多路不等分径向波导功率分配器的制作方法

本发明涉及一种功分器，尤其涉及一种多路不等分径向波导功率分配器。

背景技术：

功率分配器是微波工程中的一类重要的基础性器件，其广泛应用于民用通讯、微波测量、雷达、通信、电子对抗、航空航天等各种民用、军用设备中，在设备中主要起到对传输路径上的微波能量按系统要求准确分配至天线端的作用，与功率合成器及微波放大器配合，则可起到将小信号放大后合成高功率微波信号的作用，是系统中不可或缺的关键元器件。

传统的功率分配器主要为二进制功率分配器，通过二进制树结构将一个2路功率分配器进行级联得到。如威尔金森功率分配器通过加入电阻损耗元件改善端口间隔离特性并实现全端口匹配；对于波导传输线，魔T结构也是一种常用的四端口功率分配器；其结构如图1至图3所示，图 1为威尔金森功率分配器，图2为魔T结构的功率分配器，图3为E-T支节两路功率分配器。

传统的二进制功率分配器其技术问题及缺陷主要体现在以下两个方面：

1.由于威尔金森功分网络采用微带线或带状线作为电路的承载传输线，当需器件实现大比例不等分时，需将一路分支传输线阻抗设计得很高，但受限于加工工艺、可靠性等各种因素影响，该类电路能实现不等分比例能达到3：1已属不易，与幅度加权天线阵列的技术需求相比还有相当差距。

2.对于传统波导类型的T型结结构功率分配器，需通过级联的方式实现多路分配，导致多路分配网络体积过大。且该类结构不易实现奇数路的功率分配。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，提高功率分配器不等分能力，同时使功分路数更加灵活，不再受限于2ⁿ关系，降低器件损耗，提升器件功率承受能力的多路不等分径向波导功率分配器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种多路不等分径向波导功率分配器，包括一空心的波导圆盘，所述波导圆盘一面中点设有输入端阶梯阻抗变换器，另一面包括数个与波导圆盘同心的环形区，每个环形区上均匀分布有数个输出端阶梯阻抗变换器，

所述输入端阶梯阻抗变换器、输出端阶梯阻抗变换器均与所在波导圆盘的表面垂直，并均由变换器本体和探针构成，变换器本体位于波导圆盘内部，探针穿出对应波导圆盘表面；

所述输入端阶梯阻抗变换器的探针用于接产生电场和磁场的同轴线馈电输入，所述电场与波导圆盘的轴线平行，磁场方向绕圆周方向旋转。

作为优选：环形区为2个，靠近波导圆盘中心的环形区上输出端阶梯阻抗变换器为四个，另一环形区上环形区上输出端阶梯阻抗变换器为八个。

与现有技术相比，本发明的优点在于：由于使用同轴线馈电输入，同轴线后面接输入端阶梯阻抗变换器过渡到波导圆盘，波导圆盘的电场从圆盘一面垂直指向另一面，磁场方向绕圆周方向旋转，且其场分布是对称的，插入在同一半径环形区的输出端阶梯阻抗变换器探针绕圆周对称分布，这样功率分配的幅度和相位有良好的一致性。

不同环形区的输出端阶梯阻抗变换器的探针在不同的半径绕圆周对称分布，由于环形区有不同半径，我们用大半径环、小半径环来区分，则小半径环上的输出端阶梯阻抗变换器的输出功率强，大半径环的输出功率相对较弱，强弱程度与其到中心的距离相关。且环形区的数量与想实现多少路的分配相关。这样不同的环形区可以实现不同比例不同路数的不等分分配，这种路数不局限于2ⁿ。且由于波导式的传输路径，相较于传统的威尔金森功率分配器具有更低的传输损耗和承受更大的功率容量。

