CN205376723U - 紧凑型四端口网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种紧凑型四端口网络，包括耦合腔，与耦合腔连通的端口A、端口B、端口C和端口D。端口B和端口C分别位于端口A的左右两侧，端口D与端口A相对。端口D外接向下弯折的脊波导或双脊波导。脊波导或双脊波导中添加匹配吸收材料时，本实用新型成为准平面波导魔T，成为紧凑型波导功分器。本实用新型的紧凑型四端口网络具有结构简单紧凑、高达41%的相对作带宽、加工调试成本低、输出端之间隔离度好、输出端之间幅相精度高等特点，可以广泛地应用于天线阵、相控阵雷达、功率分配和合成等领域中。

Description

紧凑型四端口网络

技术领域

本实用新型涉及一种紧凑型四端口网络。具体地说，是涉及一种等幅等相的紧凑型波导功分器。

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、E面波导环形电桥（RingHybrid或Rat-RaceHybrid）和H面波导环形电桥等。其中前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，但其四个波导端口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。因此波导魔T加工难，成本高，而且器件在长宽高三个方面都比较大，不利于器件的小型化，更不适合作为单元串接构成多路功分网络。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，由此可以串接构成所有波导轴线位于同一平面的多路功分网络。这种功分网络可以分为底座和盖板，分别利用传统的数控铣切技术一次性方便地加工而成，加工精度大大提高，加工成本大大降低。但是在多路功分网络小型化设计时，相位补偿电路会使器件体积和设计难度大大提高。同时，H-面波导裂缝电桥的工作带宽比较窄。E面波导环形电桥（RingHybrid或Rat-RaceHybrid）和H面波导环形电桥也由于体积比较大，工作带宽比较窄，其用途收到限制，特别是在多路功分网络小型化设计时波导环形电桥很少被使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种紧凑型宽带波导功率分配器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：紧凑型四端口网络，包括耦合腔，与耦合腔连通的端口A、端口B和端口C和端口D；端口B和端口C分别位于端口A的左右两侧，端口D与端口A相对。耦合腔可以为任意形状，轴线朝上的柱状体为佳，其中还可以添加金属加载，以改善器件的性能。

端口A、端口B和端口C为宽边在垂直方向的矩形波导：所述端口端口A、端口B和端口C的高度大于其宽度。这样，可以采用窄边尺寸很小的矩形波导实现器件的小型化。这时，端口D的中心处的电场方向沿垂直方向，可以是矩形波导或脊波导。作为功分器使用时，如果端口A为输入端，端口B和端口C为输出端，端口D为隔离端，应该连接匹配负载。

根据需要，端口B和端口C的轴线方向与端口A的夹角可以设置为0~180度的任意角度。较佳的设计，该夹角为0度，90度或180度。如果端口A为输入端，端口B和端口C为输出端，三种较佳设计分别对应着两个输出端与输入端方向相同，垂直和相反三种情况。

为了缩小器件的体积，我们选择将作为隔离端的端口D外接端口朝下的传输线。即所述端口D远离耦合器的一端连接有轴线沿垂直方向设置的传输线。端口D与传输线构成一个L形结构，该L形结构的一端为端口D连接耦合腔的一端，该L形结构的另一端为传输线垂直朝下的端口。

传统的魔T作为功分器使用时，其隔离端垂直指向上方。隔离端的长度必须足够长，以放置较长的横截面逐渐增大的吸收体，从而提高功分器的隔离度。相比之下，本实用新型选择让隔离端指向下方有效地减小了器件的总体高度，有利于器件的进一步小型化。

为了进一步缩小器件的体积，传输线采用横截面比矩形波导小的脊波导：所述传输线为添加金属脊A的脊波导，或传输线为添加金属脊B的脊波导，或传输线为同时添加金属脊A和金属脊B的脊波导；其中金属脊A与传输线的靠近端口A的侧壁相连；金属脊B与传输线的远离端口A的侧壁相连。

为了展宽器件的工作带宽，端口D中至少设置有一个只在底部与端口D相连的金属柱。

为了进一步展宽器件的工作带宽，在耦合腔与端口A、端口B和端口C中的至少一个端口之间设置有至少一级匹配段。

为了实现等幅等相功率分配,该紧凑型四端口网络设置成左右镜像对称结构：构成该紧凑型四端口网络所有部分，包括耦合腔，端口A、端口B和端口C、端口D、传输线、金属脊A、金属脊B、金属柱和个端口匹配段，构成左右镜像对称结构。

为了便于加工，耦合腔，端口A、端口B和端口C、端口D和传输线的上表面都齐平。这时，该紧凑型四端口网络的所有结构都可以被安排在一个底座上，采用普通数控铣床一次性加工完成。在利用多个该紧凑型四端口网络构成多路功分网路时，这种特点有点更加明显。

本实用新型主要将传统波导魔T的第四个向上的端口首先从与其余三个端口轴线所在的平面垂直向上的位置改为与其共面的位置，然后再向下弯折。这种改变使得传统的波导魔T从三维结构首先变成平面结构，使其高度大大减小，最后将第四端口向下弯折，进一步缩小器件的体积。本实用新型还可以展宽传统魔T的工作带宽。通过在传统魔T的隔离端设置脊波导并添加吸收材料，使该实用新型非常适合于构成多级多通道高隔离等幅等相的功分网络。本实用新型可以在阵列天线、功率合成等领域得到广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型的俯视示意图和实施实例1的俯视示意图。

