四端口微波网络的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功分器或耦合器。具体地说，是涉及一种将微波信号分为两路或三路的功分器或定向耦合器。
【背景技术】
[0002]功分器和定向耦合器是现代微波通信和军事电子系统中的通用元件。波导功分器和定向耦合器由于其功率容量高、插入损耗低等特点，应用十分广泛。二路波导功分器既可以单独使用，也可以通过串接构成多路功分网络，用于相控阵雷达、天线阵以及功率合成等领域。矩形波导裂缝电桥具有体积紧凑的特点，并可作为两个输出端具有90度相差的波导功分器构成定向滤波器、可调移相器、雷达收发开关、圆极化器等。两个输出端之间相差任意而且在宽带范围内保持一致的功分器在天线阵和低副瓣天线等领域有重要应用。另外，四端口微波网络也可以作为定向耦合器和三路功分器来使用。传统的四端口微波网络主要局限有两方面:1)带宽较窄。市场上的这类器件的相对工作带宽普遍在15%以内，不能覆盖矩形波导41%的全带宽。2)作为二路功分器时，两个输出端之间固有相差为90度，无法在保持其紧凑结构的前提下灵活地被设置为其它值，比如O度、30度、45度、60度、120度、135度、150度等。3)耦合端的耦合系数一般低于-3dB。高于_3dB耦合度的波导裂缝电桥，比如OdB的耦合裂缝电桥未见报导。4)极化方向限制。四个端口中心处的电场方向或者全部位于水平面内，或者全部与水平面垂直。四个端口同时包括两个极化方向的四端口微波网络未见报导。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种结构紧凑、宽带、两个输出端之间相差任意、两个输出端的功率比任意的四端口微波网络。同时，本发明也可以提供四个端口极化方向不同的四端口微波网络，可以作为二路功分器、定向耦合器或三路功分器使用。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
四端口微波网络，包括空腔和4个支路，支路A上设置有端口 A，支路B上设置有端口 B，支路C上设置有端口 C，支路D上设置有端口 D ；空腔由至少两个沿水平线段XY依次排列并相互连通的耦合段构成；其中，线段XY的两个端点分别位于间距最大的两个耦合段内；每条支路与空腔之间直接连通或通过一级或多级匹配段连通；端口 A和端口 B位于平面Z的左侧，端口 C和端口 D位于平面Z的右侧，平面Z为垂直于水平面的垂直平面，且线段XY全部位于平面Z内或线段XY与平面Z平行；端口 B和端口 C位于平面M上侧，端口 A和端口 D位于平面M下侧，平面M为一个垂直于线段XY的垂直平面。
[0005]为了展宽该器件的工作带宽，构成所述空腔的所有耦合段中至少有一个耦合段的最大深度比另一个耦合段的最大深度大10%。
[0006]为了进一步展宽该器件的工作带宽，构成所述空腔的所有耦合段中至少有一个耦合段的最大宽度比另一个耦合段的最大宽度大10%。
[0007]该四端口微波网络的结构非常简单，所述空腔为单连通空腔结构，即该空腔内部的任何封闭曲线都可以在该空腔内连续收敛到一个点。
[0008]该四端口微波网络的尺寸非常紧凑，所述空腔在任意方向上的最大尺寸小于该四端口微波网络工作频段的中心频率对应的自由空间波长的2倍。
[0009]展宽该器件工作带宽的第三步，构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/和上设置有至少一个金属体，该金属体在该耦合段的下表面或/和上表面与该耦合段相连。
[0010]该四端口微波网络的结构可以设置成功率比任意的二路功分器。为此，当端口 A作为输入端时，端口 B和端口 C为输出端，端口 D为隔离端；在大于20%的相对工作带宽范围内，端口 A的反射系数低于-1OdB,端口 B和端口 C的输出功率的幅度之比为-1OdB到1dB之间的任意值，平坦度好于+ / — I dB。
