專利名稱：六端口h面波導不等分功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種功分器，具體地說，是涉及一種等相位H-面波導二路不等分功分器。
背景技術(shù)：
功分器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的一種通用原件。波導功分器由于其功率容量高、插入損耗低等特點，應用十分廣泛。二路波導功分器既可以單獨使用，也可以通過串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡，用于相控陣雷達、天線陣以及功率合成等領(lǐng)域。已有的二路波導功分器主要包括E-面T型分支，H-面T型分支，波導魔T，H-面波導裂縫電橋等。其中前兩種器件由于兩個輸出端之間隔離度低，任意一個輸出端口的失配都會嚴重影響功率分配的幅度和相位精度。波導魔T的輸出端口之間有很好的隔離，而且兩個輸出端口之間的相位相同，但其四個波導的軸線方向分別指向三個互相垂直的方向，成復雜的三維立體結(jié)構(gòu)，加工難，成本高，而且器件在長寬高三個方面都比較大，不利于器件的小型化。特別是波導魔T不適合作為單元串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡。H-面波導裂縫電橋的輸入輸出波導的軸線位于同一平面內(nèi)，由此可以串接構(gòu)成所有波導軸線位于同一平面的多路功分網(wǎng)絡。這種功分網(wǎng)絡可以分為底座和蓋板，分別利用傳統(tǒng)的數(shù)控銑切技術(shù)一次性方便地加工，加工精度大大提高，加工成本大大降低。但是，已有的H-面波導裂縫電橋的兩個輸出端口之間存在固有的90度相位差。在要求同相位輸出的情況下，特別是在串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡時，需要對各級功分器輸出端口的相位之間進行寬帶補償。特別是在多路功分網(wǎng)絡小型化設(shè)計時，相位補償電路會使器件體積和設(shè)計難度大大提高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種相位幅度偏差在可允許的范圍內(nèi)的六端口 H面波導不等分功率分配器。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:六端口 H面波導不等分功率分配器，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、隔離端口 A與輸出端口 A、輸出端口 B ;所述輸入端口位于耦合腔的前端面，隔離端口 A位于耦合腔的后端面，前端面和后端面均為耦合腔互相對立的兩個對立面，隔離端口 B和隔離端口C分別位于輸入端口的左右兩側(cè)，輸出端口 A、輸出端口 B分別位于隔離端口 A左右兩側(cè)；耦合腔上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁設(shè)置有至少2個調(diào)節(jié)耦合用的耦合體，所有結(jié)構(gòu)，包括耦合腔、輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、隔離端口 A、輸出端口 A、輸出端口 B和耦合體中至少有一個位于輸入端口的法線的左邊部分和右邊部分至少在一個方向上的尺寸大小相差超過10% ;上內(nèi)壁和下內(nèi)壁均為耦合腔互相對立的兩個對立面。具體時，位于耦合腔前后向軸線左側(cè)的耦合體與位于耦合腔前后向軸線右側(cè)的耦合體的大小不一致；上內(nèi)壁和下內(nèi)壁均為耦合腔互相對立的兩個對立面。大小不一致，即位于耦合腔前后向軸 線左側(cè)的耦合體的大小大于或小于位于耦合腔前后向軸線右側(cè)的耦合體。為調(diào)節(jié)兩輸出端口的能量輸出值，即為了得到不等分的能量值的輸出，因此本實用新型將位于耦合腔前后向軸線左側(cè)的耦合體與位于耦合腔前后向軸線右側(cè)的耦合體的大小不一致；這樣位于耦合腔前后向軸線左側(cè)的耦合體和位于耦合腔前后向軸線右側(cè)的耦合體造成的磁場強度不一致，使得能量耦合時發(fā)生不同的耦合效果，以得到不等分的能量值，例如:位于耦合腔前后向軸線左側(cè)的耦合體的體積大于位于耦合腔前后向軸線右側(cè)的耦合體的體積。