图2为图1的A方向的侧视示意图。

图3为实施实例2的俯视示意图。

图4为实施实例3的俯视示意图。

附图中标号对应名称：1-耦合腔，2-端口A，3-端口B,4-端口C,5-端口D,51-金属柱，6-传输线，61-金属脊A，62-金属脊B，7-匹配段。

一些定义：

在图1-3中，本文中的各方向的定义，首先将纸面水平放置于读者面前。各结构的高度指其在垂直方向上的尺寸。各端口的宽度指其在水平面上垂直于该端口面的法线方向的尺寸，水平面指图中的纸面。

具体实施方式

实施实例1

如图1和图2所示。

紧凑型四端口网络，包括耦合腔1，与耦合腔1连通的端口A2、端口B3和端口C4和端口D5；端口B3和端口C4分别位于端口A2的左右两侧，端口D5与端口A2相对。

所述端口A2的高度大于端口A2的宽度、端口B3的高度大于端口B3的宽度、端口C4的高度大于端口B3的宽度，端口D5的中心处的电场方向沿垂直方向；端口5为矩形波导或脊波导。

端口B3和端口C4的轴线方向与端口A2的夹角为135度。

端口D5外接端口朝下的传输线6。

传输线6采用横截面比矩形波导小的双脊波导：所述传输线6同时添加金属脊A61和金属脊B62的脊波导。金属脊A61与传输线6的靠近端口A2的侧壁相连；金属脊B62与传输线6的远离端口A2的侧壁相连。

端口D5中设置有一个只在底部与端口D5相连的金属柱51。

该紧凑型四端口网络设置成左右镜像对称结构：构成该紧凑型四端口网络所有部分，包括耦合腔1，端口A2、端口B3和端口C4、端口D5、传输线6、金属脊A61、金属脊B62、和金属柱51，构成左右镜像对称结构。

耦合腔1，端口A2、端口B3和端口C4、端口D5和传输线6的上表面都齐平。

实施实例2

如图3所示。与实施实例1相比，不同之处仅在于,在耦合腔1与端口A2、端口B3和端口C4之间都设置有两级匹配段7。

耦合腔为矩形结构。传输线6为单脊波导。

端口B3和端口C4的轴线方向与端口A2的夹角为90度。

实施实例3

如图4所示。与实施实例1相比，不同之处仅在于,在耦合腔1与端口A2、端口B3和端口C4之间都设置有两级匹配段7。

耦合腔为矩形结构。

端口B3和端口C4的轴线方向与端口A2的夹角为0度。

本实用新型为了便于用普通数控铣床加工，所有内部棱角可以导圆。

本实用新型的紧凑型四端口网络具有结构简单紧凑、高达41%的相对工作带宽（矩形波导的全带宽）、加工调试成本低、输出端之间隔离度好、输出端之间幅相精度高等特点。特别是其准平面结构，既可以单独使用，更可以构成多路功分器、和差器、比较器等。这些器件都可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，很好地保证了器件的加工精度。该器件可以广泛用于雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

Claims (10)

1.紧凑型四端口网络，其特征在于，包括耦合腔（1），与耦合腔（1）连通的端口A（2）、端口B（3）、端口C（4）和端口D（5）；端口B(3)和端口C（4）分别位于端口A（2）的左右两侧，端口D（5）与端口A（2）相对。

2.根据权利要求1所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，所述端口A（2）的高度大于端口A（2）的宽度、端口B（3）的高度大于端口B（3）的宽度，端口C（4）的高度大于端口B（3）的宽度，端口D（5）的中心处的电场方向沿垂直方向；端口（5）为矩形波导或脊波导。

3.根据权利要求1所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，所述端口B（3）和端口C（4）的轴线方向与端口A（2）的轴线方向与夹角为0度或90度或180度。

4.根据权利要求2所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，所述端口D（5）远离耦合腔（1）的一端连接有轴线沿垂直方向设置的传输线(6)，端口D（5）与传输线(6)构成一个L形结构，该L形结构的一端为端口D（5）连接耦合腔（1）的一端，该L形结构的另一端为传输线(6)垂直朝下的端口。

5.根据权利要求4所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，所述传输线（6）为添加金属脊A（61）的脊波导。

6.根据权利要求4所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，所述传输线（6）为同时添加金属脊A（61）和金属脊B（62）的脊波导；其中金属脊A（61）与传输线（6）的靠近端口A（2）的侧壁相连；金属脊B（62）与传输线（6）的远离端口A（2）的侧壁相连。

7.根据权利要求5所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，端口D（5）中至少设置有一个只在底部与端口D（5）相连的金属柱（51）。

8.根据权利要求1所述的紧凑型四端口网络其特征在于，在耦合腔（1）与端口A（2）、端口B（3）和端口C（4）中的至少一个端口之间设置有至少一级的匹配段（7）。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，构成该紧凑型四端口网络所有部分构成左右镜像对称结构。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的紧凑型四端口网络，其特征在于，耦合腔（1），端口A（2）、端口B（3）和端口C（4）、端口D（5）和传输线（6）的上表面都齐平。