CN203150684U - 六端口e面波导三路功率分配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六端口E面波导三路功率分配器，包括耦合区域，还包括与耦合区域连通的输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C；所述输入端口位于耦合区域的前端面，输出端口A位于耦合区域的后端面，前端面和后端面均为耦合区域互相对立的两个对立面，隔离端口B和隔离端口C 分别位于输入端口的两侧，输出端口B、输出端口C分别位于输出端口A两侧。本实用新型还具有结构简单、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

六端口E面波导三路功率分配器

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H面波导三路功分器。 

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。三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。已有的三路波导功分器主要包括E-面Y型分支， H-面Y型分支等。其中这两种器件由于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。  

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种六端口E面波导三路功率分配器。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 六端口E面波导三路功率分配器，包括耦合腔，还包括与耦合区域连通的输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C；所述输入端口位于耦合区域的前端面，输出端口A位于耦合区域的后端面，前端面和后端面均为耦合区域互相对立的两个对立面，隔离端口B和隔离端口C 分别位于输入端口的左右两侧，输出端口B、输出端口C分别位于输出端口A左右两侧。输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C中至少3个端口中心处电场垂直分量大于水平分量； 

在所述耦合区域内至少有一个耦合孔；

沿着输入端口的前后向轴线方向，耦合区域内设置有至少一组阻隔体组件，每一组阻隔体组件包括2个分别位于输入端口法线的左边和右边的阻隔柱，阻隔柱上端与耦合区域上内壁连接、下端与耦合区域下内壁连接，沿输入端口法线方向排列的相邻阻隔体组件之间存在耦合孔,每一组阻隔体组件中的2个阻隔柱之间存在间隙。

沿着输入端口的前后向轴线方向，耦合区域内设置有至少一个耦合孔，当耦合孔的数目为1时，则阻隔体组件数目为1，且阻隔体组件中的2个阻隔柱均与耦合区域前端面或后端面连接，即阻隔体组件为前端面或后端面的一部分；当耦合孔的数目大于1时，孔与孔之间用一组隔离组件隔离。每一组阻隔体组件包括2个阻隔柱，阻隔柱上端与耦合区域上内壁连接、下端与耦合区域下内壁连接，每一组阻隔体组件中的2个阻隔柱之间存在间隙。 

每一组阻隔体组件中的2个阻隔柱相对于输入端口的前后向轴线对称排布。 

由上看出本实用新型以阻隔体组件作为界限，将整个述耦合区域划分为多个耦合区 间，其耦合的区间数以阻隔体组件的数目决定。最终达到多区耦合的目的。相邻的阻隔柱之间存在的间隙构成一个定向波导，使得波定向传输。在本实用新型中，阻隔柱与耦合区域的左内壁和右内壁之间也存在间隙，该间隙即构成波导区间。同时，本实用新型设置的一组阻隔体组件由2个存在间隙阻隔柱的组成，因此本实用新型存在3个波导区间，分别对应于上述的输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C；其中的一个波导区间为隔离端口B至输出端口B的波导结构，另一个波导区间为输入端口至输出端口A的波导结构，剩余的一个波导区间为输出端口C至隔离端口C的波导结构。每一组阻隔体组件中的2个阻隔柱相对于输入端口的前后向轴线对称排布，可导致功放输出为等均输出。 

在所述耦合区域的左内壁设置有左凸台B，且左凸台B的凸起方向指向耦合区域内部；在所述耦合区域的右内壁设置有右凸台C，且右凸台C的凸起方向指向耦合区域内部。 

波从输入端口输入，在耦合孔内进行耦合，并在左凸台B和右凸台C的调节作用下进行一定的耦合调节，最后通过上述3个波导区间的传输，传输到下一个耦合孔内重复进行耦合处理，最后致使隔离端口B、隔离端口C几乎无信号的输出，信号大部分从输出端口A、输出端口B、输出端口C输出。在上述内容的基础上，本实用新型中所述的左凸台B和右凸台C最佳位置应当设置在相邻阻隔体组件之间，才能保证耦合调节的有效性。 

所述耦合区域为左右对称形状，左凸台B与右凸台C相对于耦合区域的前后向轴线左右对称排布。即所述左凸台B与右凸台C相对于耦合区域左右对称排布。 

所述输入端口的横截面、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A、输出端口B、输出端口C为矩形波导或脊波导或带线或同轴结构。一般的，所述输入端口的横截面、隔离端口B的横截面、隔离端口C的横截面、输出端口A的横截面、输出端口B的横截面、输出端口C的横截面均为矩形。 

