CN217740762U - 波导功分多工器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种波导功分多工器，包括功分网络和多个通道滤波器，其中，功分网络包括多个四分支波导接头，每个所述四分支波导接头一体成型，所述功分网络具有多个信号输出端；每个通道滤波器的信号输入端分别连接于所述功分网络的多个信号输出端；其中，所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接；和/或，每个通道滤波器与所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接，本申请的技术方案实现了魔T功分网络性能的一致性，以及适用于大批量生产，以及采用波导腔直角拐弯的形式，路劲更短，布局紧凑，节省空间。

Description

波导功分多工器

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种波导功分多工器。

背景技术

在进行气象探测时需要同时测量多个通道的数据，并且减少观测时的噪声和预防外部干扰。如果采用多级的威尔金森功分器功分网络加滤波器的方案，由于微带线和贴片电阻产生的寄生分布参数不可控，所以并不适用。从而波导功分多工器就成为最关键的技术。

波导功分多工器的主要功能是将宽带信号分成不同的窄带的信号，对于气象卫星所用到的波导功分多工器，该多工器有频段高，分频路数多，频段跨度大，宽窄带同时并存，通道之间有交叠等问题。

传统的波导功分多工器存在以下缺陷：1)传统波导功分多工器锥形匹配台需要焊接，焊接难度高，一致性低，导致产品性能恶化，不同台次之间的性能一致性很难保证；2)波导腔信号路径过长，且拐弯较多，通道滤波器插损恶化、匹配差；3)通道滤波器的阶数较少，带外抑制较差。

背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

本申请旨在提供一种波导功分多工器，解决波导功分多工器内的锥形匹配台加工难度大及波导腔内信号路径过长的问题。

根据本申请的一方面，提出一种波导功分多工器，包括功分网络和多个通道滤波器，其中，功分网络包括多个四分支波导接头，每个所述四分支波导接头一体成型，所述功分网络具有多个信号输出端；每个通道滤波器的信号输入端分别连接于所述功分网络的多个信号输出端；其中，所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接；和/或，每个通道滤波器与所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接。

根据一些实施例，所述四分支波导接头包括分支波导、波导H臂、波导E臂和匹配台，其中，分支波导连通所述功分网络的信号输出端；所述波导H臂的一端固定于所述分支波导上，与所述分支波导连通，连通所述功分网络的信号输入端；所述波导E臂的一端固定于所述波导H臂与所述分支波导交汇处的正上方，且与所述分支波导连通；匹配台固定于所述分支波导内，所述匹配台包括本体、第一匹配块、第二匹配块、第三匹配块和匹配圆柱，所述本体在所述波导H臂方向上延伸出第一匹配块，且在所述分支波导方向上分别延伸出第二匹配块和第三匹配块，所述本体的顶部在所述波导E臂方向上延伸出匹配圆柱。

根据一些实施例，所述匹配台的本体包括短路阶梯匹配台，具有至少一个阶梯。

根据一些实施例，所述匹配台的本体相邻所述波导H臂的一侧为圆弧端面。

根据一些实施例，所述匹配台与所述分支波导的底壁及远离所述波导H臂的侧壁一体成型。

根据一些实施例，所述分支波导的数量为2个，分布于所述波导H臂的两侧，用于输出信号。

根据一些实施例，所述功分网络为多级功分网络，第一级功分网络至第N-1级功分网络具有2^N个四分支波导接头，N≥0的整数；所述功分网络为至少三级功分网络时，第N级功分网络具有2N-1个四分支波导接头，N≥2的整数；其中，

所述第一级功分网络的四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接第二级功分网络的两个四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，第N-1级功分网络的四分支波导接头的其中一个分支波导作为信号输出端分别连接通道滤波器，其他的分支波导作为信号输出端分别连接第N级功分网络的四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，所述第N级功分网络的每个四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接每个通道滤波器的信号输入端。

