专利名称：圆形槽波导功率合成器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种应用于雷达整机的圆形槽波导功率合成器，属于微波、毫米波和亚毫米波功率合成器的技术领域。
背景技术：
从微波到亚毫米波这一频率范围内，振荡器大体上有二类一类是由真空电子器件与波导结合而成，另一类是固态器件与波导结合而成。
振荡器是产生电磁波的源泉，因此它是微波、毫米波和亚毫米波技术中最重要的部件之一，振荡器是有源器件与波导相结合的结果，有一类波导就有一种与该类波导相适应的振荡器，例如矩形波导振荡器，微带线振荡器等。这些传统波导的单个固态器件组成的振荡器输出功率小，不能满足大多数雷达的要求，国际上早已提出功率合成技术以提高输出功率，但是所用的波导是传统的矩形波导，它的缺点是随着工作频率升高，波导的尺寸越来越小，损耗越来越高。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是针对现有技术之不足，制成输出功率比普通振荡器大许多的圆形槽波导功率合成器，可用于圆形槽波导雷达整机上以及矩形波导雷达机上。
技术方案本实用新型根据圆形波导功率合成器理论设计而成，包括上绝缘条、下绝缘条、金属平板、尖劈形匹配干负载，该圆形槽波导功率合成器采用上绝缘条、下绝缘条隔开二块金属平板即前金属平板、后金属平板，上绝缘条、下绝缘条分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条、下绝缘条内侧分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在圆形槽波导的两侧分别设有一个盖板和耦合膜片；在二块金属平板之间的空隙中设有一对或多对与圆形通孔相垂直的晶体管座和馈电扼流同轴线，每一个晶体管座和对应的一个馈电扼流同轴线位于同一条轴线上；在晶体管座位于圆形通孔内的一端设有下径向盘，晶体管座的另一端固定在晶体管座螺母上在馈电扼流同轴线位于圆形通孔内的一端设有上径向盘，馈电扼流同轴线的另一端固定在同轴线螺母上；晶体管设在晶体管座上并位于下径向盘和上径向盘之间；在圆形通孔轴线上的盖板内侧还设有圆形槽波导可调谐短路活塞，可调谐短路活塞的活塞连杆的外端伸出圆形通孔和盖板外；在馈电扼流同轴线与耦合膜片之间设有调谐螺钉。所述的尖劈形匹配干负载的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。也可以在长度方向装上耦合膜片，通过耦合膜片输出能量。
所述的圆形槽波导可调谐短路活塞由前短路片、后短路片、绝缘环、固定螺帽、活塞连杆组成，绝缘环位于前短路片与后短路片之间，由固定螺帽将前短路片与后短路片固定在活塞连杆上。所述的前短路片、后短路片的平面形状为圆形短路片或带翼短路片，圆形短路片位于圆形通孔中；带翼短路片中的圆形部分位于圆形通孔中，带翼部分位于圆形通孔旁二块金属平板之间的空间中。所述的耦合膜片的中间设有耦合孔，耦合孔为矩形孔或圆形孔。
技术效果本实用新型建立在圆形槽波导基础之上，圆形槽波导的大尺寸、高功率容量、低损耗、宽频带等优点对圆形槽波导功率合成器产生直接的作用。
1、在短毫米、亚毫米波段，由于矩形波导横截面尺寸很小，加工难度很大，成本很高，圆形槽波导在上述相同的工作波段横截面尺寸增大很多，加工难度减小，成本降低。
2、在短毫米、亚毫米波段，矩形波导的衰减系数已经大到难以接受的程度，圆形槽波导衰减系数比它小一个数量级以上，所以用圆形槽波导制成的功率合成器损耗小，质量高。
3、可以获得比普通振荡器大许多的功率输出。
4、如果整机或测量系统是用圆形槽波导建立起来的，那么圆形槽波导功率合成器可以直接连接到整机或测量系统上。
图1a为本实用新型圆形槽波导功率合成器的主视图；图1b为图1a中A-A向剖视图；图1c为图1a的俯视图。
