CN212434815U - 一种紧凑型波导混合合成网络 - Google Patents

Abstract

一种紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，包括集成于一体的：波导H‑T结；魔T，有一对，对称连接于波导H‑T结的分支输入端；以及波导E‑T结，有两对，分别对称连接于魔T的分支输入端。具体包括：H臂输出波导、H臂输出渐变波导、H臂匹配结构、H臂分支渐变波导、T型分支转向波导、魔T分支渐变波导、魔T四端口匹配结构、魔T负载端口渐变波导、探针结构、魔T分支转向波导、E臂匹配结构、E臂输入波导及装配腔体。将魔T集成于波导H‑T结和波导E‑T结之间，波导H‑T结采用标准波导口，波导E‑T结采用非标波导口，实现多路非标波导口输入、标准波导口输出，插入损耗低、工作带宽宽、幅相平衡度好，体积减小，且方便加工实用性强。

Description

一种紧凑型波导混合合成网络

技术领域

本实用新型属于通信领域，涉及波导合成/微波功分技术，尤其与一种紧凑型波导混合合成网络有关。

背景技术

波导合成是微波系统中广泛应用的一种功率合成手段，其功能是将多路功率进行功率合成，以获得更大的功率。合成网络的性能如插损、隔离度、相位平衡度和幅度平衡度等指标将对整个系统的性能产生较大的影响。

常规的T型结为三端口网络，级间无隔离，在进行功率合成时，级间影响较大；尤其是在需要实现多路波导输入进行功率合成时，多都存在损耗大，幅相平衡度不理想等缺陷；并且现有的方式，要实现多路输入，结构复杂体积庞大，且不便于加工成型，适用性极大降低。

实用新型内容

为解决上述相关现有技术不足，本实用新型提供一种紧凑型波导混合合成网络，将魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，波导H-T结采用标准波导口，波导E-T结采用非标波导口，实现多路非标波导口输入、标准波导口输出，插入损耗低、工作带宽宽、幅相平衡度好，体积减小，且方便加工实用性强。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下方案：

一种紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，包括集成于一体的：

波导H-T结；

魔T，有一对，对称连接于波导H-T结的分支输入端；以及

波导E-T结，有两对，分别对称连接于魔T的分支输入端；

波导E-T结的输入端采用非标波导口，波导H-T结的输出端采用标准波导口。

进一步，波导E-T结，包括：

对称间隔设置的一对E臂输入波导，其E面采用非标波导端口，用于作为射频信号输入端；以及

E臂隔片结构，设于一对E臂输入波导之间，用于对从E臂输入波导输入的射频信号进行第一次功率合成。

进一步，魔T，包括：

魔T分支转向波导，有一对，对称设置，其一端连接E臂隔片结构，用于通过阶梯过度方式对E臂隔片结构合成的射频信号进行90°转向，用于使进入魔T的射频信号分支在同一方向；

魔T分支渐变波导，有一对，对称设置，分别与对应的魔T分支转向波导另一端连接，用于增加工作带宽；以及

魔T四端口匹配结构，一对魔T分支渐变波导对称连接于魔T四端口匹配结构两侧，用于与魔T分支渐变波导一起匹配T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度以进行第二次功率合成。

进一步，魔T四端口匹配结构采用阶梯方柱结构，顶面朝向E面的端口所在方向，底面位于E面的端口反方向，阶梯方柱边长自底面向顶面依次缩小。

进一步，魔T四端口匹配结构上竖向垂直设置有负载模块，用于吸收多路不平衡功率；负载模块朝向朝向E面的端口所在方向的一面设有魔T负载端口渐变波导，用于匹配负载端口的驻波。

负载模块朝向另一个魔T的一面设有探针结构，探针结构包括：

探针基片；以及

与探针基片一起烧结于负载模块一面的负载电阻。

进一步，波导H-T结，包括：

T型分支转向波导，有一对，对称设置，其一端分别连接对应魔T的魔T四端口匹配结构，用于对魔T合成的射频信号进行90°转向，使进入波导H-T结的射频信号分支在同一方向；

