CN203085729U - 一种新型二路功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种新型二路功分器，包括耦合腔，与耦合腔连通的输入端、输出端A、输出端B、隔离端；输入端和隔离端位于耦合腔的前端面，输出端A和输出端B位于耦合腔的后端面，隔离端位于输入端的右侧，输出端B位于输出端A右侧；耦合腔中设置有加载体，加载体沿与输入端的前后向轴线垂直的方向排布成至少1行，且沿与输入端的前后向轴线方向排列的相邻的加载体存在高度差或\和宽度差，所述加载体与耦合腔的上内壁或下内壁连接。本实用新型的功分器具有相位和幅度都一致的优点，同时具有结构简单、体积小，加工难度低的特点。本实用新型可以广泛用于天线阵、相控阵雷达和功率合成、导弹制导、通信等军事及民用领域。

Description

一种新型二路功分器

技术领域

本实用新型涉及一种功分器。具体地说，是涉及一种加载有多根加载体的新型二路功分器，即一种新型二路功分器。

背景技术

功分器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用原件。波导功分器由于其功率容量高、插入损耗低等特点， 应用十分广泛。二路波导功分器既可以单独使用，也可以通过串接构成多路功分网络，用于相控阵雷达、天线阵以及功率合成等领域。已有的二路波导功分器主要包括E-面T型分支， H-面T型分支，波导魔T，H-面波导裂缝电桥等。其中左两种器件由于两个输出端之间隔离度低，任意一个输出端口的失配都会严重影响功率分配的幅度和相位精度。 波导魔T的输出端口之间有很好的隔离，但其四个波导的轴线方向分别指向三个互相垂直的方向，构成复杂的三维立体结构，加工难，成本高，而且器件在长宽高三个方向都比较大，不利于器件的小型化。H-面波导裂缝电桥的输入输出波导的轴线位于同一平面内，但存在带宽太窄的缺点。已经报道的H-面波导裂缝电桥的相对工作带宽小于25%。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服由于波导跨接、交叉需要立体的复杂结构而造成交叉处体积增大、加工精度降低及相位不一致等一系列问题，提供了一种在一个平面上即可实现波导跨接、交叉传输且相位一致的一种新型二路功分器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种新型二路功分器，其特征在于：包括耦合腔，与耦合腔连通的输入端、输出端A、输出端B、隔离端；输入端和隔离端位于耦合腔的前端面，输出端B和输出端A位于耦合腔的后端面，前端面和后端面为耦合腔互相对立的两个端面，隔离端位于输入端的右侧，输出端位于输出端A右侧；耦合腔中设置有加载体，加载体为轴线在垂直方向的柱状体；加载体沿与输入端的前后向轴线方向垂直的方向排布成至少1行、且加载体沿输入端的前后向的轴线排列；所述加载体与耦合腔的上内壁或下内壁连接。

上述前后向轴线为由前端面指向后端面的轴线。在具体设置时，本实用新型中的耦合腔由3部分构成，分别为左耦合腔和右耦合腔以及连通左耦合腔和右耦合腔的耦合孔，左耦合腔和右耦合腔的前后向轴线互相平行，耦合孔位于左耦合腔和右耦合腔之间。这样在输出相位一致时，可在一个平面上实现波导跨接、交叉传输。其中左耦合腔一端连接输入端、另一端连接输出端A，右耦合腔一端连接输出端B、另一端连接隔离端；输入端位于隔离端左方，输出端A位于输出端B左方。耦合腔和与其连通的输入端、输出端A、输出端B、隔离端在同一个平面内构成一个X形状，以实现节约空间的目的。

为了调节耦合效果，沿输入端前后向轴线方向排列的相邻的加载体之间存在高度差和\或宽度差。

所述耦合腔的左侧面或\和右侧面均设置至少1个有金属凸起，金属凸起的凸起方向指向耦合腔内或者耦合腔外。

为了便于加工和测试，输入端、输出端A、输出端B、隔离端中至少有一个端口在远离耦合腔的一端设置有匹配波导。

进一步的，为了便于加工和装配，降低加工要求，输入端的上表面、输出端A的上表面、输出端B的上表面、隔离端的上表面、耦合腔的上表面、匹配波导的上表面均位于同一个平面内。