根据一些实施例，所述多个通道滤波器分别具有不同的频带。

根据一些实施例，每个通道滤波器具有多个阶数，用于带外抑制。

根据一些实施例，每个通道滤波器的谐振腔采用TE102模式。

基于上述的一种波导功分多工器，实现了功分网络中的匹配台的结构一体化加工，降低了加工难度，提升了加工效率，并且通过一体成型将匹配台设置于波导功分多工器内，无需进行焊接，节省了加工成本，有效保证批量生产的一致性，以及波导腔内信号路径变短，且拐弯变少，从而使波导功分多工器的整体体积变小。

为能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本申请，而非对本申请的保护范围作任何的限制。

附图说明

下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：

图1示出现有的波导功分多工器的结构示意图。

图2示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的结构示意图。

图3示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的立体结构示意图。

图4示出根据本申请示例实施例的四分之波导接头的结构示意图。

图5示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的实测通带曲线示意图。

图6示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的实测驻波曲线示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"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:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

图1示出现有的波导功分多工器的结构示意图。

如图1所示，为解决通道多，带宽交叠等问题，传统的波导功分多工器采用波导魔T功分网络和滤波器组两个部分组成；魔T功分网络共包含多个魔T单元，每个魔T单元的锥形匹配台是通过焊接的方式固定在T型区域，魔T单元之间通过直波导或弯波导实现互联，波导腔进行了多次弯折；滤波器组共包含多个频率各不相同的通道滤波器，连接于魔T单元上。

图1中的波导功分多工器存在以下缺陷：1)采用锥形匹配台焊接方案，由于锥形匹配台体积小，对锥形匹配台本身的尺寸和焊接准确性要求高，所需焊接工艺要求高。2)因为焊接锥形匹配台的要求高，不良的焊接会对产品本身性能带来一定的恶化。同时使得产品性能一致性差。3)现有的波导拐弯较多，无疑会增加信号传输路径，会带来较大的能量损失；另外为了保证传输的匹配性，对波导拐弯半径有一定的要求，不能太小，所以该波导弯的使用并不会实现产品最佳的体积。4)现有的波导滤波器阶数较少(2～3阶)，带外抑制度并不高。

另外，波导功分多工器中的功分网络使用四分支波导接头，又可称为波导魔T，常用于构成四分支波导接头的微波传输线主要有带状线、微带线、槽线、基片集成波导、矩形波导以及矩形脊波导等。其中，带状线、微带线、槽线和基片集成波导为平面传输线，构成的四分支波导接头尺寸小，但是损耗略大，并且功率容量有限，不适合大功率应用；矩形波导、矩形脊波导虽然损耗低、能承受较大功率，但是传统矩形四分支波导接头相对工作带宽较窄；而矩形脊四分支波导接头虽然工作带宽较宽，但是加工较为复杂，并且与其他标准矩形波导微波器件连接时，需要额外的波导接口过渡器件。构成的微波系统较为复杂，不利于系统小型化。

四分支波导接头一般由微波传输线构成，通常包含有传输线形成的E臂、H臂、分支波导以及匹配结构。四分支波导接头是一种具有对称结构的四端口微波器件，端口阻抗匹配特性良好，损耗低，E臂和H臂隔离度高，端口输出幅度一致性优良，可以构成单脉冲和差比较器、功分器及双工器等多种微波器件，广泛应用于天馈系统波束形成网络中。

上述四分支波导接头的缺点：多台阶金属锥体结构设计复杂，对锥体加工要求较高。双脊四分支波导接头虽然工作带宽较宽，但是加工较为复杂，由于不是标准波导接口，需要额外增加波导过度接口才可以与其它波导器件连接，不利于系统的小型化。采用多节阻抗变换段的方法，增加了波导尺寸，不利于四分支波导接头的小型化。

于是，本申请人认为上述发明可改善，通过合理运用科学原理进行潜心研究，终于提出一项设计合理且有效改善的发明。

下面将参照附图，对根据本申请实施例的一种波导功分多工器进行详细说明。

图2示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的结构示意图。图3示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器的立体结构示意图。

