一种宽频带波导功分器的制作方法

本发明涉及微波
技术领域：
，特别是涉及一种宽频带波导功分器。
背景技术：
：波导功分器是一种重要的微波无源器件，广泛应用于波导缝阵天线的馈线网络等领域，其作用是把一路输入的电磁功率信号按规定比例分成两路或多路输出，或者把两路或多路电磁波功率信号叠加起来从一路输出，具有损耗小、功率容量大等优点。在很多文献或专业书籍中介绍了平板缝阵天线的馈线网络的设计方法，例如顾卫军在2012年第二期《现代雷达》期刊中发表的“平板裂缝天线子阵激励装置设计及带宽分析”一文中介绍了国内外常用的各种子阵激励装置模型，这些模型均由不同形式的功分器构成了天线馈线网络，参见图1和图2所示：图1是由激励缝激励的功分器模型，具体是由辐射波导、耦合波导、激励波导、耦合缝和激励缝构成的三层波导结构；图2是由波导T型结激励的功分器模型，具体是由辐射波导、耦合波导、激励波导和耦合缝构成的两层波导结构。这些现有的功分器模型存在如下不足：第一，由于耦合波导向辐射波导激励能量是通过耦合缝实现的，这些倾斜的、交错的耦合缝是窄带的，相对频带宽度小于10％，当这些耦合缝串联时，频带范围将进一步缩小，这将严重地限制了天线的使用范围；第二，由于耦合波导的半波导波长与辐射波导的宽度有关，导致耦合波导的宽度的尺寸比较大，比如在X波段通常为20mm以上，这种宽度尺寸较大的耦合波导会增加平板天线馈线网络设计、天线支撑结构设计的难度，在天线大角度转动时，还会与扫描器产生干扰，影响了天线的扫描能力。因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种宽频带波导功分器来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。为实现上述目的，本发明提供一种宽频带波导功分器，所述宽频带波导功分器包括上下两层波导，下层波导称为辐射波导，上层波导包括耦合波导和功分波导；所述辐射波导包括辐射波导壁以及辐射波导壁分割包围的多个相互隔离的辐射波导腔；所述耦合波导包括耦合波导壁以及耦合波导壁包围的多个相互隔离的耦合波导腔、耦合隔离块和二级功率分配块；所述功分波导包括功分波导壁以及功分波导壁分割包围的和路波导腔、支路波导腔、一级功率分配块、一级阻抗匹配块和二级阻抗匹配块；所述辐射波导壁与所述耦合波导壁以及功分波导壁部分重叠，重叠的部分称为上下层公共壁；所述耦合波导壁与所述功分波导壁部分重叠，重叠的部分称为耦合功分公共壁；所述和路波导腔与所述支路波导腔连通，所述支路波导腔穿过耦合功分公共壁与所述耦合波导腔连通；所述上下层公共壁上设置有多个相互隔离的直线耦合缝，每个直线耦合缝连通一个所述辐射波导腔，并且，每个直线耦合缝或者每两个相邻的直线耦合缝连通一个耦合波导腔；各个所述直线耦合缝的排列方向与各个辐射波导腔的排列方向相同，与各个直线耦合缝的直线方向相同，并且各个直线耦合缝沿直线方向的虚拟中心线重合；所述功分波导壁内的每个一级功率分配块用于将经过所述一级功率分配块的电磁功率信号分成所希望的功率比以及相位关系的两路信号；所述耦合波导壁内的二级功率分配块用于将经过所述二级功率分配块的电磁功率信号分成所希望的功率比以及相位关系的两路信号；一级功率分配块和二级功率分配块配合，从而使各个直线耦合缝相互形成并联形式，承载有电磁功率信号的波导通过各个功率调配块分路后形成与直线耦合缝数量相同的波导支路，每个波导支路自一个所述直线耦合缝进入。优选地，所述辐射波导腔的数量为四个；所述直线耦合缝的数量为四个；所述一级功率分配块的数量为一个，设置在所述支路波导腔中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路以及第二支路；所述二级功率分配块的数量为两个，分别设置在所述耦合波导腔中，其中一个二级功率调分配块将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；另外一个二级功率分配块将经过其自身的第二路继续分路，从而形成两路末级支路；每路末级支路的电磁功率信号各进入一个所述直线耦合缝。优选地，所述辐射波导腔的数量为三个；所述直线耦合缝的数量为三个；所述一级功率分配块的数量为一个，设置在所述支路波导腔中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路以及第二支路；所述二级功率分配块的数量为一个，设置在所述耦合波导腔中，该二级功率分配块将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；每路末级支路以及第二支路的电磁功率信号各进入一个所述直线缝。