H臂分支渐变波导，有一对，对称设置，分别与对应的T型分支转向波导另一端连接，用于增加工作带宽；

H臂隔片结构，一对H臂分支渐变波导对称连接于H臂隔片结构两侧，用于对各魔T输送的射频信号进行第三次合成；以及

H臂输出波导，通过H臂输出渐变波导与H臂隔片结构垂直连接，用于输出第三次合成的射频信号，H臂输出波导的H面采用标准波导端口。

进一步，波导E-T结竖向垂直设置，一对E臂输入波导在竖向垂直方向上下间隔设置，E臂隔片结构位于E臂输入波导之间，

魔T分支转向波导水平垂直连接E臂隔片结构，魔T分支转向波导处于与E臂输入波导的E面端口朝向相反方向；

H臂输出波导、H臂输出渐变波导、H臂隔片结构、H臂分支渐变波导、T型分支转向波导、魔T分支渐变波导、魔T四端口匹配结构，均与魔T分支转向波导处于同一水平面。

进一步，还包括：

腔体，用于容纳集成于一体的波导H-T结、一对魔T、两对波导E-T结，腔体的形状与集成于一体的波导H-T结、一对魔T、两对波导E-T结的整体形状匹配；

腔体具有垂直设于腔体长度方向一侧的输出端口，以及与另一侧具有预定距离的4个贯通腔体顶面及底面的输入通口；输出端口与H臂输出波导匹配，输入通口用于供波导E-T结的E臂输入波导伸出于腔体顶面及底面；

腔体顶面设有两个负载腔，用于容纳负载模块及探针结构。

本实用新型的有益效果在于：

1、将魔T集成于波导H-T结和波导E-T结之间，波导H-T结采用标准波导口，波导E-T结采用非标波导口，实现多路非标波导口输入、标准波导口输出，可以实现X波段1.6GHz带宽功率合成；同时输入端口为非国际标准矩形波导口，且实现了输入端口上下垂直信号馈入，利于减小输入端口的尺寸，利于对整体合成网络尺寸进行进一步小型化的设计，缩小体积及重量；输出端口为国际标准波导口，不用再次设计将非标波导口转换标准波导口进行过度；

2、探针结构吸收负载，此吸收负载采用微带探针方式进行功率耦合通过50欧姆电阻进行功率吸收,作为替代传统式波导负载的通用标准波导负载使用，具有设计方便，通用性强等特点。微带探针也可以更换为同轴探针方式，实现原理相同，可有效的降低体积；

3、保证了八路合成后四路分支之间的隔离度，同时实现了插入损耗低、工作带宽宽、幅相平衡度好等优点；同时易于加工，匹配结构和魔T经过一次性铣切就能加工出来，满足实际工程需要；

4、采用分腔设计，将魔T匹配结构设计于下腔，渐变结构设计于上腔，负载腔为独立结构，并在上腔和下腔接触面设计0.05mm凸台，保证上下腔的紧密结合；该混合合成网络结构适合小型化功放模块上下层结构安装，可满足多种形式的散热方式；

5、本实用新型的X波段波导混合合成网络结构简单，各端口阻抗匹配较好，八路分支插入损耗小于0.3dB，合成后的四路分支之间隔离度大于17dB，具有较宽的工作带宽。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本申请的范围。

图1示出了本申请实施例的合成网络结构示意图。

图2示出了本申请实施例的腔体结构图一。

图3示出了本申请实施例的腔体结构图二。

图4示出了本申请实施例的八路分支的插入损耗特性曲线和输出端口回波损耗特性曲线。

图5示出了本申请实施例的E-T结间隔离度和合成后四路输出端口之间隔离度曲线。

图6示出了本申请实施例的魔T隔离端的回波损耗曲线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明，但本实用新型所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1所示，本实例提供的一种紧凑型波导混合合成网络，包括集成于一体的：波导H-T结、魔T、波导E-T结。魔T有一对，对称连接于波导H-T结的分支输入端；波导E-T结有两对，分别对称连接于魔T的分支输入端；波导E-T结的输入端采用非标波导口，波导H-T结的输出端采用标准波导口。

