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四端口微波網(wǎng)絡(luò)的制作方法

文檔序號:8563840閱讀:1391來源:國知局
四端口微波網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種功分器或耦合器。具體地說,是涉及一種將微波信號分為兩路或三路的功分器或定向耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]功分器和定向耦合器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的通用元件。波導(dǎo)功分器和定向耦合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。矩形波導(dǎo)裂縫電橋具有體積緊湊的特點(diǎn),并可作為兩個(gè)輸出端具有90度相差的波導(dǎo)功分器構(gòu)成定向?yàn)V波器、可調(diào)移相器、雷達(dá)收發(fā)開關(guān)、圓極化器等。兩個(gè)輸出端之間相差任意而且在寬帶范圍內(nèi)保持一致的功分器在天線陣和低副瓣天線等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。另外,四端口微波網(wǎng)絡(luò)也可以作為定向耦合器和三路功分器來使用。傳統(tǒng)的四端口微波網(wǎng)絡(luò)主要局限有兩方面:1)帶寬較窄。市場上的這類器件的相對工作帶寬普遍在15%以內(nèi),不能覆蓋矩形波導(dǎo)41%的全帶寬。2)作為二路功分器時(shí),兩個(gè)輸出端之間固有相差為90度,無法在保持其緊湊結(jié)構(gòu)的前提下靈活地被設(shè)置為其它值,比如O度、30度、45度、60度、120度、135度、150度等。3)耦合端的耦合系數(shù)一般低于-3dB。高于_3dB耦合度的波導(dǎo)裂縫電橋,比如OdB的耦合裂縫電橋未見報(bào)導(dǎo)。4)極化方向限制。四個(gè)端口中心處的電場方向或者全部位于水平面內(nèi),或者全部與水平面垂直。四個(gè)端口同時(shí)包括兩個(gè)極化方向的四端口微波網(wǎng)絡(luò)未見報(bào)導(dǎo)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、寬帶、兩個(gè)輸出端之間相差任意、兩個(gè)輸出端的功率比任意的四端口微波網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),本實(shí)用新型也可以提供四個(gè)端口極化方向不同的四端口微波網(wǎng)絡(luò),可以作為二路功分器、定向耦合器或三路功分器使用。
[0004]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:
[0005]四端口微波網(wǎng)絡(luò),包括空腔和4個(gè)支路,支路A上設(shè)置有端口 A,支路B上設(shè)置有端口 B,支路C上設(shè)置有端口 C,支路D上設(shè)置有端口 D ;空腔由至少兩個(gè)沿水平線段XY依次排列并相互連通的耦合段構(gòu)成;其中,線段XY的兩個(gè)端點(diǎn)分別位于間距最大的兩個(gè)耦合段內(nèi);每條支路與空腔之間直接連通或通過一級或多級匹配段連通;端口 A和端口 B位于平面Z的左側(cè),端口 C和端口 D位于平面Z的右側(cè),平面Z為垂直于水平面的垂直平面,且線段XY全部位于平面Z內(nèi)或線段XY與平面Z平行;端口 B和端口 C位于平面M上側(cè),端口 A和端口 D位于平面M下側(cè),平面M為一個(gè)垂直于線段XY的垂直平面。
[0006]為了展寬該器件的工作帶寬,構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一個(gè)耦合段的最大深度比另一個(gè)耦合段的最大深度大10%。
[0007]為了進(jìn)一步展寬該器件的工作帶寬,構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一個(gè)耦合段的最大寬度比另一個(gè)耦合段的最大寬度大10%。
[0008]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)非常簡單,所述空腔為單連通空腔結(jié)構(gòu),即該空腔內(nèi)部的任何封閉曲線都可以在該空腔內(nèi)連續(xù)收斂到一個(gè)點(diǎn)。
[0009]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的尺寸非常緊湊,所述空腔在任意方向上的最大尺寸小于該四端口微波網(wǎng)絡(luò)工作頻段的中心頻率對應(yīng)的自由空間波長的2倍。
[0010]展寬該器件工作帶寬的第三步,構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一段耦合段的下表面或/和上設(shè)置有至少一個(gè)金屬體,該金屬體在該耦合段的下表面或/和上表面與該耦合段相連。
[0011]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成功率比任意的二路功分器。為此,當(dāng)端口 A作為輸入端時(shí),端口 B和端口 C為輸出端,端口 D為隔離端;在大于20%的相對工作帶寬范圍內(nèi),端口 A的反射系數(shù)低于-1OdB,端口 B和端口 C的輸出功率的幅度之比為-1OdB到1dB之間的任意值,平坦度好于+ / — I dB。
[0012]同時(shí),該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成相位差任意的二路功分器。為此,在大于20%的相對工作帶寬范圍內(nèi),端口 B和端口 C的輸出信號的相位之差為-360度到360度之間的任意值,誤差低于+ / — 10度。