优选地，所述辐射波导腔的数量为六个；所述直线耦合缝的数量为六个；所述一级功率分配块的数量为二个，设置在所述支路波导腔中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路、第二支路以及第三支路；所述二级功率分配块的数量为三个，设置在所述耦合波导腔中，该二级功率分配块将经过其自身的各支路继续分路，从而形成末级支路；每路末级支路的电磁功率信号各进入一个所述直线耦合缝。优选地，所述宽频带波导功分器进一步包括一个或多个一级阻抗匹配块和多个二级阻抗匹配块；所述一级阻抗匹配块设置在所述和路波导腔内；所述二级阻抗匹配块设置在所述支路波导腔内；所述一级阻抗匹配块与所述一级功率分配块配合，用于电磁功率信号经过其自身时实现所述和路波导腔的匹配；所示二级阻抗匹配块与所述二级功率分配块配合，用于电磁功率信号经过其自身时实现所述支路波导腔的匹配。优选地，所述和路波导腔为弯波导腔，用于方便多个波导功分器的级联。本申请的宽频带波导功分器与现有的波导功分器相比，采用了宽带的并联结构的水平直线耦合缝代替原来窄带的串联结构的倾斜耦合缝，将工作频带宽度不足10％扩展到20％以上，即带宽提高一倍以上，扩大了天线的使用范围；同时由于采用水平直线耦合缝的形式，从而能够使本申请的耦合波导腔的宽度缩短为原来宽度的四分之三，甚至更小，特别是耦合波导腔距离直线耦合缝中心线一侧的宽度可以减小到与原来宽度的一半，例如在X波段将减小5mm到10mm，耦合波导腔宽度尺寸的大幅缩减，为宽带平板缝阵馈线网络设计、天线支撑结构设计提供了方便，避免了天线大角度扫描时耦合波导与扫描器之间的干扰，提高了天线的扫描能力。附图说明图1是现有技术的波导功分器的结构示意图。图2是另一现有技术的波导功分器的结构示意图。图3是本申请第一实施例的宽频带波导功分器的结构示意图。图4是图3所示的宽频带波导功分器的俯视图。图5是本申请第二实施例的宽频带波导功分器的结构示意图。图6是图5所示的宽频带波导功分器的俯视图。图7是本申请第三实施例的宽频带波导功分器的结构示意图。图8是图7所示的宽频带波导功分器的俯视图。图9是本申请第四实施例的宽频带波导功分器的结构示意图。图10是图9所示的宽频带波导功分器的俯视图。图11为第一实施例的和路驻波比随频率的变化图。图12为第一实施例的各支路幅度随频率的变化图。图13为第一实施例的各支路相位随频率的变化图。图14为第二实施例的和路驻波比随频率的变化图。图15为第二实施例的各支路幅度随频率的变化图。图16为第二实施例的各支路相位随频率的变化图。图17为第三实施例的和路驻波比随频率的变化图。图18为第三实施例的各支路幅度随频率的变化图。图19为第三实施例的各支路相位随频率的变化图。附图标记：1辐射波导22耦合波导腔2耦合波导23耦合隔离块3功分波导31功分波导壁4直线耦合缝32和路波导腔7上下层公共壁33辐支路波导腔8耦合功分公共壁51一级功率分配块11辐射波导壁52二级功率分配块12辐射波导腔61一级阻抗匹配块21耦合波导壁62二级阻抗匹配块具体实施方式为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。图3是本申请第一实施例的宽频带波导功分器的结构示意图；图4是图3所示的宽频带波导功分器的俯视图。图5是本申请第二实施例的宽频带波导功分器的结构示意图；图6是图5所示的宽频带波导功分器的俯视图。图7是本申请第三实施例的宽频带波导功分器的结构示意图。图8是图7所示的宽频带波导功分器的俯视图。图9是本申请第一实施例的宽频带波导功分器的另一结构示意图。图10是图9所示的宽频带波导功分器的俯视图。