CN220456628U - 一种x波段全带宽e面波导功分合成网络 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，属于雷达技术领域。通过采用多级阶梯过渡和设置金属膜片的方法，设计了X波段全带宽E面波导功分合成网络，分口间距只有4mm，同时实现了合口和分口的垂直变换。其特点是低插损、宽带宽、小型化和可扩展。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体是利用矩形波导和金属膜片设计波导功分合成网络，实现X波段波导功分合成网络的小型化和大带宽。
背景技术
在微波毫米波系统中，由于固态功率器件的输出功率有限，为了实现更大的功率输出，必须采用功率合成技术。矩形波导由于其独特的优势，包括损耗低、Q值高、功率容量大、屏蔽性好等优点，在雷达制导、卫星通信、电子战和遥感等现代微波毫米波系统中得到了广泛应用。波导T型结功分合成网络可以设计成不同的结构形式以满足不同无线通信系统的特定需求。例如，对于输出信号相位相同的微波毫米波功率放大模块，H面T型结功分合成网络很有吸引力，而当输出信号相位相反时，E面T型结功分合成网络则是首选，而且E面合成形式相对于H面合成带宽更宽。波导T型结功分合成网络在功率合成技术中发挥了重要作用，最近宽带无线通信的迅猛发展推动了对高频和宽带波导T型结功分合成网络的巨大需求。
现阶段，市场对产品体积和重量的要求越来越严格，特别是在竞标常态化背景条件下，重量和体积往往是决定胜出的关键因素，传统的波导T型结功分合成网络由于尺寸较大，其应用受到很大的限制。因此，基于波导功分合成网络的小型化和大带宽研究具有巨大的市场需求和重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
基于波导合成网络的小型化和大带宽问题，本发明提供一种覆盖整个X波段，而且能够一体化加工的E面波导功分合成网络。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，包括三个矩形波导，一个矩形波导作为合口，位于最上端；两外矩形波导两个对称位于合口波导的两侧，作为分口；其特征在于合口波导窄边中心位置安置金属膜片，通过优化金属膜片的尺寸和位置，保证金属膜片中心与合口波导窄边中线重合，从而实现合口与分口之间的良好匹配；合口向分口过渡采用多级阶梯优化设计。
本发明进一步的技术方案：所述矩形波导为E面T型结结构。
本发明进一步的技术方案：所述矩形波导为标准波导口，宽边a和窄边b的尺寸：a×b＝22.84mm×10.16mm。
本发明进一步的技术方案：所述金属膜片的尺寸为16mm×11.7mm×1mm。
本发明进一步的技术方案：所述多级阶梯优化设计具体为：宽边a设置了五层阶梯过渡，窄边b设置了三层阶梯过渡。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，结构紧凑，工作频率宽，插入损耗低，驻波小，无需调试，一致性好。
本发明通过优化波导宽边a和窄边b的尺寸，并引入金属膜片，实现小型化X波段全带宽功分合成网络。本发明有以下几个特点：
a)小型化。分口间距仅4mm，大大减小了合成网络的尺寸，整个合成网络尺寸只有49.68mm×35mm×30mm。
b)一致性好。本设计中的金属膜片结构，与其它设计不同，其在整个X波段具有更优的匹配效果，而且直接铣削在波导面上，无需调试，具有良好的一致性，便于批量应用。
c)低插损、高效率。通过优化阶梯过渡和引入金属膜片，整个X波段的插入损耗小于0.15dB，合成效率达到了96.6％以上。
d)易扩展。通过合理设计，能够实现2N扩展，可以满足不同使用条件下的功分合成网络需求。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1本发明中X波段E面波导功分合成网络模型图。
图2本发明中X波段E面波导功分合成网络立体图：(a)外形图；(b)内部结构图。
图3本发明中X波段E面波导功分合成网络三视图：(a)正视图；(b)俯视图；(c)左视图。
图4本发明中X波段E面波导功分合成网络宽边和窄边阶梯过渡。