沿输入端的前后向轴线方向排列的相邻的加载体之前存在零间隙，并且加载体为金属柱或者为介质柱。加载体在俯视方向的横截面为圆形或矩形。

输入端、输出端A、输出端B、隔离端的横截面形状均为矩形。

为了展宽器件的工作带宽、调节相位以及增强其耦合效果使得功分器达到3dB功分器的效果，耦合腔中设置有加载体，且加载体为轴线在垂直方向的柱状体，加载体沿与输入端的前后向轴线垂直的方向排布成至少1行，且加载体沿输入端的前后向轴线方向存在高度差或\和宽度差。所述加载体与耦合腔的上内壁或下内壁连接。

耦合腔的宽度沿输入端的轴线方向有至少1次变化。即所述耦合腔的左内侧面或\和右内侧面均设置有金属凸起，金属凸起的凸起方向指向耦合腔内或耦合腔外。金属凸起为任意变化的，可为矩形柱、圆形柱、或其他异形体。

本实用新型的最大特点是在耦合腔中设置了7根加载体，通过加载体调节耦合腔中信号的不同模式之间的相速与耦合，使器件的输出功率和相位都一致，并且使工作带宽得到提高。

本实用新型的工作原理可以在矩形的耦合腔和矩形的输入输出波导的情况下简述如下：此处所述的输入输出波导，即输入输出端，具体是指输入端、输出端A、输出端B、隔离端，矩形的输入端在矩形的耦合腔中主要激励起两个波导工作模式，即TE10模式和TE20模式。该两个模式的波都将沿输入端前后向轴线方向传播。由于该两个模式的波导波长不同，在耦合腔的另一端，输出端和耦合端处从耦合腔中耦合出来的功率是分别从两个工作模式TE10模式和TE20模式的波中耦合出来的功率和。通过选取耦合腔的宽度和长度，以及各输入输出端的尺寸和位置，可以使耦合端分别从两个工作模式耦合出来的功率之和满足一定设计要求，同时使隔离端分别从两个工作模式耦合出来的功率相位相差为180度，相互抵消。 这时，基本上所有能量都从输出端A和输出端B输出，而不从输入端反射，也不从隔离端输出。为了进一步拓宽器件的工作带宽，耦合腔的形状，特别是宽度沿输入端的轴线可以适当变化，尤其是在耦合腔的底部或顶部增加加载体。各输入输出端都可以增加一级或多级脊波导匹配波导。

上述前后向轴线为由前端面指向后端面的耦合腔轴线。

本实用新型的优点在于：在一个平面上即可实现波导跨接、交叉传输、相位一致，本实用新型的功分器具有相位一致以及11%以上的相对工作带宽，同时具有结构简单、体积小，加工难度低的特点。本实用新型可以广泛用于天线阵、相控阵雷达和功率合成、导弹制导、通信等军事及民用领域。

附图说明

图1为本实用新型（去除盖板右）的俯视图。

图2为实施实例1的计算结果曲线。

图3为实施实例1的相位曲线。

图中的标号分别表示为：1、输入端：2、输出端A；3、输出端B；4、隔离端；5、耦合腔；6、加载体；7、匹配波导。

图1中的←表示左方向，→表示右方向，↑表示前方向，↓表示后方向。

具体实施方式

实施实例1

如图1所示，包括耦合腔5，与耦合腔5连通的输入端1、输出端A2、输出端B3、隔离端4。输入端1和隔离端4位于耦合腔5的前端面，输出端B3和输出端A2位于耦合腔5的后端面，前端面和后端面为耦合腔互相对立的两个端面。隔离端4位于输入端1的右侧，输出端B3位于输出端A2右侧。耦合腔5中设置有5根矩形的加载体6和2根圆形的加载体6，加载体6为轴线在垂直方向的柱状体。矩形的加载体6沿输入端1的前后向的轴线不重合；所述加载体6与耦合腔5的上内壁或下内壁连接。所述耦合腔5的右侧面宽度沿输入端1的轴线方向有2次变化。具体的变化为耦合腔5的下内侧面设置有金属凸起，金属凸起的凸起方向指向耦合腔5内。

沿输入端1前后向轴线方向排列的相邻的加载体6之间存在高度差和\或宽度差。输入端1、输出端A2、输出端B3、隔离端4均通过一段匹配波导7与耦合腔5连接。

输入端1的上表面、输出端A2的上表面、输出端B3的上表面、隔离端4的上表面、耦合腔5的上表面、匹配波导7的上表面均位于同一个平面内。

加载体6在俯视方向上的横截面为矩形或圆形，耦合腔5、输入端1、输出端A2、输出端B3、隔离端4均为矩形体。

沿与输入端1的前后向轴线方向垂直的方向相邻加载体6之前存在零间隙，并且加载体6为金属柱或者为介质柱。在本实施例中加载体6选用金属材料制成的金属柱作为加载体6的优选方案。同时加载体6还可以为介质柱。