如图2-3所示，根据本申请示例实施例，本申请公开一种波导功分多工器10，包括功分网络101和多个通道滤波器103，其中，功分网络101包括多个四分支波导接头，每个四分支波导接头一体成型，功分网络101具有一个信号输入端和多个信号输出端；每个通道滤波器的信号输入端分别连接于功分网络101的多个信号输出端。本申请四分支波导接头单元的匹配台，采用和腔体一体化加工的方式，解决了焊接带来的不确定性，工艺复杂度低的问题，可以有效的保证功分网络101的性能及一致性，适用于大批量生产。

本申请的功分网络101可以采用三级功分网络，采用6个四分支波导接头，三级功分网络的输出端连接有7个通道滤波器。当然，本申请并不限定功分网络101为三级，也可以设置为四级、五级或者更多级，可根据实际需要进行选择。

根据本申请实施例，四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯1013连接。四分支波导接头之间的波导腔采用了阶梯型的匹配直角弯，比传统的圆弧弯的带宽更宽。本申请布局采用波导腔直角拐弯的形式，路劲更短，布局紧凑，节省空间。

根据本申请实施例，每个通道滤波器与四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接，从而优化了通道滤波器插损及匹配。

多个通道滤波器103分别具有不同的频带。每个通道滤波器具有多个阶数，用于带外抑制。本申请的通道滤波器阶数多，可实现了带外抑制度高，全波段内无杂散波。

波导功分多工器10包括其输入端作为本波导多工器的信号输入端的隔离器，所述隔离器的信号输出端连接第一波导魔T1011的信号输入端，所述第一波导魔T1011的两个信号输出端分别连接第二波导魔T1012的信号输入端、第三波导魔T1013的信号输入端，所述第二波导魔T1012的两个信号输出端分别连接第四波导魔T1014的信号输入端、第五波导魔T1015的信号输入端，所述第三波导魔T1013的一个信号输出端分别连接第六波导魔T1016的信号输入端，所述第四波导魔T1014的两个信号输出端、第五波导魔T1015的两个信号输出端、第六波导魔T1016的两个信号输出端、第三波导魔T1013的一个信号输出端均连接波导通道滤波器。

图4示出根据本申请示例实施例的四分之波导接头的结构示意图。

根据本申请实施例，功分网络101中是由多个四分之波导接头组成，如图4所示，四分支波导接头包括分支波导、波导E臂20、波导H臂24、匹配台，其中，分支波导连通功分网络101的信号输出端。

波导H臂24的一端固定于分支波导上，与分支波导连通，连通功分网络101的信号输入端。波导E臂20的一端固定于波导H臂24与分支波导交汇处的正上方，且与分支波导连通。

匹配台固定于分支波导的波导腔内，匹配台包括本体301、第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305，匹配台的本体301在波导H臂24方向上延伸出第一匹配块302，且在分支波导方向上分别延伸出第二匹配块303和第三匹配块304，匹配台本体301的顶部在波导E臂20方向上延伸出匹配圆柱305。

其中波导E臂20、波导H臂24、匹配台的本体301和匹配圆柱305的中心线共面。匹配台对称设置于中心线共面的两侧。

分支波导、波导E臂20以及波导H臂24均为矩形波导管，波导H臂24设置在分支波导的短边侧壁上，波导E臂20设置在分支波导的长边侧壁上。

分支波导可以分为第一分支波导21和第二分支波导22，第一分支波导21和第二分支波导22以中心线共面相对称。

匹配台的本体301包括短路阶梯匹配台，具有至少一个阶梯。至少一个阶梯的数量可以为1阶～3阶。当然，本公开中不限定其具体数量。匹配台的本体301相邻波导H臂24的一侧为弧面端面。匹配台的本体301与分支波导内壁抵接处均做圆角处理。另外，匹配台的本体301与分支波导的底壁及远离所述波导H臂24的侧壁也可以一体成型。

