專利名稱：H面三分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功分器。具體地說，是涉及一種加載有多根柱狀體的寬帶三路功分器，即H面三分器。
背景技術(shù)：
功分器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的一種通用原件。波導(dǎo)功分器由于其功率容量高、插入損耗低等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。二路波導(dǎo)功分器既可以單獨(dú)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。已有的二路波導(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(gè)輸出端之間隔離度低，任意一個(gè)輸出端口的失配都會(huì)嚴(yán)重影響功率分配的幅度和相位精度。波導(dǎo)魔T的輸出端口之間有很好的隔離，但其四個(gè)波導(dǎo)的軸線方向分別指向三個(gè)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(gè)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(diǎn)。已經(jīng)報(bào)道的H-面波導(dǎo)裂縫電橋的相對(duì)工作帶寬小于 25%。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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，提供了一種在一個(gè)平面上即可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏斍覍拵Ъ?jí)數(shù)高的H面三分器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:H面三分器，包括耦合腔，還包括與耦合腔連通的輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、輸出端口 A與輸出端口 B、輸出端口 C ;所述輸入端口位于耦合腔的前端面，輸出端口 A位于耦合腔的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對(duì)立的兩個(gè)對(duì)立面，隔離端口 B和隔離端口 C分別位于輸入端口的兩側(cè)，輸出端口 B、輸出端口 C分別位于輸出端口 A兩側(cè)；耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端口的前后向軸線方向排布成至少2行、且柱狀體沿與輸入端口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。本實(shí)用新型以6個(gè)端口作為輸入、輸出、隔離的端口用，其中具備I個(gè)輸入，3個(gè)輸出，2個(gè)隔離。以耦合腔和柱狀體構(gòu)成耦合組件，在耦合腔內(nèi)形成耦合作用，最后實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏斍覍拵Ъ?jí)數(shù)高的H面三分器。同時(shí)本實(shí)用新型中的耦合腔內(nèi)部還增設(shè)有隔離板，將耦合腔劃分為至少2個(gè)耦合部件，這樣條件隔離板的位置實(shí)現(xiàn)三路功分器的輸出，因此需要隔離板與耦合腔的上內(nèi)壁和下內(nèi)壁連接。一般的，優(yōu)先將隔離板放置在耦合腔的正中，即隔離板的前后向軸線與耦合腔的前后向軸線重合。當(dāng)然，根據(jù)設(shè)計(jì)的需求可適當(dāng)?shù)臈l件隔離板的大小和位置。所述相鄰兩行柱狀體沿輸入端口的前后向的軸線方向平行，且相鄰柱狀體在俯視方向存在高度差或?qū)挾炔睢Ｔ谕?柱狀體中，相鄰柱狀體在與前后向軸線垂直的方向存在寬度差或高度差。所述耦合腔的左側(cè)面或\和右側(cè)面均設(shè)置有至少I個(gè)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。所述耦合腔中設(shè)置有I個(gè)或多個(gè)隔離板，且隔離板與耦合腔的上內(nèi)壁和下內(nèi)壁連接。為了改善輸入輸出端與耦合腔之間的匹配，輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、輸出端口 A、輸出端口 B、輸出端口 C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)一步展寬器件的工作頻帶，輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、輸出端口 A、輸出端口 B、輸出端口 C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。進(jìn)一步的，為了便于加工和裝配，降低加工要求，輸入端口的上表面、隔離端口 B的上表面、隔離端口 C的上表面、輸出端口 A的上表面、輸出端口 B的上表面、輸出端口 C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(gè)平面內(nèi)。