本发明设计方法与传统的功率分配器有着本质上的区别，本发明利用径向波导主模场分布具有同轴对称性的特点，通过输出端口在以输入端口为圆心的不同半径r的圆上来实现不同比例的功率分配，且功分路数灵活，可实现多路、多种比例的分配，由该发明所设计的功率分配器具有能实现多种比例分配比、功分路数灵活、损耗低、功率容量大等优势。本发明所提出的功率分配器设计方法，能更方便快捷的实现不同路数、不同比例的大功率功率分配。且在等分的各路中可以实现更好的幅度一致性和相位一致性。

附图说明

图1为威尔金森功率分配器结构示意图；

图2为魔T结构的功率分配器结构示意图；

图3为E-T支节两路功率分配器结构示意图；

图4为本发明主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为内圈每端口幅值图；

图7为外圈每端口幅值图；

图8为输入端驻波波形图。

图中：1、波导圆盘；2、输入端阶梯阻抗变换器；3、输出端阶梯阻抗变换器；4、探针。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图8，其中图1到图3为现有技术中三种功率分配器结构图，图4-图8为本发明相关图。

设计一种多路不等分径向波导功率分配器，包括一空心的波导圆盘1，所述波导圆盘1一面中点设有输入端阶梯阻抗变换器2，另一面包括数个与波导圆盘1同心的环形区，每个环形区上均匀分布有数个输出端阶梯阻抗变换器3，

所述输入端阶梯阻抗变换器2、输出端阶梯阻抗变换器3均与所在波导圆盘1的表面垂直，并均由变换器本体和探针4构成，变换器本体位于波导圆盘1内部，探针4穿出对应波导圆盘1表面；

所述输入端阶梯阻抗变换器2的探针4用于接产生电场和磁场的同轴线馈电输入，所述电场与波导圆盘1的轴线平行，磁场方向绕圆周方向旋转。

本实施例中，环形区为2个，靠近波导圆盘1中心的环形区为内圈，直径r1，其上输出端阶梯阻抗变换器3为四个，另一环形区为外圈，直径r2，其上环形区上输出端阶梯阻抗变换器3为八个。

根据上述内容设计了一分十二路不等分径向式波导功率分配器，可实现在1.1GHz~1.6GHz频率范围内，内圈端口幅度分配值-6.27±0.3dB，外圈端口幅度分配值-22.5±1dB，内圈端口间相位一致性≤±2°，外圈端口间相位一致性≤±2°，传输损耗≤0.2 dB。波导圆盘1直径φ245mm、高度68 mm；输入端阶梯阻抗变换器2最大直径φ33 mm，长度50 mm；内圈阶梯阻抗变换器最大直径φ22.7mm，长度50.5 mm；外圈阶梯阻抗变换器最大直径φ14.8mm，长度50.5 mm。

由图6、图7都可以看出，内圈端口幅值的一致性，以及外圈端口幅值的一致性。

在技术揭露的仿真模型中，是采用探针4耦合的方式从波导腔中提取所需的能量。耦合探针4是通过非金属介质固定在腔体内部。探针4采用短接的方法同样可以实现多路不等分的功率分配。

本发明所提出的多路不等分波导径向式功率分配器从径向式功率分配设计的原理入手，利用径向波导主模场分布具有同轴对称性的特点，以输入端口为圆心的不同输出端口在同一圆半径r上可以得到相同的幅度和相位。且其他圆上的探针4不会对本圆上的探针4所处位置的场产生影响。利用该特点可实现32：1的不等分分配。该设计方法简单灵活，能快捷有效的满足各种比例、各种路数的天线波束赋形要求。

本发明所提出的多路不等分波导径向式功率分配器从波导径向式分配器的原理设计出发，所设计的功率分配器各项性能指标均优于传统威尔金森设计法所设计的功率分配器，且在传统波导径向式功率分配器的分配方法基础上提出以多圈分配方式来实现不等分的功率分配，可广泛应用于对天线阵列有幅度调制需求的各种雷达系统、通信系统中。