T形eh面支节的制作方法
【专利摘要】本发明公布了一种T形EH面支节，包括耦合腔，端口A、端口B、端口C，过渡腔和至少一个一级、两级或多级的匹配段。该匹配段的一端与耦合腔或过渡腔相连，另一端与端口A或端口B或端口C相连。本发明实现了紧凑型宽带波导功分器，特别是其端口A的中心处的电场方向与两个输出端中心处的电场方向可以扭转90度，同时两个输出端的信号的相位差可以在宽带范围内保持在180度。本发明的T形EH面支节结构简单紧凑，可以方便地与其它微波元器件作为一体一次性加工完成，可以成为集成波导系统的重要元器件。本发明具有高达41%的相对作带宽，输出端之间幅相精度高、输入输出极化方向旋转和输出端之间实现准确180度相位差等特点。
【专利说明】T形EH面支节
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功分器，具体地说，是涉及一种幅度和相位一致性好的紧凑型宽 带功率分配器。
【背景技术】
[0002] 功分器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用元件。T形分支由于其功率 容量高、插入损耗低等特点，应用十分广泛。T形分支既可以单独使用，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。T形分支可以为各种传输 线形式，但以波导T形支节最为普遍。已有的波导T形支节主要包括E面T形分支和Η面 Τ形分支。这些波导Τ形支节存在以下不足：1)带宽不足。市场上的波导Ε面Τ形分支和 波导Η面Τ形分支的相对工作带宽普遍在15%左右。2)极化方向限制，市场上的波导Ε面 Τ形分支和波导Η面Τ形分支的端口 Α和端口 Β，端口 Α和端口 C的中心处的电场方向都是 相互平行的，无法让输出电场方向在输入电场方向的基础上实现旋转。3)相位限制，市场上 的E面T形波导分支和Η面T形波导分支的端口 B和端口 C的相位之间无法在全相对工作 带宽内实现180度的相位差。4)小型化限制，已有技术无法在很小的空间内对端口 Α进行 良好的全带宽匹配。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供幅度和相位一致性好，输入输出极化方向可实现90°旋 转，两个输出端相位差可为180度，相对工作带宽可以达到30%以上的紧凑型宽带T形 面支节功率分配器。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： T形面支节，包括耦合腔，端口 A、端口 B、端口 C，和过渡腔，其特征在于，还包括至 少一个一级或两级或多级的匹配段，该匹配段的一端与耦合腔相连，该匹配段的另一端与 端口 A或端口 B或端口 C相连。
[0005] 为了使输入波导的极化方向在输入波导极化方向的基础上实现90度旋转，所述 端口 A的中心处的电场方向在水平面内，而端口 B和端口 C的中心处的电场方向与水平面 内垂直。
[0006] 为了改善端口 A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的 宽度按如下方式设置：端口 A为输入端，端口 A通过匹配段和过渡腔与耦合腔相连；对于与 端口 A相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接过渡腔中某一点和端口 A上另一点的 一条线段AX，该与端口 A相连的匹配段和端口 A在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度 沿从过渡腔到端口 A的方向不变或单调增大；端口 B通过匹配段和耦合腔相连，对于与端 口 B相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口 B上另一点的一 条线段BY，该与端口 B相连的匹配段和端口 B在垂直于线段BY的某一平面内的最大宽度沿 从耦合腔到端口 B的方向不变或单调变大；端口 C通过匹配段和耦合腔相连，对于与端口 C 相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口 C上另一点的一条线 段CZ，该与端口 C相连的匹配段和端口 C在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦 合腔到端口 C的方向不变或单调变大。
[0007] 为了改善端口 A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的 深度按如下方式设置：端口 A为输入端，端口 A通过匹配段和过渡腔与耦合腔相连；对于与 端口 A相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接过渡腔中某一点和端口 A上另一点的 一条线段AX，该与端口 A相连的匹配段和端口 A在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度 沿从过渡腔到端口 A的方向不变或单调增大；端口 B通过匹配段和耦合腔相连，对于与端 口 B相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口 B上另一点的一 条线段BY，该与端口 B相连的匹配段和端口 B在垂直于线段BY的某一平面内的最大深度沿 从耦合腔到端口 B的方向不变或单调变大；端口 C通过匹配段和耦合腔相连，对于与端口 C 相连的匹配段，存在一条位于水平面内并连接耦合腔中某一点和端口 C上另一点的一条线 段CZ，该与端口 C相连的匹配段和端口 C在垂直于线段CZ的某一平面内的最大深度沿从耦 合腔到端口 C的方向不变或单调变大。