在所述耦合腔的左內(nèi)壁設(shè)置有左凹槽B，且左凹槽B的開口方向指向耦合腔內(nèi)部；在所述耦合腔的右內(nèi)壁設(shè)置有右凹槽C，且右凹槽C的開口方向指向耦合腔內(nèi)部。耦合體為凹槽A或金屬凸臺；所述凹槽A的開口方向指向耦合腔內(nèi)部，所述金屬凸臺的凸起方向指向I禹合腔內(nèi)部。所述左凹槽B與右凹槽C相對于耦合腔左右對稱排布。上內(nèi)壁和下內(nèi)壁均為耦合腔互相對立的兩個對立面；耦合體為凹槽或金屬凸臺；所述凹槽的開口方向指向I禹合腔內(nèi)部，所述金屬凸臺的凸起方向指向I禹合腔內(nèi)部。凹槽A或金屬凸臺排布在耦合腔內(nèi)輸入端口的法線的左右的兩側(cè)。為進一步的調(diào)節(jié)兩輸出端口的耦合量不同的輸出，凹槽A或金屬凸臺非對稱的分布在輸入端口的前后向軸線的兩側(cè)。所述輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、隔離端口 A、輸出端口 A、輸出端口 B均為矩形波導或脊波導或帶線或同軸結(jié)構(gòu)。一般的，輸入端口的橫截面、隔離端口 B的橫截面、隔離端口 C的橫截面、隔離端口 A的橫截面、輸出端口 A的橫截面、輸出端口 B的橫截面優(yōu)先設(shè)置為矩形。輸入端口和隔離端口 A為左右對稱形狀，所述輸入端口的前后向軸線與隔離端口A的前后向軸線重合。輸入端口、隔離端 口 B、隔離端口 C、隔離端口 A與輸出端口 A、輸出端口 B上均設(shè)置有過渡段。所述輸入端口的上表面、隔離端口 B的上表面、隔離端口 C的上表面以及隔離端口A的上表面、輸出端口 A的上表面、輸出端口 B的上表面均與I禹合腔的上表面位于同一個平面內(nèi)。為了方便設(shè)計計算，耦合腔以矩形體結(jié)構(gòu)為佳，輸入端口的橫截面、隔離端口 B的橫截面、隔離端口 C的橫截面、隔離端口 A的橫截面、輸出端口 A的橫截面、輸出端口 B的橫截面均以矩形為佳。對于給定的設(shè)計指標，包括反射系數(shù)，隔離度，總插入損耗等，為了獲得更寬的工作帶寬，耦合腔的寬度沿輸入端口的前后向軸線可以按照一定規(guī)律變化，即在所述耦合腔的左內(nèi)壁設(shè)置有左凹槽B，且左凹槽B的開口方向指向耦合腔內(nèi)部；在所述耦合腔的右內(nèi)壁設(shè)置有右凹槽C，且右凹槽C的開口方向指向耦合腔內(nèi)部；所述左凹槽B與右凹槽C相對于耦合腔進行對稱排布。這樣設(shè)置可獲得更寬的工作帶寬。為了進一步展寬該六端口 H面波導不等分功率分配器的工作帶寬，耦合腔內(nèi)部設(shè)置有一個或多個凹槽A或金屬凸臺，而且所有的凹槽A和金屬凸臺分布在以輸入端口的前后向軸線的兩側(cè)。為了改善該六端口 H面波導不等分功率分配器的各端口的匹配，輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C、隔離端口 A與輸出端口 A、輸出端口 B上均設(shè)置有過渡段。過渡段的寬度為變化的、也可以為寬度固定不變的。為了便于采用普通的銑切加工，所有結(jié)構(gòu)，包括耦合腔以及所述輸入輸出端口的上表面位于同一個平面內(nèi)，即所述輸入端口的上表面、隔離端口 B的上表面、隔離端口 C的上表面以及隔離端口 A的上表面、輸出端口 A的上表面、輸出端口 B的上表面均與耦合腔的上表面位于同一個平面內(nèi)。本實用新型的最大特點是:兩個輸出端之間的耦合量不同，可根據(jù)工程實際需求調(diào)節(jié)兩端口之間耦合的能量值；兩個輸出端之間的相位差遠遠小于普遍采用的H-面波導裂縫電橋的相位差，即輸出端口 A、輸出端口 B之間的相位差遠遠小于普遍采用的H-面波導裂縫電橋的相位差。由于H-面波導裂縫電橋的兩個輸出端口與輸入端之間位置上的明顯差異，其兩個輸出端的相位差在整個工作頻帶內(nèi)都在90度左右。在波導功分器中，我們常常需要功分器的兩個輸出端之間相位差在整個工作頻帶內(nèi)小于一定值，比如3度或5度。為了滿足這個等相位要求，最常用的方法是在H-面波導裂縫電橋的兩個輸出端連接波導相位補償電路。該補償電路存在工作帶寬窄和增大功分器體積的問題。特別是在采用多級H-面波導裂縫電橋構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡時，上述問題更加嚴重。