專利名稱：加載型功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功分器。具體地說，是涉及一種加載有多根柱狀體的寬帶ニ路功分器，即加載型功分器。
背景技術(shù)：
功分器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的ー種通用原件。波導(dǎo)功分器由于其功率容量高、插入損耗低等特點，應(yīng)用十分廣泛。ニ路波導(dǎo)功分器既可以単獨使用，也可以通過串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡(luò)，用于相控陣?yán)走_(dá)、天線陣以及功率合成等領(lǐng)域。已有的ニ路波導(dǎo)功分器主要包括E-面T型分支，H-面T型分支，波導(dǎo)魔T，H-面波導(dǎo)裂縫電橋等。其中前兩種器件由于兩個輸出端之間隔離度低，任意ー個輸出端ロ的失配都會嚴(yán)重影響功率分配的幅度和相位精度。波導(dǎo)魔T的輸出端ロ之間有很好的隔離，但其四個波導(dǎo)的軸線方向分別指向三個互相垂直的方向，構(gòu)成復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，加工難，成本高，而且器件在長寬高三個方向都比較大，不利于器件的小型化。H-面波導(dǎo)裂縫電橋的輸入輸出波導(dǎo)的軸線位于同一平面內(nèi)，但存在帶寬太窄的缺點。已經(jīng)報道的H-面波導(dǎo)裂縫電橋的相對工作帶寬小于 25%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服由于波導(dǎo)跨接、交叉需要立體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而造成交叉處體積增大、加工精度降低等一系列問題，提供了ー種在ー個平面上即可實現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏斍覍拵Ъ墧?shù)高的加載型功分器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:加載型功分器，包括耦合腔，與耦合腔連通的輸入端、輸出端、耦合端、隔離端；輸入端和隔離端位于耦合腔的前端面，耦合端和輸出端位于耦合腔的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對立的兩個端面，隔離端位于輸入端的右側(cè)，耦合 端位于輸出端右側(cè)；耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端的前后向軸線方向排布成至少3行、且柱狀體沿與輸入端的前后向軸線垂直的方向排布成至少2列；所述柱狀體與耦合腔的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。所述耦合腔的左側(cè)面和右側(cè)面均設(shè)置有金屬凸起，金屬凸起的凸起方向指向耦合腔內(nèi)或者耦合腔外。為了改善輸入輸出端與耦合腔之間的匹配，輸入端、輸出端、耦合端、隔離端均通過至少一段匹配波導(dǎo)與耦合腔連接。為了調(diào)節(jié)耦合效果，所述匹配波導(dǎo)內(nèi)設(shè)置有與匹配波導(dǎo)內(nèi)底面連接的金屬脊。為了調(diào)節(jié)耦合效果和進(jìn)ー步展寬器件的工作頻帶，輸入端、輸出端、耦合端、隔離端都為脊波導(dǎo)。脊波導(dǎo)包括矩形波導(dǎo)空腔體、以及設(shè)置在矩形波導(dǎo)空腔體上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁的加載導(dǎo)體脊。為了調(diào)節(jié)耦合效果，所述加載導(dǎo)體脊與金屬脊之間存在零間隙。進(jìn)ー步的，為了便于加工和裝配，降低加工要求，輸入端的上表面、輸出端的上表面、耦合端的上表面、隔離端的上表面、耦合腔的上表面、匹配波導(dǎo)的上表面均位于同一個平面內(nèi)。進(jìn)ー步的，為了調(diào)節(jié)耦合效果，相鄰的柱狀體之間存在零間隙，并且柱狀體為金屬柱或者為介質(zhì)柱。作為替代方案，本發(fā)明中柱狀體還可以為其他在功分器中具備調(diào)節(jié)耦合性和\或增強帶寬性的柱狀體。進(jìn)ー步的，為了便于加工和裝配，降低加工要求，柱狀體在俯視方向上的橫截面為圓形或矩形。進(jìn)ー步的，為了便于加工和裝配，降低加工要求，耦合腔、輸入端、輸出端、耦合端、隔離端均為矩形體。為了展寬器件的工作帶寬、以及增強其耦合效果使得功分器達(dá)到3dB功分器的效果，耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端的前后向軸線方向排布成至少3行、且柱狀體沿與輸入端的前后向軸線垂直的方向排布成至少2列所述柱狀體與耦合腔的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。耦合腔的寬度沿輸入端的軸線方向有至少I次變化。即所述耦合腔的左內(nèi)側(cè)面和右內(nèi)側(cè)面均設(shè)置有金屬凸起，金屬凸起的凸起方向指向耦合腔內(nèi)。金屬凸起為任意變化的，可為矩形柱、圓形柱、或其他異形體。本發(fā)明的最大特點是在耦合腔中設(shè)置了至少6根柱狀體，通過柱狀體調(diào)節(jié)耦合腔中信號的不同模式之間的相速與耦合，使器件的工作帶寬得到大大提高。