输入端口和输出端口A为左右对称形状，所述输入端口的前后向轴线与输出端口A的前后向轴线重合。 

所有结构，包括耦合区域、隔离端口B、隔离端口C、输入端口、输出端口A、输出端口B、输出端口C、阻隔体组件、耦合孔、左凸台B和右凸台C相对于输入端口的法线方向呈左右对称。 

隔离端口B和隔离端口C相对于输入端口的前后向轴线左右对称排布，输出端口B和输出端口C相对于输出端口A的前后向轴线左右对称排布；耦合区域以输入端口的前后向轴线为对称轴呈左右对称结构。即隔离端口B和隔离端口C相对于输入端口的前后向轴线对称排布，输出端口B和输出端口C相对于输出端口A的前后向轴线左右对称排布；耦 合区域以输入端口的前后向轴线为对称轴呈左右对称结构。 

输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C上均设置有过渡段。 

所述输入端口的上表面、隔离端口B的上表面、隔离端口C的上表面以及输出端口A的上表面、输出端口B的上表面、输出端口C的上表面均与耦合区域的上表面位于同一个平面内。  

该六端口E面波导三路功率分配器相对于输入端口的前后向轴线为左右对称结构。前后向轴线为前端面指向后端面的轴线。 

为了方便设计计算，耦合区域以矩形体结构为佳，输入端口的横截面、隔离端口B的横截面、隔离端口C的横截面、输出端口A的横截面、输出端口B的横截面、输出端口C的横截面均以矩形为佳。 

对于给定的设计指标，包括反射系数，隔离度，总插入损耗等，为了获得更宽的工作带宽，耦合区域的宽度沿输入端口的前后向轴线可以按照一定规律变化，即在所述耦合区域的左内壁设置有左凸台B，且左凸台B的凸起方向指向耦合区域内部；在所述耦合区域的右内壁设置有右凸台C，且右凸台C的凸起方向指向耦合区域内部；所述左凸台B与右凸台C相对于耦合区域进行对称排布。这样设置可获得更宽的工作带宽。 

为了进一步展宽该六端口E面波导三路功率分配器的工作带宽，耦合区域内部设置有多个调节耦合用的耦合孔。 

为了改善该六端口E面波导三路功率分配器的各端口的匹配，输入端口、隔离端口B、隔离端口C、输出端口A与输出端口B、输出端口C上均设置有过渡段。过渡段的宽度为变化的、也可以为宽度固定不变的。 

为了便于采用普通的铣切加工，所有结构，包括耦合区域以及所述输入输出端口的上表面位于同一个平面内，即所述输入端口的上表面、隔离端口B的上表面、隔离端口C的上表面以及输出端口A的上表面、输出端口B的上表面、输出端口C的上表面均与耦合区域的上表面位于同一个平面内。 

本实用新型的最大特点是 

三个输出端口的隔离度远远优于Y型分支波导三路功分器输出端口的隔离度。即输出端口A、输出端口B、输出端口C之间的隔离度远远优于Y型分支波导三路功分器输出端口的隔离度。由于Y型分支波导三路功分器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。而本实用新型的H面波导三路功分器输出端口间有较好的隔离，可避免由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带 来的问题。

本实用新型的工作原理可以在对称型矩形耦合区域和矩形输入输出波导的情况下简述如下。横切面为矩形的输入端口在矩形体结构的耦合区域中主要激励起两个波导工作模式，即TE10模式和TE30模式。该两个模式的波都将沿输入波导轴线方向传播。由于该两个模式的波导波长不同，在耦合区域的另一端，输出端口A和输出端口B以及输出端口C从耦合区域中耦合出来的功率是分别从两个工作模式TE10模式和TE30模式的波中耦合出来的功率的和。通过选取耦合区域的宽度和长度，以及输入端口、隔离端口B、隔离端口C以及输出端口A、输出端口B、输出端口C的尺寸和位置，可以使从输出端口A、输出端口B和输出端口C输出的两个工作模式的功率相位相差一定值，从而使从输出端口A、输出端口B和输出端口C输出的功率相等。这时，基本上所有能量都从输出端口A、输出端口B和输出端口C耦合输出。由于输入端口激励的两个工作模式TE10模式和TE30在隔离端口B、隔离端口C处自然满足反相相消，从隔离端口B、隔离端口C耦合出来的功率都很小，从而使隔离端口B、隔离端口C作为隔离端使用。 为了进一步拓宽器件的工作带宽，耦合区域的形状，特别是宽度沿输入端口的前后向轴线可以适当变化，还可以在耦合区域内增加凹槽A或金属凸台（金属柱）。各输入输出端都可以增加一级或多级匹配段。耦合区域和输入端口、隔离端口B、隔离端口C以及输出端口A、输出端口B、输出端口C的形状为其它变形时，该六端口E面波导三路功率分配器的工作原理也可以根据以上内容加以阐述和理解。 