本實用新型的功分器，使輸入端相對的端口變成隔離端，使輸入端口相對的端口變成隔離端口 A，輸出端口 A、輸出端口 B相對于輸入端口對稱性好。特別是當我們將整個功分器設(shè)計成相對于輸入端口前后向軸線左右完全對稱的結(jié)構(gòu)時，輸出端口 A、輸出端口 B的功率和相位完全相同，但由于調(diào)節(jié)兩輸出端口的耦合量，耦合區(qū)域內(nèi)的耦合體以耦合區(qū)域前后向軸線為界，位于前后向軸線左側(cè) 的耦合體與位于前后向軸線右側(cè)的耦合體構(gòu)成非對稱的兩個耦合體，即只要滿足耦合體的大小不一致即可，從而會導致兩輸出端口存在一定的相位差。但這個差值比較小，在5度左右。這在功分器中是可接受的。因此，本實用新型提供的六端口H面波導不等分功率分配器的輸出端口 A、輸出端口 B的耦合量可以為任意不比值，相位差也在可接受的范圍內(nèi)，輸出端口 A、輸出端口 B之間具有15dB甚至20dB以的良好隔離，可以作為單個功分器使用，特別是可以串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡使用。器件在性能、工作帶寬和體積方面具有明顯優(yōu)勢。本實用新型的工作原理可以在對稱型矩形耦合腔和矩形輸入輸出波導的情況下簡述如下。橫切面為矩形的輸入端口在矩形體結(jié)構(gòu)的耦合腔中主要激勵起兩個波導工作模式，即TElO模式和TE30模式。該兩個模式的波都將沿輸入波導軸線方向傳播。由于該兩個模式的波導波長不同，在耦合腔的另一端，輸出端口 A和輸出端口 B以及隔離端口 A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TE30模式的波中耦合出來的功率的和。通過選取耦合腔的寬度和長度，以及輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C以及隔離端口 A、輸出端口 A、輸出端口 B的尺寸和位置，可以使隔離端口 A分別從兩個工作模式耦合出來的功率相位相差180度，相互抵消，同時使輸出端口 A和輸出端口 B分別從兩個工作模式耦合出來的功率相位相差O度或360度的整數(shù)倍，相互疊加。這時，基本上所有能量都從輸出端口 A和輸出端口 B耦合輸出，而不從隔離端口 A輸出。通過改變輸出端口 A和輸出端口 B的大小、位置以及耦合體的位置與形狀可以調(diào)節(jié)輛輸出端口的耦合量。由于輸入端口激勵的兩個工作模式TElO模式和TE30在隔離端口 B、隔離端口 C處自然滿足反相相消，從隔離端口 B、隔離端口 C耦合出來的功率都很小，從而使隔離端口 B、隔離端口 C作為隔離端使用。為了進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前后向軸線可以適當變化，還可以在耦合腔內(nèi)增加凹槽A或金屬凸臺(金屬柱)。各輸入輸出端都可以增加一級或多級匹配段。耦合腔和輸入端口、隔離端口 B、隔離端口 C以及隔離端口 A、輸出端口 A、輸出端口 B的形狀為其它變形時，該六端口 H面波導不等分功率分配器的工作原理也可以根據(jù)以上內(nèi)容加以闡述和理解。本實用新型的兩個輸出端口的輸出功率可以進行不等分功率分配，其相位差也在功率分配器件可以接受的范圍內(nèi)，特別適合串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡。本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點。本實用新型可以廣泛用于天線陣、相控陣雷達和功率合成、導彈制導、通信等軍事及民用領(lǐng)域。

圖1為本實用新型的俯視圖。圖2為實施實例I的俯視圖。圖3為實施實例I的計算結(jié)果曲線。圖4為實施實例2的俯視圖。附圖中標號對應名稱:1-輸入端口 ；2-隔離端口 A ;4-隔離端口 B，6-隔離端口 C，3-輸出端口 A，5-輸出端口 B，7-耦合腔，8-凹槽A，9-金屬凸臺，10-過渡段，91-左凹槽B ；92-右凹槽C。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。
具體實施方式