非标波导端口结构尺寸相同，位置相对。

具体的，本实例的波导混合合成网络，包括：

H臂输出波导1、H臂输出渐变波导2、H臂匹配结构3、H臂分支渐变波导4、T型分支转向波导5；

魔T分支渐变波导6、魔T四端口匹配结构7、魔T负载端口渐变波导8、探针结构9、魔T分支转向波导10；

E臂匹配结构11、E臂输入波导12。

其中，如图1所示，波导E-T结，包括：E臂隔片结构11和对称间隔设置的一对E臂输入波导12。E臂输入波导12的E面采用非标波导端口，用于作为射频信号输入端；E臂隔片结构11，设于一对E臂输入波导12之间，用于对从E臂输入波导12输入的射频信号进行第一次功率合成。

其中，如图1所示，魔T，包括：魔T分支渐变波导6、魔T四端口匹配结构7、魔T负载端口渐变波导8、探针结构9、魔T分支转向波导10。

魔T分支转向波导10有一对，对称设置，其一端连接E臂隔片结构11，用于通过阶梯过度方式对E臂隔片结构11合成的射频信号进行90°转向，用于使进入魔T的射频信号分支在同一方向。魔T分支渐变波导6有一对，对称设置，分别与对应的魔T分支转向波导10另一端连接，用于增加工作带宽。一对魔T分支渐变波导6对称连接于魔T四端口匹配结构7两侧，用于与魔T分支渐变波导6一起匹配T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度以进行第二次功率合成。

具体的，其中魔T四端口匹配结构7，采用阶梯方柱的方式位于四端口网络的中心部位，阶梯匹配方柱顶面朝向E面端口所在方向，阶梯匹配方柱底面位于E面端口反方向。这样设置阶梯匹配方柱便于对T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度进行阻抗匹配。同时E面端口采用微带探针结构连接50欧姆电阻的方式将不平衡功率进行吸收。

魔T四端口匹配结构7上竖向垂直设置有负载模块，用于吸收多路不平衡功率；负载模块朝向朝向E面的端口所在方向的一面设有魔T负载端口渐变波导8，用于匹配负载端口的驻波。

负载模块朝向另一个魔T的一面设有探针结构9，探针结构9包括：探针基片；以及与探针基片一起烧结于负载模块一面的负载电阻。

其中，如图1所示，波导H-T结，包括：H臂输出波导1、H臂输出渐变波导2、H臂匹配结构3、H臂分支渐变波导4、T型分支转向波导5。

T型分支转向波导5有一对，对称设置，其一端分别连接对应魔T的魔T四端口匹配结构7，用于对魔T合成的射频信号进行90°转向，使进入波导H-T结的射频信号分支在同一方向；H臂分支渐变波导4有一对，对称设置，分别与对应的T型分支转向波导5另一端连接，用于增加工作带宽；一对H臂分支渐变波导4对称连接于H臂隔片结构3两侧，用于对各魔T输送的射频信号进行第三次合成；H臂输出波导1通过H臂输出渐变波导2与H臂隔片结构3垂直连接，用于输出第三次合成的射频信号，H臂输出波导1的H面采用标准波导端口。

具体的，魔T分支转向波导10、魔T分支渐变波导6采用了阶梯状结构，往魔T四端口匹配结构7的方向，呈阶梯下降趋势。

具体的，T型分支转向波导5、H臂分支渐变波导4采用了阶梯状结构，往H臂隔片结构3方向，呈阶梯上升趋势。

具体的，H臂输出渐变波导2采用阶梯状结构，从H臂隔片结构3往H臂输出波导1方向，呈阶梯上升趋势。

具体的空间及结构布局设计为：

波导E-T结竖向垂直设置，一对E臂输入波导12在竖向垂直方向上下间隔设置，E臂隔片结构11位于E臂输入波导12之间，魔T分支转向波导10水平垂直连接E臂隔片结构11，魔T分支转向波导10处于与E臂输入波导12的E面端口朝向相反方向；H臂输出波导1、H臂输出渐变波导2、H臂隔片结构3、H臂分支渐变波导4、T型分支转向波导5、魔T分支渐变波导6、魔T四端口匹配结构7，均与魔T分支转向波导10处于同一水平面。