如图3至图10所示的宽频带波导功分器括上下两层波导，下层波导称为辐射波导1，上层波导包括耦合波导2和功分波导3；辐射波导1包括辐射波导壁11以及辐射波导壁11分割包围的多个相互隔离的辐射波导腔12；耦合波导2包括耦合波导壁21以及耦合波导壁21包围的多个相互隔离的耦合波导腔22、耦合隔离块23和二级功率分配块52；功分波导3包括功分波导壁31以及功分波导壁31分割包围的和路波导腔32、支路波导腔33、一级功率分配块51、一级阻抗匹配块61和二级阻抗匹配块62；辐射波导壁11与耦合波导壁21以及功分波导壁31部分重叠，重叠的部分称为上下层公共壁7；耦合波导壁21与功分波导壁31部分重叠，重叠的部分称为耦合功分公共壁8；和路波导腔32与支路波导腔33连通，支路波导腔33穿过耦合功分公共壁8与所述耦合波导腔22连通；上下层公共壁7上设置有多个相互隔离的直线耦合缝4，每个直线耦合缝4连通一个辐射波导腔12，并且，每个直线耦合缝4或者每两个相邻的直线耦合缝4连通一个耦合波导腔22；各个直线耦合缝4的排列方向与各个辐射波导腔12的排列方向相同，与各个直线耦合缝4的直线方向相同，并且各个直线耦合缝4沿直线方向的虚拟中心线重合；功分波导壁31内的每个一级功率分配块51用于将经过一级功率分配块51的电磁功率信号分成所希望的功率比以及相位关系的两路信号；耦合波导壁21内的二级功率分配块52用于将经过二级功率分配块52的电磁功率信号分成所希望的功率比以及相位关系的两路信号；一级功率分配块51和二级功率分配块52配合，从而使各个直线耦合缝4相互形成并联形式，承载有电磁功率信号的波导通过各个功率调配块分路后形成与直线耦合缝数量相同的波导支路，每个波导支路自一个所述直线耦合缝进入。本申请的宽频带波导功分器与现有的波导功分器相比，采用了宽带的并联结构的水平直线耦合缝代替原来窄带的串联结构的倾斜耦合缝，将工作频带宽度不足10％扩展到20％以上，即带宽提高一倍以上，扩大了天线的使用范围；同时由于采用水平直线耦合缝的形式，从而能够使本申请的耦合波导腔的宽度缩短为原来宽度的四分之三，甚至更小，特别是耦合波导腔距离直线耦合缝中心线一侧的宽度可以减小到与原来宽度的一半，例如在X波段将减小5mm到10mm，耦合波导腔宽度尺寸的大幅缩减，为宽带平板缝阵馈线网络设计、天线支撑结构设计提供了方便，避免了天线大角度扫描时耦合波导与扫描器之间的干扰，提高了天线的扫描能力。参见图3及图4，在本实施例中，辐射波腔12的数量为四个；直线耦合缝4的数量为四个；一级功率分配块51的数量为一个，设置在支路波导腔33中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路以及第二支路；二级功率分配块52的数量为两个，设置在耦合波导腔22中，该二级功率分配块52中的一个二级功率调分配块521将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；另外一个二级功率分配块522将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；每路末级支路的电磁功率信号各进入一个直线耦合缝。可以理解的是，辐射波腔12的数量可以根据需要而自行设定。参见图3至图6，在第一、第二实施例中，辐射波腔12的数量为四个；直线耦合缝4的数量为四个；一级功率分配块51的数量为一个，设置在支路波导腔33中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路以及第二支路；二级功率分配块52的数量为两个，分别设置在耦合波导腔22内，其中一个二级功率调分配块将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；另外一个二级功率分配块将经过其自身的第二支路继续分路，从而形成两路末级支路；每路末级支路的电磁功率信号各进入一个所述直线耦合缝。可以理解的是，根据需要，辐射波导腔12的还可以是其他数量。例如图5和图6所示，在第三实施例中腔12的数量为三个；直线耦合缝4的数量为三个；一级功率分配块51的数量为一个；设置在所述支路波导腔33中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路以及第二支路；所述二级功率分配块52的数量为一个，设置在所述耦合波导腔22中，该二级功率分配块52将经过其自身的第一支路继续分路，从而形成两路末级支路；每路末级支路以及第二支路的电磁功率信号各进入一个所述直线耦合缝4。参见图9及图10，辐射波导腔12的数量为六个；直线耦合缝4的数量为六个；一级功率分配块51的数量为二个，设置在支路波导腔33中，用于将经过其自身的电磁功率信号分路，从而形成第一支路、第二支路以及第三支路；二级功率分配块52的数量为三个，设置在耦合波导腔22中，该二级功率分配块52将经过其自身的各支路继续分路，从而形成末级支路；每路末级支路的电磁功率信号各进入一个所述直线耦合缝。