图2a为上尖劈形干负载的结构示意图。图2b为下尖劈形干负载的结构示意图。
图3是绝缘条的结构示意图。
图4a是有带翼短路片的功率合成器结构示意图；图4b是有圆形短路片的功率合成器结构示意图。
图5a是圆形孔耦合膜片的结构示意图；图5b是矩形孔耦合膜片的结构示意图。
以上图中有上绝缘条1a、下绝缘条1b、前金属板2、尖劈形匹配干负载3、螺栓4、后金属板5、晶体管座6、晶体管座螺母7、下径向盘8、晶体管9、上径向盘10、馈电扼流同轴线11、同轴线外导体12、同轴线螺母13、同轴线电缆插座14、绝缘套15、调配螺钉的螺母16、调谐螺钉17、前短路片18、后短路片19、绝缘环20、固定螺帽21、活塞连杆22、盖板23、圆形通孔24、两金属板之间的空间25、耦合膜片26。带翼短路片181、圆形短路片182、圆形孔耦合膜片261、矩形孔耦合膜片262。
具体实施方式
本实用新型通过以下几步实现(1)圆形槽波导取二块加工后尺寸相同的金属平板，平板长度由设计需要而定，材料可采用铜、黄铜、合金铝等良导体，平板的宽度和高度与传输的工作波长λ有关，λ为自由空间波长，金属平板二边的边缘用螺栓4固定，在端面的上、下方，以二平面接触的边界线为中心线沿长度方向(即Z轴方向)上、下各铣一条长槽，槽内放置绝缘条和尖劈形匹配干负载3，长度与圆形槽波导相同，然后在端面对称中心，沿长度方向，镗一个圆形通孔24，孔的直径D＝0.62λ～2.02λ，将螺栓4拆下，在每块金属板有孔的一侧，铣去所设计两金属平板间距的一半高度。
尖劈形匹配干负载3是用来吸收到达金属平板边缘的电磁波的关键部件，
它用石墨或其它吸收电磁波的固态材料制成。尖劈部分的尖劈高度＝0.5λ～4λ。绝缘条1是用来隔开两块金属板的，尖劈形匹配干负载和绝缘条的长度同功率合成器的长度，绝缘材料可用胶木、陶瓷等。
把尖劈形匹配负载，绝缘条和经上述加工后的二块金属平板重新用螺栓4固定好，然后在垂直下绝缘条的方向镗多对通孔，穿过上绝缘条的直径即为晶体管座螺杆之直径。然后将将上绝缘条和上尖劈形匹配干负载底部的孔扩大到同轴线螺母13外径，接着将上尖劈形匹配干负载尖劈部分的孔扩大到同轴线外导体外径；然后将下绝缘条和下尖劈形匹配干负载的底部孔扩大到晶体管座的螺母7的外径。
最后在“晶体管对”位置旁沿两平行板中心线方向镗一个孔，作为嵌入调配螺钉的螺母16之用。
(2)“晶体管对”的组装①第一对晶体管的组装A、第一只晶体管的组装下径向盘8和晶体管座6加工时可加工成一体，对于封装晶体管，下径向盘中心有内螺纹，供晶体管9旋入其中。对于未封装的晶体管芯片，下径向盘中心有深度仅为芯片厚度一半的凹坑，供芯片放入之用。晶体管座上面有外螺纹可旋入嵌于下绝缘条上的晶体管座螺母7。
上径向盘10和馈电扼流同轴线内导体加工时可以加工成一体，馈电扼流同轴线内导体的另一端装在上绝缘条上的电缆插座14内导体孔，并固定之。馈电扼流同轴线是由金属圆筒作外导体，内导体是一根直径为(0.2～0.25)λ的导体，仅有一段四分之一波长长度的圆柱，直径为(0.4～0.25)λ它与同轴线外导体边缘到此圆柱端面的距离为四分之一波长的整数倍，圆柱短路塞部分内外导体之间用聚四氟乙烯绝缘薄层隔开。同轴线其它部分，内外导体之间用ECCOSORB(爱克苏勃)等材料做的绝缘的又是强吸收电磁波的套筒隔开，上、下径向盘的尺寸相同，盘厚＜0.3λ。
上、下径向盘，晶体管座及螺母，馈电扼流同轴线及螺母均用良导体如黄铜等制成。
B、第二只晶体管的组装其它与第一只晶体管相同。唯一不同是装在圆形槽波导内的空间位置不同，二只晶体管组成第一对“晶体管对”若第一只晶体管处在Z＝0，X＝0，Y＝+Y1处，第二只晶体管就处在Z＝0～2λ，X＝0，Y＝-Y1处，依此类推。(其中X、Y、Z分别是三维直角坐标系中的三维方向)②第二对晶体管的组装其它与组装第一对晶体管相同，唯有在圆形槽波导内的空间位置不同，第二对“晶体管对”与第一对晶体管同样位于圆形通孔24的轴线上，它与第一对“晶体管对”相隔一段距离。