[0013]如果該四端口微波網(wǎng)絡(luò)可以分為上表面為平面的底座和下表面為平面的蓋板,將所有微波結(jié)構(gòu)都安排在底座上,將大大降低蓋板和底座之間的定位要求。同時(shí),底座部分可以通過普通數(shù)控銑床加工完成。在與其他微波器件連接時(shí),有可能將其它微波器件的微波結(jié)構(gòu)也安排在底座上,通過普通數(shù)控銑床一次性加工完成。這種安排能夠很好地保證器件或組件的加工精度。為了達(dá)到這個(gè)目的,所述四端口微波網(wǎng)絡(luò)的上表面都齊平;該四端口微波網(wǎng)絡(luò)包括所有耦合段、所有匹配段和端口 A、端口 B、端口 C和端口 D。
[0014]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的各端口,包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以設(shè)置朝向水平面內(nèi)的任意方向,比如其法線方向可以與線段XY平行或垂直。
[0015]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的任意端口,包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以任意設(shè)置為水平極化或垂直極化。
[0016]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的任意端口,包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D為矩形波導(dǎo)或脊波導(dǎo)或圓波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)或同軸線或帶線。其中以矩形波導(dǎo)和脊波導(dǎo)為佳。
[0017]本實(shí)用新型的最大特點(diǎn)是采用深度不同和寬度不同的耦合段和匹配段,加上金屬體和金屬柱,大大拓寬傳統(tǒng)微波四段網(wǎng)路的工作帶寬。
[0018]所述端口 A的端面、端口 B的端面、端口 C的端面和端口 D的端面上電場幅值最大處電力線的方向位于水平面內(nèi)或垂直面內(nèi)。
[0019]本實(shí)用新型的工作原理可以在矩形耦合腔和矩形輸入輸出波導(dǎo)的情況下簡述如下。矩形端口 A在矩形耦合腔中主要激勵(lì)起兩個(gè)波導(dǎo)工作模式,即TElO模式和TE20模式。該兩個(gè)模式的波都將沿線段XY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,端口 B和端口 C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的和。通過選取耦合腔的寬度和長度,以及端口 A、端口 B、端口 C和端口 D的尺寸和位置,可以使端口 B、端口 C和端口 D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)使它們的相位滿足一定設(shè)計(jì)要求。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型(去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0021]圖2為實(shí)施實(shí)例I (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0022]圖3為實(shí)施實(shí)例I的AA向示意圖。
[0023]圖4為實(shí)施實(shí)例2 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0024]圖5為實(shí)施實(shí)例4 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0025]圖6為實(shí)施實(shí)例5 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0026]圖7為實(shí)施實(shí)例6 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0027]附圖中標(biāo)號對應(yīng)名稱:1-端口 A,2-端口 B,3-端口 C,4_端口 D,5_耦合段,6-金屬體,7-匹配段,8-金屬柱。
[0028]本說明書中部分名詞規(guī)定如下:
[0029]水平面,也就是本文中的紙面。水平方向,也就是位于水平面內(nèi)的方向。垂直方向,也就是與水平面垂直的方向。
[0030]任意三維結(jié)構(gòu)的最大深度,指位于該三維結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)又位于某一垂直直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最大值,垂直直線指垂直于水平面的直線。
[0031]任意三維結(jié)構(gòu)的最大寬度,指位于該三維結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)又位于某一與平面Z垂直的直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最大值。
[0032]任意三維結(jié)構(gòu)的最小寬度,指位于該三維結(jié)構(gòu)的外表面上同時(shí)又位于某一與平面Z垂直的直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最小值。
[0033]鏡像對稱結(jié)構(gòu):對于任意三維封閉空間,存在一平面X,對于該三維封閉空間中的任意點(diǎn)A,總存在該三維封閉空間中的對應(yīng)點(diǎn)B,使得線段AB與該平面X垂直,而且線段AB與平面X的交點(diǎn)將線段AB分為長度相等的兩部分。這時(shí),該三維封閉空間稱為鏡像對稱,平面X稱為鏡像對稱平面。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施實(shí)例I
[0035]如圖2和3所示。四端
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