可以理解的是，根据需要，辐射波导腔的数量还可以是其他数量。例如5个、7个或者更多。参见图3至图10，宽频带波导功分器进一步包括一个或多个一级阻抗匹配块61和多个二级阻抗匹配块62；所述一级阻抗匹配块61设置在所和路波导腔32内；二级阻抗匹配块62设置在支路波导腔33内；一级阻抗匹配块61与一级功率分配块51配合，用于电磁功率信号经过其自身时实现和路波导腔32的匹配；所示二级阻抗匹配块62与二级功率分配块52配合，用于电磁功率信号经过其自身时实现支路波导腔33的匹配。可以理解的是，和路波导波导腔32可以为弯波导腔，用于方便多个波导功分器的级联。在图5和图6所示实施例中，该弯折为90°，这样能够方便多个波导功分器的级联。下面以举例的方式对本申请进行介绍，可以理解的是，该举例并不构成对本申请的任何限制，该举例中的任何尺寸仅仅是实施例中的优选尺寸，并不是对本申请的结构的任何限制。实施例1参见图3和图4，在该实施例中，辐射波导1内的辐射波导腔12的波导横截面尺寸为21.3mm×4.65mm，耦合波导2内的耦合波导腔22的波导横截面尺寸为14.6mm×4mm，功分波导腔3内波导腔的横截面尺寸为19.4mm×4mm，功分波导3内的支路波导腔33穿过耦合功分公共壁8的横截面尺寸为16.8mm×4mm，直线耦合缝4的长均为18.7mm，宽均为3mm，并倒圆角，且直线耦合缝4长度方向上的中心线距离耦合波导2较短的一侧为5.2mm；一级功率分配块51为体积为8.8mm×2mm×4mm的金属体，二级功率分配块52为左右两个体积均为5mm×2mm×4mm的金属体，第一阻抗匹配块61为左右两个均为三棱柱金属体，底面直角三角形边长均为12mm，高度为4mm，第二阻抗匹配块62为左右两个体积均为1mm×1mm×4mm的金属体；上下层公共壁7的厚度为0.7mm；耦合功分公共壁8厚度为0.8mm。仿真的结果从图11、图12和图13可以看出：功分器和端口的驻波比从9.25GHz至11.25GHz的范围内小于1.2，即驻波比小于1.2的相对带宽大于20％，调整各个功率分配块偏离中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.15dB，各支路的相位不平衡度小于±2.5度。实施例2参见图3和图6，在该实施例中，将图3和图4中的和路波导腔32的波导方向折弯90°，变为图5和图的结构，并将图3和图4中的第二阻抗匹配块62更换为图5和图6所示的第二阻抗匹配块62，且形状为直角三棱柱金属体，底边边长为12mm，高为4mm。仿真的结果从图14、图15和图16可以看出：功分器和端口的驻波比从9.6GHz至11.5GHz的范围内小于1.2，即小于1.2的驻波比相对带宽约为20％，调整各个功率分配块偏离中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.2dB，各支路的相位不平衡度小于±6度。实施例3如图7、图8所示，在该实施例中，辐射波导1内的辐射波导腔12的波导横截面尺寸为21.3mm×4.65mm，耦合波导2内的耦合波导腔22的波导横截面尺寸为14.6mm×4mm，功分波导腔3内波导的高度为横截面尺寸为19.4mm×4mm，功分波导3内的支路波导腔33穿过耦合功分公共壁8的横截面尺寸为16.8mm×4mm，直线耦合缝4a、4b、4c和4d的长均为18.7mm，宽均为3mm，并倒圆角，且直线耦合缝4长度方向上的中心线距离耦合波导2较短的一侧为5.2mm；一级功率分配块51为9mm×1mm×4mm的金属体，二级功率分配块52为5mm×2mm×4mm的金属体；第一阻抗匹配块61为左右两个，均为1mm×1mm×4mm的金属体，第二阻抗匹配块62为左右两个直角三棱柱金属体，左边一个为底面直角三角形边长均为9mm，高度为4mm，右边一个为底面直角三角形边长均为10mm，高度为4mm；上下层公共壁5的厚度为0.7mm；耦合功分公共壁9厚度为0.8mm。仿真的结果从图17、图18和图19可以看出：在9.3GHz至12GHz的范围内，功分器和端口的驻波比小于1.2，即驻波比小于1.2的相对带宽约为27％，调整各个功率分配块偏离中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.2dB，各支路的相位不平衡度小于±10度。最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3