③第n对“晶体管对”的组装其它与以前的“晶体管对”一样，唯有在圆形槽波导内的空间位置不同，沿着圆形通孔24的轴线，一对，一对安排。
(3)圆形槽波导短路活塞在圆形槽波导内的圆形通孔24中装有短路活塞。圆形槽波导可调谐短路活塞由前短路片18、后短路片19、绝缘环20、固定螺帽21、活塞连杆22组成，绝缘环20位于前短路片18与后短路片19之间，由固定螺帽21将前短路片18与后短路片19固定在活塞连杆22上。活塞连杆22穿过圆形槽波导端面盖板23与螺旋测微仪相连。所述的前短路片18、后短路片19的平面形状为圆形短路片或带翼短路片，圆形短路片位于圆形通孔24中；带翼短路片中的圆形部分位于圆形通孔24中，带翼部分位于圆形通孔24旁二块金属平板之间的空间中。
短路片的圆的直径略小于圆形通孔24的直径，以调节活塞时短路片与圆形通孔24的壁不触碰为宜。但二者之间隙缝应尽量小，带翼短路片中的翼长为1λ～3λ，聚四氟乙烯绝缘环套在连杆上。
短路片用黄铜等良导体，圆绝缘环用聚四氟乙烯等材料，活塞连杆用硬质金属制成如钢等。
(4)调谐螺钉在圆形槽波导内，在第n对“晶体管对”(最后一对)与耦合膜片26之间装有调谐螺钉17，它旋入绝缘条上的调配螺钉的螺母16中。
(5)耦合膜片(输出窗)
在通常情况下，产生的能量沿圆形槽波导Z＞0的方向输出，但是也可以距调节螺钉17右边装一耦合膜片，产生的能量通过耦合膜片26向圆形槽波导Z＞0的方向输出，耦合膜片用黄铜等良导体制成，厚度δ＜0.5λ，它的对称中心开有耦合孔，孔的形状可以是圆形，也可以是矩形。
(6)总装配该圆形槽波导功率合成器采用上绝缘条1a、下绝缘条1b隔开二块金属平板即前金属平板2、后金属平板5，上绝缘条1a、下绝缘条1b分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条1a、下绝缘条1b内侧分别设有尖劈形匹配干负载3，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板的长度方向且直径为D的圆形通孔24构成圆形槽波导；在圆形槽波导的两侧分别设有一个盖板23和耦合膜片26；在二块金属平板之间的空隙中设有一对或多对与圆形通孔24相垂直的晶体管座6和馈电扼流同轴线11，每一个晶体管座6对应一个馈电扼流同轴线11位于同一条轴线上；在晶体管座6位于圆形通孔24内的一端设有下径向盘8，晶体管座6的另一端固定在晶体管座螺母7上；在馈电扼流同轴线11位于圆形通孔内的一端设有上径向盘10，馈电扼流同轴线11的另一端固定在同轴线螺母13上；晶体管9设在晶体管座6上并位于下径向盘8和上径向盘10之间；在圆形通孔24轴线上的盖板23内侧还设有圆形槽波导可调谐短路活塞，可调谐短路活塞的活塞连杆22的外端伸出圆形通孔24和盖板23外；在馈电扼流同轴线11与耦合膜片26之间设有调节螺钉17。
①将各个另件去油，清洁处理②把带有上径向盘10的馈电扼流同轴线11内导体的短路活塞部份包上绝缘层，输出同轴线部份的内导体上套上强吸收电磁波的绝缘套15小心地将它放入同轴线外导体12内。
③在上绝缘条上嵌入同轴线螺母13将馈电扼流同轴线旋入其中，然后在上绝缘条上嵌入调配螺钉的螺母16将调谐螺钉17旋入其中。
④在下绝缘条上嵌入晶体管座螺母7把晶体管9旋入下径向盘8并将晶体管座6旋入晶体管座螺母7。
⑤按图1方式组装成短路活塞。
⑥把以上各部份按图1方式与圆形槽波导二块金属平板2、5，尖劈形负载3和绝缘条1用螺栓4固定好，此时必须使馈电扼流同轴线、上径向盘、晶体管、下径向盘和晶体管座处在同一条轴线上，且保持电性能接触良好。
⑦在上绝缘条上安装电缆插座，使其内导体与馈电扼流同轴线相接，即同轴线内导体穿过电缆插座内导体孔，并固定之，使外导体之间相接触。
