整体后，在一端的主波导端口安装有短路板(2)，另一端的主波导端口为输出多工器的输出端口，

带通滤波器(11)的输出端通过垫片(4)与非标准ET结(3)的分支波导(31)相连；带通滤波器(11)的输入端通过矩圆转换(13)与谐波滤波器(12)相连。

2.根据权利要求1所述的采用非标准ET结的大跨度输出多工器，其特征在于：所述带通滤波器(11)包括：输出耦合膜片(111)、第一圆谐振腔(112)、中间耦合膜片(113)、第二圆谐振腔(114)、输入耦合膜片(115)，

第一圆谐振腔(112)的一端安装有输出耦合膜片(111)，为带通滤波器(11)的输出端，第一圆谐振腔(112)的另一端通过中间耦合膜片(113)与第二圆谐振腔(114)的一端相连；第二圆谐振腔(114)的另一端安装有输入耦合膜片(115)，为带通滤波器(11)的输入端。

3.根据权利要求1所述的采用非标准ET结的大跨度输出多工器，其特征在于：共有6个通道滤波器(1)分别连接到多个连接为一体的非标准ET结(3)上，6个通道滤波器(1)的频带跨度大于2.2GHz。

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