在此基础上，采用如图2~3所示的腔体13，用于容纳本实例所述的合成网络。腔体13包括上腔体15和下腔体16，合成网络装配于上腔体15和下腔体16之间。具体，上腔体15和下腔体16触面设计0.05mm凸台，保证装配时，上下腔的紧密结合。

腔体13的形状与集成于一体的波导H-T结、一对魔T、两对波导E-T结的整体形状匹配；腔体13具有垂直设于腔体13长度方向一侧的输出端口14，以及与另一侧具有预定距离的4个贯通腔体13顶面及底面的输入通口18；输出端口14与H臂输出波导1匹配，输入通口18用于供波导E-T结的E臂输入波导12伸出于腔体13顶面及底面，即E臂输入波导12分别伸出于上腔体15和下腔体16的输入通口18。腔体13顶面设有两个负载腔17，用于容纳负载模块及探针结构9。

通过此种方式完成，合成网络的装配。该混合合成网络结构适合小型化功放模块上下层结构安装，可满足多种形式的散热方式。

工作方式说明：

为了避免E-T结相位差180°的问题，采用对称性波导混合合成网络，相位差可互相抵消，信号可同时从上下八个E面非标波导端口馈入，然后通过E臂隔片结构11进行第一次功率合成，隔片可起到有效的改善两路之间功率分配的作用。

进一步的，第一次功率合成后的信号通过魔T分支转向波导10，通过阶梯过度的方式将其处理为90°拐角结构，使魔T四路分支在同一方向，便于功放模块可紧凑型安装，同时阶梯设计使拐角传输特性达到最优状态。

进一步的，信号通过H面进行90°转弯后，合成后的四路信号进入魔T分支渐变波导6和魔T四端口匹配结构7，魔T分支渐变波导6可增加其工作带宽，同时与魔T四端口匹配结构7一起匹配T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度。魔T四端口匹配结构7采用阶梯方柱顶面朝向E面端口所在方向，阶梯匹配方柱底面位于E面端口反方向。魔T四端口匹配结构7为两段式结构便于加工，方柱边长自底面向顶面依次缩小。阶梯式的方柱设计，有效增加了匹配方柱的阻抗匹配带宽，提高端口隔离度和端口驻波特性。E面端口也设计渐变波导，可进一步改善E面端口的驻波。

该E面端口是作用吸收不平衡的功率，传统吸收功率采用波导负载，体积较大，不利于小型化的设计，本实例探针结构9采用探针耦合方式接入50欧姆电阻进行功率吸收，通过将探针基片和负载电阻烧结于腔体壁，利于小型化集成化的设计。探针结构为独立设计结构，可根据端口吸收功率大小，调节50欧姆电阻的承受功率。

进一步的，第二次功率合成后的信号通过T型分支转向波导5，再次通过阶梯过度的方式将其处理为90°拐角结构，H-T型功分两路分支在同一方向，便于八个功放模块可等间距紧凑型安装，同时阶梯设计使拐角传输特性达到最优状态。

进一步的，信号通过H面进行90°转弯后，合成后的两路信号进入H臂分支渐变波导4，通过H臂隔片结构3，进行最终功率的合成，最后通过H臂输出渐变波导2 、H臂输出波导1进行输出。实现了X波段内1.6GHz带宽八路合成功率输出，具备优越的指标性能。

如图4为本实例的插入损耗特性曲线和输出端口回波损耗特性曲线。

如图5为本实例的E-T结间隔离度和合成后四路输出端口之间隔离度曲线。

如图6为本实例的魔T隔离端的回波损耗曲线。

本实例的X波段波导混合合成网络结构简单，各端口阻抗匹配较好，八路分支插入损耗小于0.3dB，合成后的四路分支之间隔离度大于17dB，具有较宽的工作带宽。

本实施例的混合合成网络可适用于多路波导功放/合路网路中，结构形式简单、体积小、覆盖频段宽，分腔后匹配结构和魔T经过一次性铣切就能加工出来，减少了在装配匹配结果时的装配误差，采用阶梯型90度拐角的方式，使合成网络的结构更加紧凑，并且在输出端口的相位和幅度平衡度很好，隔离端口之间有较好的隔离。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本实用新型。本领域技术人员应理解，在不脱离本实用新型的范围情况下，对本实用新型进行的各种改变或同等替换，均属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，包括集成于一体的：