實施實例1[0030]如圖2所示，一只六端口 H面波導不等分功率分配器，包括耦合腔7，與耦合腔7連通的輸入端口 1、隔離端口 B4、隔離端口 C6、隔離端口 A2與輸出端口 A3、輸出端口 B5，所述輸入端口 I位于耦合腔7的前端面，隔離端口 A2位于耦合腔7的后端面，前端面和后端面均為耦合腔7互相對立的兩個對立面，隔離端口 B4和隔離端口 C 6分別位于輸入端口 I的左右兩側(cè)，輸出端口 A3、輸出端口 B5分別位于隔離端口 A2左右兩側(cè)。輸入端口 1、隔離端口 B4、隔離端口 C6、隔離端口 A2與輸出端口 A3、輸出端口 B5上均設(shè)置有過渡段10。耦合腔7上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁設(shè)置有至少2個調(diào)節(jié)耦合用的耦合體，位于耦合腔7前后向軸線左側(cè)的耦合體與位于耦合腔7前后向軸線右側(cè)的耦合體的大小不一致；上內(nèi)壁和下內(nèi)壁均為耦合腔7互相對立的兩個對立面。為調(diào)節(jié)兩輸出端口的能量輸出值，即為了得到不等分的能量值的輸出，因此本實用新型將位于耦合腔7前后向軸線左側(cè)的耦合體與位于耦合腔7前后向軸線右側(cè)的耦合體的大小不一致；這樣位于耦合腔7前后向軸線左側(cè)的耦合體和位于耦合腔7前后向軸線右側(cè)的耦合體造成的磁場強度不一致，使得能量耦合時發(fā)生不同的耦合效果，以得到不等分的能量值，例如:位于耦合腔7前后向軸線左側(cè)的耦合體的體積大于位于耦合腔7前后向軸線右側(cè)的耦合體的體積。該六端口 H面波導不等分功率分配器相對于輸入端口 I的前后向軸線為左右不對稱結(jié)構(gòu)。[0032]耦合腔7的基本形狀為矩形體結(jié)構(gòu)，輸入端口 I的橫截面、隔離端口 B4的橫截面、隔離端口 C6的橫截面、隔離端口 A2的橫截面、輸出端口 A3的橫截面、輸出端口 B5。耦合腔7的寬度沿輸入端I的軸線共有2次變化。即在所述耦合左內(nèi)壁設(shè)置有左凹槽B91，且左凹槽B91的開口方向指向耦合腔7內(nèi)部；在所述耦合腔7的右內(nèi)壁設(shè)置有右凹槽C92，且右凹槽C92的開口方向指向耦合腔7內(nèi)部。所述左凹槽B91與右凹槽C92相對于耦合腔7進行對稱排布。耦合腔7下內(nèi)壁設(shè)置有四個凹槽AS，而且四個凹槽AS分布在輸入端口 I的前后向軸線的兩側(cè)。該六端口 H面波導不等分功率分配器的所有結(jié)構(gòu)的上表面位于同一個平面內(nèi)，SP所述輸入端口 I的上表面、隔離端口 B4的上表面、隔離端口 C6的上表面以及隔離端口 A2的上表面、輸出端口 A3的上表面、輸出端口 B5的上表面均與I禹合腔7的上表面位于同一個平面內(nèi)。如圖3所示，其中圖3中的Sll表示輸入端口 I的反射系數(shù)，S21表示輸入端口 I至隔離端口 A2的傳輸系數(shù)，S31表不為輸入端口 I至輸出端口 A3的傳輸系數(shù)，S41表不為輸入端口 I至隔離端口 B4的傳輸系數(shù)，S53表示輸出端口 B5和輸出端口 A3的隔離系數(shù)。根據(jù)實施實例I的結(jié)構(gòu)計算得到的該六端口 H面波導不等分功率分配器的S參數(shù)從中可以看出，在8.7到9.7GHz的工作帶寬內(nèi)，輸入端口 I的反射，隔離端口 A2和隔離端口 B4的S參數(shù)都低于-20dB。輸出端口 A3和輸出端口 B5之間的隔離高于20dB。而輸出端口 A3的S參數(shù)高于-1.8dB,輸出端口 A3的S參數(shù)高于一4.8dB。因此，該實施實例提供了一只相對工作帶寬11%，插損低于0.5dB，隔離好于20dB的波導不等分功分器。其性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的功分器。實施實例2如圖4.與實施實例I的區(qū)別僅在于，采用兩根金屬凸臺9代替了兩個凹槽8。上述僅為舉例。實際生產(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、梯形或其他更復雜的圖型。各輸入輸出端口既可以為簡單的矩形波導，也可以軸線彎曲的各種形狀的其他形狀?；谏鲜?結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.