進(jìn)一步的，為了調(diào)節(jié)耦合效果，沿輸入端口的前后向軸線方向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，本實(shí)用新型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(qiáng)帶寬性的柱狀體。進(jìn)一步的，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)一步的，為了·便于加工和裝配，降低加工要求，耦合腔、輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、輸出端口 A、輸出端口 B、輸出端口 C均為矩形體。為了展寬器件的工作帶寬、以及增強(qiáng)其耦合效果使得功分器達(dá)到6dB功分器的效果，耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端口的前后向軸線方向排布成至少2行、且柱狀體沿與輸入端口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口的軸線方向有至少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I禹合腔內(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。本實(shí)用新型的最大特點(diǎn)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(hào)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。另外本實(shí)用新型的三路功分器是一個(gè)簡單的平面結(jié)構(gòu)，有利于加工。本實(shí)用新型在同列柱狀體中，相鄰柱狀體在俯視方向存在高度差。在同列柱狀體中，相鄰柱狀體在與前后向軸線垂直的方向存在寬度差。這樣設(shè)置以在耦合腔內(nèi)形成凹凸不平的耦合面，以達(dá)到增強(qiáng)耦合的目的，最終得到功率平分的效果。同時(shí)，本實(shí)用新型采用獨(dú)立排布的柱狀體，雖然他們之間存在接觸，但是實(shí)際上其每一個(gè)柱狀體均是用于調(diào)節(jié)耦合。另外相比于整體設(shè)計(jì)成一個(gè)結(jié)構(gòu)的柱狀體，采用獨(dú)立排布的柱狀體可以使其耦合性能明顯提高。其原因在于，多個(gè)耦合用的柱狀體改變了耦合腔內(nèi)均勻的場分布。使得在某些位置場處于加強(qiáng)狀態(tài)，某些位置處于減弱狀態(tài)，因此，可以達(dá)到-4.77dB功分的效果。相鄰2列柱狀體之間形成一個(gè)相對(duì)于耦合孔的結(jié)構(gòu)，該耦合孔內(nèi)表面，即相鄰2列耦合孔之間的相對(duì)面，處于凹凸?fàn)顟B(tài)。這樣也是為了改變耦合腔內(nèi)的場分布而設(shè)計(jì)的。本實(shí)用新型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，具體是指輸入端口、輸出端、耦合端、隔離端，矩形的輸入端口在矩形的耦合腔中主要激勵(lì)起兩個(gè)波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個(gè)模式的波都將沿輸入端口前后向軸線方向傳播。由于該兩個(gè)模式的波導(dǎo)波長不同，在耦合腔的另一端，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(gè)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(gè)工作模式耦合出來的功率之和滿足一定設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使隔離端分別從兩個(gè)工作模式耦合出來的功率相位相差為180度，相互抵消。這時(shí)，基本上所有能量都從輸出端口輸出，而不從輸入端口反射，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口的軸線可以適當(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(jí)或多級(jí)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軸線。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:在一個(gè)平面上即可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏敗拵Ъ?jí)數(shù)高，本實(shí)用新型的H面三分器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點(diǎn)。本實(shí)用新型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。