波导H-T结；

魔T，有一对，对称连接于波导H-T结的分支输入端；以及

波导E-T结，有两对，分别对称连接于魔T的分支输入端。

2.根据权利要求1所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，波导E-T结的输入端采用非标波导口，波导H-T结的输出端采用标准波导口。

3.根据权利要求1所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，波导E-T结，包括：

对称间隔设置的一对E臂输入波导（12），其E面采用非标波导端口，用于作为射频信号输入端；以及

E臂隔片结构（11），设于一对E臂输入波导（12）之间，用于对从E臂输入波导（12）输入的射频信号进行第一次功率合成。

4.根据权利要求3所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，魔T，包括：

魔T分支转向波导（10），有一对，对称设置，其一端连接E臂隔片结构（11），用于通过阶梯过度方式对E臂隔片结构（11）合成的射频信号进行90°转向，用于使进入魔T的射频信号分支在同一方向；

魔T分支渐变波导（6），有一对，对称设置，分别与对应的魔T分支转向波导（10）另一端连接，用于增加工作带宽；以及

魔T四端口匹配结构（7），一对魔T分支渐变波导（6）对称连接于魔T四端口匹配结构（7）两侧，用于与魔T分支渐变波导（6）一起匹配T型耦合腔内的信号功率分配比、隔离度以进行第二次功率合成。

5.根据权利要求4所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，魔T四端口匹配结构（7）上竖向垂直设置有负载模块，用于吸收多路不平衡功率；负载模块朝向E面的端口所在方向的一面设有魔T负载端口渐变波导（8），用于匹配负载端口的驻波。

6.根据权利要求5所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于，负载模块朝向另一个魔T的一面设有探针结构（9），探针结构（9）包括：

探针基片；以及与探针基片一起烧结于负载模块一面的负载电阻。

7.根据权利要求4所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于：波导H-T结，包括：

T型分支转向波导（5），有一对，对称设置，其一端分别连接对应魔T的魔T四端口匹配结构（7），用于对魔T合成的射频信号进行90°转向，使进入波导H-T结的射频信号分支在同一方向；

H臂分支渐变波导（4），有一对，对称设置，分别与对应的T型分支转向波导（5）另一端连接，用于增加工作带宽；

H臂隔片结构（3），一对H臂分支渐变波导（4）对称连接于H臂隔片结构（3）两侧，用于对各魔T输送的射频信号进行第三次合成；以及

H臂输出波导（1），通过H臂输出渐变波导（2）与H臂隔片结构（3）垂直连接，用于输出第三次合成的射频信号，H臂输出波导（1）的H面采用标准波导端口。

8.根据权利要求7所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于：

波导E-T结竖向垂直设置，一对E臂输入波导（12）在竖向垂直方向上下间隔设置，E臂隔片结构（11）位于E臂输入波导（12）之间，

魔T分支转向波导（10）水平垂直连接E臂隔片结构（11），魔T分支转向波导（10）处于与E臂输入波导（12）的E面端口朝向相反方向；

H臂输出波导（1）、H臂输出渐变波导（2）、H臂隔片结构（3）、H臂分支渐变波导（4）、T型分支转向波导（5）、魔T分支渐变波导（6）、魔T四端口匹配结构（7），均与魔T分支转向波导（10）处于同一水平面。

9.根据权利要求8所述的紧凑型波导混合合成网络，其特征在于：还包括：

腔体（13），用于容纳集成于一体的波导H-T结、一对魔T、两对波导E-T结，腔体（13）的形状与集成于一体的波导H-T结、一对魔T、两对波导E-T结的整体形状匹配；

腔体（13）具有垂直设于腔体（13）长度方向一侧的输出端口（14），以及与另一侧具有预定距离的4个贯通腔体（13）顶面及底面的输入通口（18）；输出端口（14）与H臂输出波导（1）匹配，输入通口（18）用于供波导E-T结的E臂输入波导（12）伸出于腔体（13）顶面及底面；

腔体（13）顶面设有两个负载腔（17），用于容纳负载模块及探针结构（9）。

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