[0011]同时，该四端口微波网络的结构可以设置成相位差任意的二路功分器。为此，在大于20%的相对工作带宽范围内，端口 B和端口 C的输出信号的相位之差为-360度到360度之间的任意值，误差低于+ / — 10度。
[0012]如果该四端口微波网络可以分为上表面为平面的底座和下表面为平面的盖板，将所有微波结构都安排在底座上，将大大降低盖板和底座之间的定位要求。同时，底座部分可以通过普通数控铣床加工完成。在与其他微波器件连接时，有可能将其它微波器件的微波结构也安排在底座上，通过普通数控铣床一次性加工完成。这种安排能够很好地保证器件或组件的加工精度。为了达到这个目的，所述四端口微波网络的上表面都齐平；该四端口微波网络包括所有耦合段、所有匹配段和端口 A、端口 B、端口 C和端口 D。
[0013]该四端口微波网络的各端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以设置朝向水平面内的任意方向，比如其法线方向可以与线段XY平行或垂直。
[0014]该四端口微波网络的任意端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以任意设置为水平极化或垂直极化。
[0015]该四端口微波网络的任意端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D为矩形波导或脊波导或圆波导或椭圆波导或同轴线或带线。其中以矩形波导和脊波导为佳。
本发明的最大特点是采用深度不同和宽度不同的耦合段和匹配段，加上金属体和金属柱，大大拓宽传统微波四段网路的工作带宽。
[0016]所述端口 A的端面、端口 B的端面、端口 C的端面和端口 D的端面上电场幅值最大处电力线的方向位于水平面内或垂直面内。
[0017]本发明的工作原理可以在矩形耦合腔和矩形输入输出波导的情况下简述如下。矩形端口 A在矩形耦合腔中主要激励起两个波导工作模式，即TElO模式和TE20模式。该两个模式的波都将沿线段XY方向传播。由于该两个模式的波导波长不同，在耦合腔的另一端，端口 B和端口 C处从耦合腔中耦合出来的功率是分别从两个工作模式TElO模式和TE20模式的波中耦合出来的功率的和。通过选取耦合腔的宽度和长度，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分别从两个工作模式耦合出来的功率之和满足一定设计要求，同时使它们的相位满足一定设计要求。
【附图说明】
[0018]图1为本发明(去除盖板后)的俯视示意图。
[0019]图2为实施实例I (去除盖板后)的俯视示意图。
[0020]图3为实施实例I的AA向示意图。
[0021]图4为实施实例2 (去除盖板后)的俯视示意图。
[0022]图5为实施实例4 (去除盖板后)的俯视示意图。
[0023]图6为实施实例5 (去除盖板后)的俯视示意图。
[0024]图7为实施实例6 (去除盖板后)的俯视示意图。
[0025]附图中标号对应名称:1-端口 A，2-端口 B，3-端口 C，4_端口 D，5_耦合段，6-金属体，7-匹配段，8-金属柱。
[0026]本说明书中部分名词规定如下:
水平面，也就是本文中的纸面。水平方向，也就是位于水平面内的方向。垂直方向，也就是与水平面垂直的方向。
[0027]任意三维结构的最大深度，指该位于该三维结构内同时又位于某一垂直直线上的任意两点之间距离的最大值，垂直直线指垂直于水平面的直线。
[0028]任意三维结构的最大宽度，指该位于该三维结构内同时又位于某一与平面Z垂直的直线上的任意两点之间距离的最大值。
[0029]任意三维结构的最小宽度，指该位于该三维结构内同时又位于某一与平面Z垂直的直线上的任意两点之间距离的最小值。
[0030]镜像对称结构:对于任意三维封闭空间，存在一平面X，对于该三维封闭空间中的任意点A，总存在该三维封闭空间中的对应点B，使得线段AB与该平面X垂直，而且线段AB与平面X的交点将线段AB分为长度相等的两部分。这时，该三维封闭空间称为镜像对称，平面X称为镜像对称平面。
【具体实施方式】
[0031]实施实例I
如图2和3所示。四端