⑧在圆形槽波导左端接上盖板23，使短路活塞连杆通过盖板中心孔并与螺旋测微仪相连接。
⑨在某些情况下，如需与矩形波导系统或整机直接连接时，在圆形槽波导右端接上耦合膜片26。
权利要求1.一种圆形槽波导功率合成器，包括上绝缘条、下绝缘条、金属平板、尖劈形匹配干负载，其特征是该圆形槽波导功率合成器采用上绝缘条(1a)、下绝缘条(1b)隔开二块金属平板即前金属平板(2)、后金属平板(5)，上绝缘条(1a)、下绝缘条(1b)分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条(1a)、下绝缘条(1b)内侧分别设有尖劈形匹配干负载(3)，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔(24)构成圆形槽波导；在圆形槽波导的两侧分别设有一个盖板(23)和耦合膜片(26)；在二块金属平板之间的空隙中设有一对或多对与圆形通孔(24)相垂直的晶体管座(6)和馈电扼流同轴线(11)，每一个晶体管座(6)对应一个馈电扼流同轴线(11)位于同一条轴线上；在晶体管座(6)位于圆形通孔(24)内的一端设有下径向盘(8)，晶体管座(6)的另一端固定在晶体管座螺母(7)上；在馈电扼流同轴线(11)位于圆形通孔内的一端设有上径向盘(10)，馈电扼流同轴线(11)的另一端固定在同轴线螺母(13)上；晶体管(9)设在晶体管座(6)上并位于下径向盘(8)和上径向盘(10)之间；在圆形通孔(24)轴线上的盖板(23)内侧还设有圆形槽波导可调谐短路活塞，可调谐短路活塞的活塞连杆(22)的外端伸出圆形通孔(24)和盖板(23)外；在馈电扼流同轴线(11)与耦合膜片(26)之间设有调节螺钉(17)。
2.根据权利要求1所述的圆形槽波导功率合成器，其特征在于所述的尖劈形匹配干负载(3)的尖劈高度是电磁波工作半波长的整数倍。
3.根据权利要求1所述的圆形槽波导功率合成器，其特征在于在圆形槽波导长度方向是振荡器能量输出的方向。
4.根据权利要求1所述的圆形槽波导功率合成器，其特征在于所述的圆形槽波导可调谐短路活塞由前短路片(18)、后短路片(19)、绝缘环(20)、固定螺帽(21)、活塞连杆(22)组成，绝缘环(20)位于前短路片(18)与后短路片(19)之间，由固定螺帽(21)将前短路片(18)与后短路片(19)固定在活塞连杆(22)上。
5.根据权利要求4所述的圆形槽波导功率合成器，其特征在于所述的前短路片(18)、后短路片(19)的平面形状为圆形短路片或带翼短路片，圆形短路片位于圆形通孔(24)中；带翼短路片中的圆形部分位于圆形通孔(24)中，带翼部分位于圆形通孔(24)旁二块金属平板之间的空间中。
6.根据权利要求1所述的圆形槽波导功率合成器，其特征在于所述的耦合膜片(26)的中间设有耦合孔，构成圆形孔耦合膜片(261)或矩形孔耦合膜片(262)。
专利摘要圆形槽波导功率合成器是一种应用于雷达整机的圆形槽波导功率合成器，在结构上，上绝缘条、下绝缘条分别位于二块金属平板之间的两侧，在上绝缘条、下绝缘条内侧分别设有尖劈形匹配干负载，在二块金属平板端面的对称中心设有一个沿着平板长度方向且直径为D的圆形通孔构成圆形槽波导；在圆形槽波导的两侧分别设有一个盖板和耦合膜片在二块金属平板之间的空隙中设有一对或多对与圆形通孔相垂直的晶体管座和馈电扼流同轴线，每一个晶体管座对应一个馈电扼流同轴线位于同一条轴线上；在圆形通孔轴线上的盖板内侧还设有圆形槽波导可调谐短路活塞，可调谐短路活塞的活塞连杆的外端伸出圆形通孔和盖板外。
文档编号H01P7/04GK2738411SQ20042007978
公开日2005年11月2日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者杨鸿生 申请人:东南大学