匹配台上的第一匹配块302包括单阶匹配块或多阶匹配块。第二匹配块303与第三匹配块304包括单阶匹配块或多阶匹配块。当然，本公开中多阶匹配块的阶数可以为至少2阶起。第二匹配块303与第三匹配块304对称设置于中心线共面的两侧。第一匹配块302部分位于波导H臂24的腔体内。第二匹配块303和第三匹配块304位于分支波导的腔体内。匹配台的本体301与第一匹配块302、第二匹配块303和第三匹配块304抵接处均做圆角处理。第一匹配块302、第二匹配块303和第三匹配块304均呈现矩形块或矩形台阶块，同时可以将匹配块的边角处进行圆角处理。

匹配台的本体301及其上具有的第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305展宽了传统四分支波导接头的工作带宽，匹配结构简单，易于加工制造，可以采用一体成型加工。

匹配台可以对波导E臂20、波导H臂24及分支波导交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对波导E臂20和波导H臂24宽带匹配均有作用。

匹配台的本体301及其上具有的第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305对宽带矩形四分支波导接头进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。

进一步地，所述匹配台的顶部正对所述波导E臂20的一端端口，提高宽带阻抗补偿的可靠性。匹配台的底壁与所述分支波导的内壁抵接，且与匹配台底壁相连的侧壁抵接于远离波导H臂24的分支波导内壁上，匹配台的顶壁为一平面。匹配台的高度为0.01λ₀～0.2λ₀，宽度为0.01λ₀～0.2λ₀，其中，λ₀为自由空间中心频率的波长。

分支波导的内腔中心位置放置有金属构成的匹配台。匹配台与分支波导的底壁与侧壁相交。匹配圆柱305位于匹配台的上部，匹配圆柱305直径约0.01λ₀～0.1λ₀，高度约0.01λ₀～0.5λ₀。匹配圆柱305的部分位于波导E臂20内。

通过匹配台在波导内的位置关系，对波导E臂20、波导H臂24以及分支波导交叉区域形成的不连续性进行宽带阻抗匹配，实现了矩形四分支波导接头在30％的工作频带内良好工作，解决了传统矩形四分支波导接头工作带宽窄的问题。

本实施例宽带匹配结构不涉及波导E臂20、波导H臂24以及分支波导的阻抗变换，整体结构均采用标准矩形波导，因此可以直接与标准矩形波导构成的微波器件直接连接，有利于构成小型化微波系统。本申请采用匹配台展宽了传统四分支波导接头的工作带宽，结构简单，加工方便，匹配结构简单，易于加工制造。

分支波导、所述波导E臂20以及所述波导H臂24的制作材料为金属。具体地，所述分支波导、所述波导E臂20以及所述波导H臂24的制作材料为铝、铝合金、铜或者铜合金等。本申请的一种四分支波导接头可采用多种不同金属材料加工而成，包括但不限于铝及铝合金、铜及铜合金；分支波导、波导E臂20、波导H臂24及匹配台可通过焊接方式、一体加工成型方式、焊接与一体加工成型相结合、焊接与铣削加工相结合、一体加工成型与铣削方式相结合等方式进行加工。本公开的四分支波导接头，由于其结构简单，故可以采用一体加工成型的方式进行加工。当然，本公开中不限定其具体加工方式。

一种宽带矩形四分支波导接头的工作原理：当从波导H臂24馈入微波信号时，分支波导的两侧输出等幅同相微波信号，波导E臂20无信号输出；当从波导E臂20馈入微波信号时，分支波导的两侧输出等幅反相微波信号，波导H臂24无信号输出。匹配台对矩形四分支波导接头进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。

根据本申请实施例，匹配台的本体相邻波导H臂的一侧为圆弧端面。匹配台与分支波导的底壁及远离波导H臂的侧壁一体成型。

根据本申请实施例，分支波导的数量为2个，分布于波导H臂的两侧，用于输出信号。

根据本申请实施例，所述功分网络101为多级功分网络，第一级功分网络至第N-1级功分网络具有2^N个四分支波导接头，N≥0的整数；所述功分网络为至少三级功分网络时，第N级功分网络具有2N-1个四分支波导接头，N≥2的整数；其中，