圖1為實(shí)施實(shí)例I (去除蓋板后)的俯視圖。圖2為實(shí)施實(shí)例2 (去除蓋板后)的俯視圖。圖3為實(shí)施實(shí)例3 (去除蓋板后)的俯視圖。圖中的標(biāo)號(hào)分 別表示為:1、輸入端口:2、輸出端口 A ;3、輸出端口 B ;4、隔離端口B ;5、輸出端口 C ;6、隔離端口 C ;7、耦合腔；8、金屬脊；9、加載導(dǎo)體脊；10、柱狀體；11、匹配波導(dǎo)；12、隔離板。圖中丨箭頭表示前方向，丨箭頭表示后方向，一箭頭表示左方向，一箭頭表示右方向。前后向軸線指由前方向指向后方向的軸直線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施實(shí)例I如圖1所示，H面三分器，包括耦合腔7，與耦合腔7連通的輸入輸出端，即與耦合腔7連通的輸入端口 1、輸出端口 B3、輸出端口 C5、輸出端口 A2、隔離端口 B4、隔離端口 C6。輸入端口 I和隔離端口 B4、隔離端口 C6位于耦合腔7的前端面，輸出端口 A2位于耦合腔7的后端面，前端面和后端面為耦合腔7互相對(duì)立的兩個(gè)對(duì)立面，隔離端口 B4和隔離端口 C6分別位于輸入端口 I的兩側(cè)，輸出端口 B3、輸出端口 C5分別位于輸出端口 A2兩側(cè)；耦合腔7中設(shè)置有17根柱狀體10，柱狀體10沿輸入端口 I的前后向軸線方向排布成7行、且柱狀體10沿與輸入端口 I的前后向軸線垂直的方向排布成3列；所述柱狀體10與耦合腔7的上內(nèi)壁或下內(nèi)壁連接。所述耦合腔7的寬度沿輸入端口 I的軸線方向有4次變化。具體的變化為耦合腔7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7外。在同列柱狀體10中，相鄰柱狀體10在俯視方向存在高度差。在同列柱狀體10中，相鄰柱狀體10在與前后向軸線垂直的方向存在寬度差。輸入端口 1、輸出端口 B3、輸出端口 C5、輸出端口 A2、隔離端口 B4、隔離端口 C6均通過一段匹配波導(dǎo)11與耦合腔7連接。匹配波導(dǎo)11內(nèi)設(shè)置有與匹配波導(dǎo)11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。輸入端口 1、輸出端口 B3、輸出端口C5、輸出端口 A2、隔離端口 B4、隔離端口 C6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9。輸入端口 I的上表面、輸出端口 B3的上表面、輸出端口 C5的上表面、輸出端口 A2的上表面、隔離端口 B4的上表面、隔離端口 C6的上表面、耦合腔7的上表面、匹配波導(dǎo)11的上表面均位于同一個(gè)平面內(nèi)。沿輸入端口 I的前后向軸線方向相鄰的柱狀體10之間存在零間隙。在本實(shí)施例中柱狀體10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(shí)柱狀體10還可以為介質(zhì)柱。柱狀體10在俯視方向上的橫截面為矩形。耦合腔7、輸入端口 1、輸出端口 B3、輸出端口 C5、輸出端口 A2、隔離端口 B4、隔離端口 C6均為矩形體。矩形的輸入端口 I在矩形的耦合腔7中主要激勵(lì)起兩個(gè)波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個(gè)模式的波都將沿輸入端口 I前后向軸線方向傳播。由于該兩個(gè)模式的波導(dǎo)波長不同，在耦合腔7的另一端，輸出端口 A2、輸出端口 B3、輸出端口 C5處從耦合腔7中耦合出來的功率是分別從兩個(gè)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7的寬度和長度，以及各輸入輸出端的尺寸和位置，可以使輸出端口 A2、輸出端口 B3、輸出端口 C5分別從兩個(gè)工作模式耦合出來的功率之和滿足一定設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使隔離端口 B4、隔離端口 C6分別從兩個(gè)工作模式耦合出來的功率相位相差為180度，相互抵消。這時(shí)，基本上所有能量都從輸出端口 A2、輸出端口 B3、輸出端口 C5輸出，而不從輸入端口 I反射 ，也不從隔離端口 B4、隔離端口 C6輸出。為了進(jìn)一步拓寬器件的工作帶寬，耦合腔7的形狀，特別是寬度沿輸入端口的軸線可以適當(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(jí)或多級(jí)脊波導(dǎo)匹配波導(dǎo)。實(shí)施實(shí)例2如圖2所示，與實(shí)施實(shí)例I的區(qū)別僅在于，在耦合腔7內(nèi)有一個(gè)貫穿耦合腔7的上內(nèi)壁和下內(nèi)壁的隔離板12。并且耦合腔7內(nèi)有16根柱狀體10。實(shí)施實(shí)例3如圖3所示，與實(shí)施實(shí)例I的區(qū)別僅在于，在耦合腔7內(nèi)有14根橫截面為圓形的柱狀體10。并且耦合腔7內(nèi)有16根金屬柱狀體10和一根橫截面為矩形的柱狀體10。相鄰的柱狀體10之間存在間隙。上述僅為舉例。