本發(fā)明的工作原理可以在矩形的耦合腔和矩形的輸入輸出波導(dǎo)的情況下簡述如下:此處所述的輸入輸出波導(dǎo)，即輸入輸出端，具體是指輸入端、輸出端、耦合端、隔離端，矩形的輸入端在矩形的耦合腔中主要激勵起兩個波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個模式的波都將沿輸入端前后向軸線方向傳播。由于該兩個模式的波導(dǎo)波長不同，在率禹合腔的另一端，輸出端和耦合端處從耦合腔中耦合出來的功率是分別從兩個工作模式TElO模式和TE20模式的波中耦合出來的功率和。通過選取耦合腔的寬度和長度，以及各輸入輸出端的尺寸和位置，可以使耦合端分別從兩個工作模式耦合出來的功率之和滿足一定設(shè)計要求，同時使隔離端分別從兩個工作模式耦合出來的功率相位相差為180度，相互抵消。這時，基本上所有能量都從輸出端和耦合端輸出，而不從輸入端反射，也不從隔離端輸出。為了進(jìn)一步拓寬器件的工作帶寬，耦合腔的形狀，特別是寬度沿輸入端的軸線可以適當(dāng)變化，尤其是在耦合腔的底部或頂部增加柱狀體。各輸入輸出端都可以增加一級或多級脊波導(dǎo)匹配波導(dǎo)。上述前后向軸線為由前端面指向后端面的耦合腔軸線。本發(fā)明的優(yōu)點在干:在ー個平面上即可實現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏?、寬帶級?shù)高，本發(fā)明的功分器具有59%以上的相對工作帶寬，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點。本發(fā)明可以廣泛用干天線陣、相控陣?yán)走_(dá)和功率合成、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明(去除蓋板后)的俯視圖。圖2為實施實例I的計算結(jié)果曲線。
圖3為實施實例2 (去除蓋板后)的俯視圖。圖中的標(biāo)號分別表不為:1、輸入端:2、輸出端；3、f禹合端；4、隔尚端；5、f禹合腔；
6、加載導(dǎo)體脊；7、匹配波導(dǎo)；8、金屬脊；9、柱狀體。
具體實施例方式實施實例I
如圖1所示，加載型功分器，包括耦合腔5，與耦合腔5連通的輸入輸出端，即與耦合腔5連通的輸入端1、輸出端2、|禹合端3、隔離端4。輸入端I和隔離端4位于I禹合腔5的前端面，耦合端3和輸出端2位于耦合腔5的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對立的兩個端面。隔離端4位于輸入端I的右側(cè)，耦合端3位于輸出端2右側(cè)。耦合腔5中設(shè)置有柱狀體9，柱狀體9沿輸入端I的前后向軸線方向排布成5行、且柱狀體9沿與輸入端I的前后向軸線垂直的方向排布成3列，共12根矩形柱狀體9，所述柱狀體9與耦合腔5的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。所述耦合腔5的寬度沿輸入端I的軸線方向有2次變化。具體的變化為耦合腔5的左內(nèi)側(cè)面和右內(nèi)側(cè)面均設(shè)置有金屬凸起，金屬凸起的凸起方向指向耦合腔5內(nèi)。輸入端1、輸出端2、耦合端3、隔離端4均通過一段匹配波導(dǎo)7與耦合腔5連接。匹配波導(dǎo)7內(nèi)設(shè)置有與匹配波導(dǎo)7內(nèi)表面連接的金屬脊8，金屬脊8優(yōu)先設(shè)置在匹配波導(dǎo)7的內(nèi)底面。輸入端1、輸出端2、耦合端3、隔離端4都為脊波導(dǎo)，脊波導(dǎo)包括矩形波導(dǎo)空腔體、以及設(shè)置在矩形波導(dǎo)空腔體上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁的加載導(dǎo)體脊6。所述加載導(dǎo)體脊6與金屬脊8之間存在零間隙。輸入端I的上表面、輸出端2的上表面、稱合端3的上表面、隔離端4的上表面、耦合腔5的上表面、匹配波導(dǎo)7的上表面均位于同一個平面內(nèi)。相鄰的柱狀體9之間存在零間隙。在本實施例中柱狀體9選用金屬材料制成的金屬柱作為柱狀體9的優(yōu)選方案。同時柱狀體9還可以為介質(zhì)柱。柱狀體9在俯視方向上的橫截面為矩形。耦合腔5、輸入端1、輸出端2、耦合端3、隔離端4均為矩形體。矩形的輸入端I在矩形的耦合腔5中主要激勵起兩個波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個模式的波都將沿輸入端I前后向軸線方向傳播。由于該兩個模式的波導(dǎo)波長不同，在耦合腔5的另一端，輸出端2和耦合端3處從耦合腔5中耦合出來的功率是分別從兩個工作模式TElO模式和TE20模式的波中耦合出來的功率和。通過選取耦合腔5的寬度和長度，以及各輸入輸出端的尺寸和位置，可以使耦合端3分別從兩個工作模式耦合出來的功率之和滿足一定設(shè)計要求，同時使隔離端4分別從兩個工作模式耦合出來的功率相位相差為180度，相互抵消。這時，基本上所有能量都從輸出端2和耦合端3輸出，而不從輸入端I反射，也不從隔離端4輸出。為了進(jìn)一步拓寬器件的工作帶寬，耦合腔5的形狀，特別是寬度沿輸入端的軸線可以適當(dāng)變化，尤其是在耦合腔5的底部或頂部增加柱狀體9。各輸入輸出端都可以增加ー級或多級脊波導(dǎo)匹配波導(dǎo)7。圖2為實施實例I的加載型功分器的模擬計算曲線。從中可以看出，在6 IlGHz頻率范圍內(nèi)，很好地實現(xiàn)了ー款3dB功分器。圖中Sll表示輸入端I的反射系數(shù)，S21表示輸出端2的傳輸系數(shù)，S31表示耦合端3的耦合系數(shù)，S41表示隔離端4的隔離系數(shù)。由圖中的曲線分布可以看出，該功分器的插損小于0.5dB,波動小于0.5dB。各端ロ反射均低于-15dB，輸出端之間的隔離度優(yōu)于-15dB。該功分器的相對工作帶寬為59%，超過了該波段標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)的41%的全部工作帶寬。實施實例2