矩形的输入端1在矩形的耦合腔5中主要激励起两个波导工作模式，即TE10模式和TE20模式。该两个模式的波都将沿输入端1前后向轴线方向传播。由于该两个模式的波导波长不同，在耦合腔5的另一端，输出端A2和输出端B3处从耦合腔5中耦合出来的功率是分别从两个工作模式TE10模式和TE20模式的波中耦合出来的功率和。通过选取耦合腔5的宽度和长度，以及各输入输出端的尺寸和位置，可以使输出端B3分别从两个工作模式耦合出来的功率之和满足一定设计要求，同时使隔离端4分别从两个工作模式耦合出来的功率相位相差为180度，相互抵消。 这时，基本上所有能量都从输出端A2和输出端B3输出，而不从输入端1反射，也不从隔离端4输出。为了进一步拓宽器件的工作带宽，耦合腔5的形状，特别是宽度沿输入端的轴线可以适当变化，尤其是在耦合腔5的底部或顶部增加加载体6。各输入输出端都可以增加一级或多级脊波导匹配波导7。

图2为实施实例1的一种新型二路功分器的模拟计算曲线。从中可以看出，在26.5~29.5GHz频率范围内，很好地实现了一款3dB功分器。图中S11表示输入端1的反射系数，S21表示输出端A2的传输系数，S31表示输出端B3的传输系数，S41表示隔离端4的隔离系数。由图中的曲线分布可以看出，该功分器的插损小于0.2dB，波动小于0.2dB。 各端口反射均低于-20dB，输出端之间的隔离度优于-20dB。该功分器的相对工作带宽为11%。

图3为实施实例1的一种新型二路功分器的相位曲线图，从图中我们可以看出，输出端口之间的相位相差小于2°。很好的实现了相位和幅度都一致。这样就不需要加移相器来调节相位，从而使该功分器的尺寸大大减小。

如上所述，即可较好实现本实用新型。

Claims (8)

1.一种新型二路功分器，其特征在于：包括耦合腔（5），与耦合腔（5）连通的输入端（1）、输出端A（2）、输出端B（3）、隔离端（4）；输入端（1）和隔离端（4）位于耦合腔（5）的前端面，输出端B（3）和输出端A（2）位于耦合腔（5）的后端面，前端面和后端面为耦合腔互相对立的两个端面，隔离端（4）位于输入端（1）的右侧，输出端B（3）位于输出端A（2）右侧；耦合腔（5）中设置有加载体（6），加载体（6）为轴线在垂直方向的柱状体；加载体（6）沿与输入端（1）的前后向轴线方向垂直的方向排布成至少1行、且加载体（6）沿输入端（1）的前后向的轴线排列；所述加载体（6）与耦合腔（5）的上内壁或下内壁连接。

2.根据权利要1所述的一种新型二路功分器，其特征在于：沿输入端（1）的前后向轴线方向排列的相邻的加载体（6）之间存在高度差和/或宽度差。

3.根据权利要求1所述的一种新型二路功分器，其特征在于：所述耦合腔（5）的左侧面或\和右侧面均设置至少1个有金属凸起，金属凸起的凸起方向指向耦合腔（5）内或者耦合腔（5）外。

4.根据权利要1所述的一种新型二路功分器，其特征在于：输入端（1）、输出端A（2）、输出端B（3）、隔离端（4）中至少有一个端口在远离耦合腔（5）的一端设置有匹配波导（7）。

5.根据权利要求4所述的一种新型二路功分器，其特征在于：输入端（1）的上表面、输出端A（2）的上表面、输出端B（3）的上表面、隔离端（4）的上表面、耦合腔（5）的上表面、匹配波导（7）的上表面均位于同一个平面内。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种新型二路功分器，其特征在于：沿输入端（1）的前后向轴线方向排列的相邻的加载体（6）之前存在零间隙，并且加载体（6）为金属柱或者为介质柱。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种新型二路功分器，其特征在于：加载体（6）在俯视方向的横截面为圆形或矩形。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种新型二路功分器，其特征在于：输入端（1）、输出端A（2）、输出端B（3）、隔离端（4）的横截面的形状均为矩形。

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