所述第一级功分网络的四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接第二级功分网络的两个四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，第N-1级功分网络的四分支波导接头的其中一个分支波导作为信号输出端分别连接通道滤波器，其他的分支波导作为信号输出端分别连接第N级功分网络的四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，所述第N级功分网络的每个四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接每个通道滤波器的信号输入端。

根据本申请实施例，每个通道滤波器的谐振腔采用TE102模式1038，比传统的TE101模Q值(品质因数)更高，损耗更小。第一通道滤波器1031、第二通道滤波器1032、第三通道滤波器1033、第四通道滤波器1034互不干扰，第五通道滤波器1035、第六通道滤波器1036和第七通道滤波器1037相互交叠，不同频率的通道滤波器，在输入、输出端具有较好的回波特性，输出端口之间有较高的隔离度，防止信道之间的信号串扰。

图5示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器10的实测通带曲线示意图。图6示出根据本申请示例实施例的波导功分多工器10的实测驻波曲线示意图。

参见图5，多个通道滤波器103的通带曲线的实测波形良好，互不干扰，回波损耗小。

参见图6，多个通道滤波器103的驻波曲线的实测波形良好，通道间互不干扰，回波损耗小于-15dB。

本申请波导功分多工器的各个信道之间相互隔离，互不干扰，频带与频带之间可重叠。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波导功分多工器，其特征在于，包括：

功分网络，包括多个四分支波导接头，每个所述四分支波导接头一体成型，所述功分网络具有多个信号输出端；

多个通道滤波器，每个通道滤波器的信号输入端分别连接于所述功分网络的多个信号输出端；其中，

所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接；和/或，

每个通道滤波器与所述四分支波导接头之间采用阶梯型的直角拐弯连接。

2.根据权利要求1所述的波导功分多工器，其特征在于，所述四分支波导接头包括：

分支波导，连通所述功分网络的信号输出端；

波导H臂，所述波导H臂的一端固定于所述分支波导上，与所述分支波导连通，连通所述功分网络的信号输入端；

波导E臂，所述波导E臂的一端固定于所述波导H臂与所述分支波导交汇处的正上方，且与所述分支波导连通；

匹配台，固定于所述分支波导内，所述匹配台包括本体、第一匹配块、第二匹配块、第三匹配块和匹配圆柱，所述本体在所述波导H臂方向上延伸出第一匹配块，且在所述分支波导方向上分别延伸出第二匹配块和第三匹配块，所述本体的顶部在所述波导E臂方向上延伸出匹配圆柱。

3.根据权利要求2所述的波导功分多工器，其特征在于，所述匹配台的本体包括短路阶梯匹配台，具有至少一个阶梯。

4.根据权利要求2所述的波导功分多工器，其特征在于，所述匹配台的本体相邻所述波导H臂的一侧为圆弧端面。

5.根据权利要求2所述的波导功分多工器，其特征在于，所述匹配台与所述分支波导的底壁及远离所述波导H臂的侧壁一体成型。

6.根据权利要求2所述的波导功分多工器，其特征在于，所述分支波导的数量为2个，分布于所述波导H臂的两侧，用于输出信号。

7.根据权利要求6所述的波导功分多工器，其特征在于，所述功分网络为N级功分网络，第一级功分网络至第N-1级功分网络中每一级包括2^N-1个四分支波导接头，第N级包括2^N-1个四分支波导接头，N≥2的整数；其中，

所述第一级功分网络的四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接第二级功分网络的两个四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，第N-1级功分网络的四分支波导接头的其中一个分支波导作为信号输出端分别连接通道滤波器，其他的分支波导作为信号输出端分别连接第N级功分网络的四分支波导接头作为信号输入端的波导H臂，所述第N级功分网络的每个四分支波导接头的两个分支波导作为信号输出端分别连接每个通道滤波器的信号输入端。

8.根据权利要求1所述的波导功分多工器，其特征在于，所述多个通道滤波器分别具有不同的频带。

9.根据权利要求1所述的波导功分多工器，其特征在于，每个通道滤波器具有多个阶数，用于带外抑制。

10.根据权利要求1所述的波导功分多工器，其特征在于，每个通道滤波器的谐振腔采用TE102模式。

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