图5本发明中X波段E面波导功分合成网络标注尺寸的二维图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
发明的波导功分合成网络的基本模型为波导E面T型结结构，利用波导尺寸的变化实现合口与分口之间的阻抗匹配，即通过阶梯渐变结构达到阻抗的渐进性变化的效果，并加入金属膜片改善合口和分口之间的匹配关系，实现宽带的阻抗匹配，保证其在X波段全带宽的工作频带内都具有良好的特性。
根据矩形波导传输理论，其窄边b与宽边a的关系为：a＝2b。这是基于波导的单模传输条件和最大微波功率容量考虑的。宽边a主要影响波导的工作频率范围，窄边b主要影响波导的功率容量，窄边b并不是越小越好，b越小，越容易引起击穿，通过的功率也就越小。本发明就是基于以上理论分析，通过阶梯过渡，同时优化波导宽边a和窄边b的尺寸，实现功分合成网络的小型化、性能好的目的。
本发明的X波段波导功分合成网络的结构中，从合口到分口，均为标准波导尺寸。为了抑制高次模传输，扩展工作带宽，从合口向分口过渡时，采用阶梯渐变优化设计，同时改变矩形波导宽边a和窄边b的尺寸。同时为使合口得到匹配，在E分支的波导窄边中心位置安置金属膜片，保证金属膜片中心与合口波导窄边中心一致，否则会影响分口之间的幅度平衡度。通过优化膜片的尺寸和位置，使等效阻抗发生变化，从而实现合口与分口之间的良好匹配。此膜片高度不能过高，否则会影响到合口的端口驻波，增大损耗，降低合成效率。
如图1，顶部波导口为功分合成网络的合口，左右两侧波导口为分口。从图中可以看出，合口和分口均为标准波导口(a×b＝22.84mm×10.16mm)。合口窄边中心位置安置金属膜片，通过优化膜片的尺寸和位置，保证膜片中心与合口波导窄边中线重合，从而实现合口与分口之间的良好匹配。通过优化仿真，金属膜片的最终尺寸为16mm×11.7mm×1mm。膜片距离合口波导端口8.6mm。通过仿真证实，此膜片高度不能过高，否则会影响到合口的端口驻波，增大损耗，降低合成效率，影响系统指标。为了实现合口和分口的端口阻抗匹配，同时扩展工作带宽，抑制高次模，合口向分口过渡采用多级阶梯优化设计，其中宽边a设计了五层阶梯过渡，窄边b设置了三层阶梯过渡，如图4，具体尺寸如表1。
图4给出了本发明的X波段功分合成网络的三视图，图5给出了平面图和加工尺寸。从图5可以看出两个分口的距离只有4mm，同时实现了合口和分口的正交转换。
样件测试结果表明在X波段(8GHz～12GHz)全频带内，插入损耗小于0.15dB，合成效率大于96.6％。驻波小于1.20。
表1宽边和窄边阶梯过渡建议尺寸单位：mm
| a | a1 | a2 | a3 | a4 | b | b1 | b2 |
| 22.84 | 23.84 | 18.84 | 16.84 | 19.34 | 10.16 | 6.16 | 1.16 |
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，包括三个矩形波导，一个矩形波导作为合口，位于最上端；两外矩形波导两个对称位于合口波导的两侧，作为分口；其特征在于合口波导窄边中心位置安置金属膜片，通过优化金属膜片的尺寸和位置，保证金属膜片中心与合口波导窄边中线重合，从而实现合口与分口之间的良好匹配；合口向分口过渡采用多级阶梯优化设计。
2.根据权利要求1所述的一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，其特征在于所述矩形波导为E面T型结结构。
3.根据权利要求2所述的一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，其特征在于所述矩形波导为标准波导口，宽边a和窄边b的尺寸：a×b＝22.84mm×10.16mm。
4.根据权利要求1所述的一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，其特征在于所述金属膜片的尺寸为16mm×11.7mm×1mm。
5.根据权利要求1所述的一种X波段全带宽E面波导功分合成网络，其特征在于所述多级阶梯优化设计具体为：宽边a设置了五层阶梯过渡，窄边b设置了三层阶梯过渡。
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