六端口H面波導不等分功率分配器，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)、隔離端口 A (2)與輸出端口 A(3)、輸出端口 B (5);所述輸入端口(I)位于耦合腔(7)的前端面，隔離端口 A (2)位于耦合腔(7)的后端面，前端面和后端面為耦合腔(7)互相對立的兩個對立面，隔離端口 B (4)和隔離端口 C (6)分別位于輸入端口(I)的左右兩側(cè)，輸出端口 A (3)、輸出端口 B (5)分別位于隔離端口 A (2)左右兩側(cè)；耦合腔(7)上內(nèi)壁或\和下內(nèi)壁設(shè)置有至少2個調(diào)節(jié)耦合用的耦合體；所有結(jié)構(gòu)，包括耦合腔(7)、輸入端口(I)、隔離端口 B (4)、隔離端口 C (6)、隔離端口 A (2)、輸出端口 A (3)、輸出端口 B (5)和耦合體中至少有一個位于輸入端口(I)的法線的左邊部分和右邊部分至少在一個方向上的尺寸大小相差超過10% ;上內(nèi)壁和下內(nèi)壁均為耦合腔(7)互相對立的兩個對立面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，在所述耦合腔(7)的左內(nèi)壁設(shè)置有左凹槽B (91)，且左凹槽B (91)的開口方向指向耦合腔(7)內(nèi)部；在所述耦合腔(7)的右內(nèi)壁設(shè)置有右凹槽C (92)，且右凹槽C (92)的開口方向指向耦合腔(7)內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，耦合體為凹槽A (8)或金屬凸臺(9);所述凹槽A (8)的開口方向指向耦合腔(7)內(nèi)部，所述金屬凸臺(9)的凸起方向指向耦合腔(7)內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，凹槽A (8)或金屬凸臺(9)排布在耦合腔(7)內(nèi)輸入端口(I)的法線的左右的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，所述輸入端口(I)、隔離端口 B (4)、隔離端口 C (6)、隔離端口 A (2)、輸出端口 A (3)、輸出端口 B (5)均為矩形波導或脊波導或帶線或同軸結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，輸入端口( I)和隔離端口 A (2)為左右對稱形狀，所述輸入端口( I)的前后向軸線與隔離端口 A (2)的前后向軸線重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，輸入端口(I)、隔離端口 B (4)、隔離端口 C (6)、隔離端口 A (2)與輸出端口 A (3)、輸出端口 B (5)上均設(shè)置有過渡段(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的六端口H面波導不等分功率分配器，其特征在于，所述輸入端口(I)的上表面、隔離端口 B (4)的上表面、隔離端口 C (6)的上表面以及隔離端口 A (2)的上表面、輸出端口 A (3)的上表面、輸出端口 B (5)的上表面均與耦合腔 (7)的上表面位于同一個平面內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種六端口H面波導不等分功率分配器，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、隔離端口A與輸出端口A、輸出端口B；所述輸入端口位于耦合腔的前端面，隔離端口A位于耦合腔的后端面，前端面和后端面均為耦合腔互相對立的兩個對立面，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A、輸出端口B分別位于隔離端口A兩側(cè)。本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點。本實用新型可以廣泛用于天線陣、相控陣雷達和功率合成、導彈制導、通信等軍事及民用領(lǐng)域。
文檔編號H01P5/16GK203085724SQ20132010863
公開日2013年7月24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, 丁金義 申請人:成都賽納賽德科技有限公司