本实用新型的三个输出端口的输出功率比较宽的工作频带内相同，可以用作幅度一致性优良的波导功分器，特别适合串接构成多路功分网络。本实用新型还具有结构简单、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为实施实例1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2的俯视图。 

附图中标号对应名称：1-输入端口；2-输出端口A；4-隔离端口B，6-隔离端口C，3-输出端口B，5-输出端口C，7-耦合区域，8-耦合孔，91-左凸台B；92-右凸台C，10-过渡段。  

图中↓箭头表示前方向，↑箭头表示后方向，←箭头表示左方向，→箭头表示右方向。前后向轴线指由前方向指向后方向的轴直线。 

具体实施方式

实施实例1 

如图1、2所示，一只六端口E面波导三路功率分配器，包括耦合区域7，与耦合区域7连通的输入端口1、隔离端口B4、隔离端口C6、输出端口A2与输出端口B3、输出端口C5，所述输入端口1位于耦合区域7的前端面，输出端口A2位于耦合区域7的后端面，前端面和后端面均为耦合区域7互相对立的两个对立面，隔离端口B4和隔离端口C6分别位于输入端口1的左右两侧，输出端口B3、输出端口C5分别位于输出端口A2左右两侧。输入端口1、隔离端口B4、隔离端口C6、输出端口A2与输出端口B3、输出端口C5上均设置有过渡段10。输入端口1、隔离端口B4、隔离端口C6、输出端口A2与输出端口B3、输出端口C5中至少3个端口中心处电场垂直分量大于水平分量。

如图1所示。沿着输入端口1的前后向轴线方向，耦合区域7内设置有至少一组阻隔体组件81，每一组阻隔体组件81包括2个阻隔柱，阻隔柱上端与耦合区域7上内壁连接、下端与耦合区域7下内壁连接，每一组阻隔体组件81中的2个阻隔柱之间存在间隙。每一组阻隔体组件81中的2个阻隔柱相对于输入端口1的前后向轴线对称排布。在所述耦合区域7内至少有2个耦合孔8。当耦合孔8的数目为1时，则阻隔体组件81数目为1，且阻隔体组件81中的2个阻隔柱均与耦合区域7前端面或后端面连接，即阻隔体组件81为前端面或后端面的一部分；当耦合孔8的数目为2时，则阻隔体组件81数目为1，且阻隔体组件81中的2个阻隔柱均与耦合区域7前端面和后端面存在间隙，此处所述的间隙即为耦合孔；当耦合孔8的数目大于2时，则阻隔体组件81数目大于2，阻隔体组件81中的2个阻隔柱均与耦合区域7前端面和后端面存在间隙，此处所述的进行为耦合孔，且相邻两阻隔体组件81之间也存在间隙，此处所述的进行也为耦合孔。 

由上看出本实用新型以阻隔体组件81作为界限，将整个述耦合区域7划分为多个耦合区间，其耦合的区间数以阻隔体组件81的数目决定。最终达到多区耦合的目的。相邻的阻隔柱之间存在的间隙构成一个定向波导，使得波定向传输。在本实用新型中，阻隔柱与耦合区域7的左内壁和右内壁之间也存在间隙，该间隙即构成波导区间。同时，本实用新型设置的一组阻隔体组件81由2个存在间隙阻隔柱的组成，因此本实用新型存在3个波导区间，分别对应于上述的输入端口1、隔离端口B4、隔离端口C6、输出端口A2与输出端口B3、输出端口C5；其中的一个波导区间为隔离端口B至输出端口B的波导结构，另一个波导区间为输入端口至输出端口A的波导结构，剩余的一个波导区间为输出端口C至隔离端口C的波导结构。每一组阻隔体组件81中的2个阻隔柱相对于输入端口1的前后向轴线对称排布，可导致功放输出为等均输出。 

具体的，如图2所示，存在1组阻隔体组件，且每一组阻隔体组件只在上端和下端 与耦合区间连接，因此存在2个耦合孔。 

该六端口E面波导三路功率分配器相对于输入端口1的前后向轴线为左右对称结构。 

耦合区域7的基本形状为矩形体结构，输入端口1的横截面、隔离端口B4的横截面、隔离端口C6的横截面、输出端口A2的横截面、输出端口B3的横截面、输出端口C5。 

耦合区域7内有2个调节耦合用的耦合孔。 

该六端口E面波导三路功率分配器的所有结构的上表面位于同一个平面内，即所述输入端口1的上表面、隔离端口B4的上表面、隔离端口C6的上表面以及输出端口A2的上表面、输出端口Ｂ3的上表面、输出端口Ｃ5的上表面均与耦合区域7的上表面位于同一个平面内。 

如图2所示，其中图3中的S11表示输入端口1的反射系数，S21表示输入端口1至输出端口A2的传输系数，S31表示为输入端口1至输出端口B3的传输系数，S41表示为输入端口1至隔离端口B4的传输系数，S53表示输出端口C5和输出端口B3的隔离系数,S23表示输出端口A2和输出端口B3的隔离系数, S25表示输出端口C5和输出端口A2的隔离系数,. 