實(shí)際生產(chǎn)中，耦合腔7的側(cè)面既可以為一根或多根直線段，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10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.H面三分器，包括耦合腔(7)，其特征在于:還包括與耦合腔(7)連通的輸入端口(I)、隔離端口 B (4)、隔離端口 C (6)、輸出端口 A (2)與輸出端口 B (3)、輸出端口 C (5);所述輸入端口(I)位于耦合腔(7)的前端面，輸出端口 A (2)位于耦合腔(7)的后端面，前端面和后端面為耦合腔(7)互相對(duì)立的兩個(gè)對(duì)立面，隔離端口 B (4)和隔離端口 C (6)分別位于輸入端口(I)的兩側(cè)，輸出端口 B (3)、輸出端口 C (5)分別位于輸出端口 A (2)兩側(cè)；耦合腔(7)中設(shè)置有柱狀體(10)，柱狀體(10)沿輸入端口(I)的前后向軸線方向排布成至少2行、且柱狀體(10)沿與輸入端口(I)的前后向軸線垂直的方向排布成至少2列；所述柱狀體(10)與耦合腔(7)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H面三分器，其特征在于:相鄰兩行柱狀體(10)沿輸入端口(I)的前后向的軸線方向平行，且相鄰柱狀體(10)在俯視方向存在高度差或?qū)挾炔睿辉谕兄鶢铙w(10)中，相鄰柱狀體在與前后向軸線垂直的方向存在寬度差或高度差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H面三分器，其特征在于:所述耦合腔(7)的左側(cè)面或\和右側(cè)面均設(shè)置有至少I個(gè)金屬凸起，金屬凸起的凸起方向指向耦合腔(7)內(nèi)或者耦合腔(7)外。
4.根據(jù)權(quán)利要I所述的H面三分器，其特征在于:輸入端口(I )、隔離端口 B(4)、隔離端口 C (6)、輸出端口 A (2)、輸出端口 B (3)、輸出端口 C (5)均通過至少一段匹配波導(dǎo)(11)與耦合腔(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的H面三分器，其特征在于，所述匹配波導(dǎo)(11)內(nèi)設(shè)置有與匹配波導(dǎo)(11)內(nèi)底面連接的金屬脊(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H面三分器，其特征在于:輸入端口(I)、隔離端口B (4)、隔離端口 C (6)、輸出端口 A (2)、輸出端口 B (3)、輸出端口 C (5)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(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H面三分器，其特征在于:所述耦合腔(7)中設(shè)置有I個(gè)或多個(gè)隔離板(12)，且隔離板(12)與耦合腔(7)的上內(nèi)壁和下內(nèi)壁連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-5中任意一項(xiàng)所述的H面三分器，其特征在于:輸入端口(I)的上表面、隔離端口 B (4)的上表面、隔離端口 C (6)的上表面、輸出端口 A (2)的上表面、輸出端口 B (3)的上表面、輸出端口 C (5)的上表面、稱合腔(7)的上表面、匹配波導(dǎo)(11)的上表面均位于同一個(gè)平面內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的H面三分器，其特征在于:沿輸入端口(I)的前后向軸線方向相鄰的柱狀體(10)之間存在零間隙，并且柱狀體(10)為金屬柱或者為介質(zhì)柱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的H面三分器，其特征在于:柱狀體(10)在俯視方向的橫截面為圓形或矩形；耦合腔(7)、輸入端口(I)、隔離端口 B (4)、隔離端口 C (6)、輸出端口 A (2)、輸出端口 B (3)、輸出端口 C (5)均為矩形體。
專利摘要本實(shí)用新型公布了H面三分器，包括耦合腔，還包括與耦合腔連通的輸入端口、隔離端口B、隔離端口C、輸出端口A與輸出端口B、輸出端口C；所述輸入端口位于耦合腔的前端面，輸出端口A位于耦合腔的后端面，隔離端口B和隔離端口C分別位于輸入端口的兩側(cè)，輸出端口B、輸出端口C分別位于輸出端口A兩側(cè)；耦合腔中設(shè)置有柱狀體，柱狀體沿輸入端口的前后向軸線方向排布成至少2行、且柱狀體沿與輸入端口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。本實(shí)用新型的功分器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點(diǎn)。本實(shí)用新型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(hào)H01P5/16GK203166058SQ20132010848
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)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 申請(qǐng)人:成都賽納賽德科技有限公司