如圖3所示，與實施實例I的區(qū)別僅在于，采用12根圓柱形柱狀體代替了 12根矩形柱狀體9。上述僅為舉例。實際生產(chǎn)中，耦合腔5的側(cè)面既可以為ー根或多根直線段，也可以為光滑曲線，構(gòu)成俯視方向的矩形、梯形或其他更復(fù)雜的圖型。柱狀體9可以為矩形、圓形、橢圓形、或其他不規(guī)則形狀。
權(quán)利要求
1.加載型功分器，其特征在于:包括耦合腔(5)，與耦合腔(5)連通的輸入端(I)、輸出端(2)、耦合端(3)、隔離端(4);輸入端(I)和隔離端(4)位于耦合腔(5)的前端面，耦合端(3)和輸出端(2)位于耦合腔(5)的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對立的兩個端面，隔離端(4)位于輸入端(I)的右側(cè)，耦合端(3)位于輸出端(2)右側(cè)；耦合腔(5)中設(shè)置有柱狀體(9)，柱狀體(9)沿輸入端(I)的前后向軸線方向排布成至少3行、且柱狀體(9)沿與輸入端(I)的前后向軸線垂直的方向排布成至少2列；所述柱狀體(9)與耦合腔(5)的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載型功分器，其特征在于:所述耦合腔(5)的左側(cè)面或\和右側(cè)面均設(shè)置有金屬凸起，金屬凸起的凸起方向指向耦合腔(5)內(nèi)或者耦合腔(5)外。
3.根據(jù)權(quán)利要I所述的加載型功分器，其特征在于:輸入端(I)、輸出端(2)、耦合端(3)、隔離端(4)均通過至少一段匹配波導(dǎo)(7)與耦合腔(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加載型功分器，其特征在于，所述匹配波導(dǎo)(7)內(nèi)設(shè)置有與匹配波導(dǎo)(7)內(nèi)底面連接的金屬脊(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載型功分器，其特征在于:輸入端(I)、輸出端(2)、耦合端(3)、隔離端(4)都為脊波導(dǎo)，脊波導(dǎo)包括矩形波導(dǎo)空腔體、以及設(shè)置在矩形波導(dǎo)空腔體上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁的加載導(dǎo)體脊(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加載型功分器，其特征在于:所述加載導(dǎo)體脊(6)與金屬脊(8)之間存在零間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-4中任意一項所述的加載型功分器,其特征在于:輸入端(I)的上表面、輸出端(2)的上表面、耦合端(3)的上表面、隔離端(4)的上表面、耦合腔(5)的上表面、匹配波導(dǎo)(7)的上表面均位于同一個平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的加載型功分器，其特征在于:相鄰的柱狀體(9)之間存在零間隙，并且柱狀體(9)為金屬柱或者為介質(zhì)柱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的加載型功分器，其特征在于:柱狀體(9)在俯視方向的橫截面為圓形或矩形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的加載型功分器，其特征在于:耦合腔(5)、輸入端(I)、輸出端(2)、耦合端(3)、隔離端(4)均為矩形體。
全文摘要
本發(fā)明公布了加載型功分器，包括耦合腔，與耦合腔連通的輸入端、輸出端、耦合端、隔離端；輸入端和隔離端位于耦合腔的前端面，耦合端和輸出端位于耦合腔的后端面，隔離端位于輸入端的右側(cè)，耦合端位于輸出端右側(cè)；耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端的前后向軸線方向排布成至少3行、且柱狀體沿與輸入端的前后向軸線垂直的方向排布成至少2列，所述柱狀體與耦合腔的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。本發(fā)明的功分器具有59%以上的相對工作帶寬，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點。本發(fā)明可以廣泛用于天線陣、相控陣?yán)走_(dá)和功率合成、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。
文檔編號H01P5/16GK103107403SQ20131007605
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者王清源, 譚宜成, 王聰玲 申請人:成都賽納賽德科技有限公司