根据实施实例1的结构计算得到的该六端口E面波导三路功率分配器的S参数从中可以看出，在7.5到8.3GHz的工作带宽内，输入端口1的反射的S参数低于-25dB，输出端口A2和输出端口B3的隔离优于-13dB。输出端口B3和输出端口C5，输出端口A2和输出端口C5之间的隔离高于20dB。而输入端口1到输出端口A2、输出端口B3和输出端口C5的S参数高于-3.5dB。考虑到该功分器为左右对称结构，其它端口的S参数容易得到。因此，该实施实例提供了一只相对工作带宽10%，插损低于0.5dB的波导3路功分器。其性能均优于传统的功分器。

实施实例2 

如图3，与实施实例1的区别仅在于，耦合区域7内左右两侧内壁增加了调节耦合用的金属凸台且耦合腔7内有三组隔离组件。 

上述仅为举例。实际生产中，耦合区域7的左右侧面既可以为一个或多个金属凸台，耦合区域7的形状构成俯视图可以为矩形、梯形或其他更复杂的图型。各输入输出端口既可以为简单的矩形波导，也可以轴线弯曲的各种形状的其他形状。 

基于上述结构即可实现本实用新型。 

Claims (8)

1.六端口E面波导三路功率分配器，包括耦合区域（7），其特征在于,还包括与耦合区域（7）连通的输入端口（1）、隔离端口B（4）、隔离端口C（6）、输出端口A（2）与输出端口B（3）、输出端口C（5）；所述输入端口（1）位于耦合区域（7）的前端面，输出端口A（2）位于耦合区域（7）的后端面，前端面和后端面为耦合区域（7）互相对立的两个对立面，隔离端口B（4）和隔离端口C（6）分别位于输入端口（1）的左右两侧，输出端口B（3）、输出端口C（5）分别位于输出端口A（2）左右两侧；输入端口（1）、隔离端口B（4）、隔离端口C（6）、输出端口A（2）与输出端口B（3）、输出端口C（5）中至少3个端口中心处电场垂直分量小于水平分量。

2.根据权利要求1所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，沿着输入端口（1）的前后向轴线方向，耦合区域（7）内设置有至少一组阻隔体组件（81），每一组阻隔体组件（81）包括2个分别位于输入端口(1)法线的左边和右边的阻隔柱，阻隔柱上端与耦合区域（7）上内壁连接、下端与耦合区域（7）下内壁连接，沿输入端口(1)法线方向排列的相邻阻隔体组件（81）之间存在耦合孔(8),每一组阻隔体组件（81）中的2个阻隔柱之间存在间隙。

3.根据权利要求2所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，在所述耦合区域(7)的左内壁设置有至少一个左凸台B（91），且左凸台B（91）的凸起方向指向耦合区域（7）内部；在所述耦合区域（7）的右内壁设置有至少一个右凸台C（92），且右凸台C（92）的凸起方向指向耦合区域（7）内部。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，所述输入端口（1）、隔离端口B（4）、隔离端口C（6）、输出端口A（2）、输出端口B（3）、输出端口C（5）为矩形波导或脊波导或带线或同轴结构。

5.根据权利要求2-3中任意一项所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，所有结构，包括耦合区域（7）、隔离端口B（4）、隔离端口C（6）、输入端口（1）、输出端口B（3）、输出端口C（5）、输出端口A（2）、阻隔体组件（81）、耦合孔(8)、左凸台B（91）和右凸台C（92）相对于输入端口（1）的法线方向呈左右对称。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，输入端口（1）和输出端口A（2）为左右对称形状，所述输入端口（1）的前后向轴线与输出端口A（2）的前后向轴线重合。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，输入端口（1）、隔离端口B（4）、隔离端口C（6）、输出端口A（2）与输出端口B（3）、输出端口C（5）上均设置有过渡段（10）。 

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的六端口E面波导三路功率分配器，其特征在于，所述输入端口（1）的上表面、隔离端口B（4）的上表面、隔离端口C（6）的上表面以及输出端口A（2）的上表面、输出端口B（3）的上表面、输出端口C（5）的上表面均与耦合区域（7）的上表面位于同一个平面内。 

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