[0008] 为了进一步改善端口 A作为输入端时该器件的匹配并拓展相对工作带宽，在与端 口 B或端口 C相连的匹配段上设置有只与该匹配段的地面连接的金属体。
[0009] 所述T形面支节内部由空气填充。为了器件的小型化，我们也可以使所述T形 面支节内部由其它介质填充。耦合腔和所有匹配段的总和结构为结构Q，结构Q在三维 空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形EH面支节中心工作频率对应的波 长的2. 5倍。
[0010] 为了便于利用普通数控铣床加工，便于该器件与其它微波器件的集成，该τ形 面支节的所有部分，包括耦合腔、端口 A、端口 B、端口 C、过渡腔和所有匹配段的上表面都为 同一个平面的一部分。这样，该T形面支节和其它相连的微波器件可以分为底座和盖板 加工完成。其中底座和盖板之间没有很高的对位要求。
[0011] 为了在两个输出端之间实现良好的幅度和相位一致性，该τ形面支节的所有部 分，包括耦合腔、端口 A、端口 B、端口 C、过渡腔和所有匹配段构成镜像对称结构。即与端口 A连接的匹配段为镜像对称结构，其对称平面为对称平面X。该T形面支节的所有部分， 包括耦合腔、端口 A、端口 B、端口 C、过渡腔和所有匹配段相对于对称平面X构成镜像对称结 构。具体地讲，耦合腔、过渡腔和端口A以对称平面X为对称面而自身成镜像对称结构。端 口 B以对称平面X为对称面与端口 C构成镜像对称结构。连接端口 B的匹配段以对称平 面X为对称面与连接端口 C的匹配段构成镜像对称结构。
[0012] 该T形面支节的端口 A、端口 B、端口 C可以分别为矩形波导、圆波导、脊波导、 基片集成波导或带线中的任意一种。
[0013] 该T形面支节的端口 A的法线方向与端口 B或/和端口 C的法线方向之间的 夹角大于60度并小于120度，以90度最为常见。为了进一步拓展该T形Η面支节的相对 工作带宽，在所述耦合腔的与端口 Α相对的内侧壁上设置有金属柱，即耦合腔存在与端口 A 相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱。或者端口 A的法线方向与端口 B或/和端口 C的法线方向之间的夹角大于150度并小于210度，以180度最为常见。
[0014] 本发明提供了一种结构紧凑T形面支节。其中，端口 A在宽带范围内可以实现 良好匹配，端口 A和端口 B之间，端口 A和端口 C之间的极化方向可以旋转90°。当端口 B和端口 C都弯曲朝向同一个方向时，它们的信号之间的相位差为180°。由于该T形Ε? 面支节可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，在相互串接构成多 路功分网络时，所有电路都可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成， 由此可以大大简化加工，同时更好地保证加工精度。与已有的Η面或E面T形分支相比， 该发明在相对工作带宽、端口 Α匹配、端口 Α和端口 Β，端口 Α和端口 C极化方向旋转90°、 两个输出端之间的相位差为180度等方面特点明显。
[0015] 本发明的工作原理可以简述如下：当微波信号通过端口 A进入到耦合腔中被分 为两路后，由于传输过程中的不连续性，信号在端口 A将被反射。通过在耦合腔中设置特殊 的空腔结构并在端口 A或/和输出端设置匹配段引入额外反射，可以使端口 A的反射在宽 频段内被抵消，从而实现宽带良好的匹配。本发明让多个不连续性直接紧密连接，从而实现 宽频段内的T形面支节的端口 A的良好匹配。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的俯视示意图 图2为实施实例1的DD向剖视示意图 图3为实施实例2的俯视图 图4为实施实例2的沿端口 A法线方向相反的方向的示意图 附图中标号对应名称：1-耦合腔，2-端口 A，3-端口 B，4-端口 C，11-匹配段，5-金属 柱，6-金属体，7-过渡腔。
[0017] 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。
[0018] 法线方向：是指垂直于端口 A或端口 B或端口 C端面远离T形面支节的方向。 图中箭头P表示各个端口的法线方向。
[0019] 任意三维结构在三维空间中的最大尺寸：该三维结构中任意两点的距离的最大 值。
[0020] 镜像对称：对于任意三维封闭空间,存在一平面对称平面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。
[0021] 相对工作带宽：如果一只微波器件的工作平率范围从Π 到f2，其相对工作带宽 确定为：【2*(f2-flV(f2+fl)】的绝对值。
[0022] 匹配段和端口在垂直于线段AX的某一平面内的最大宽度：匹配段和端口与垂直 于线段AX的某一平面的截面图形在水平方向上的宽度的最大值。
[0023] 匹配段和端口在垂直于线段AX的某一平面内的最大深度：匹配段和端口与垂直 于线段AX的某一平面的截面图形在垂直方向上的深度的最大值。
【具体实施方式】
[0024] 实施实例1 如图1和2所示。T形HI面支节，包括耦合腔1，端口 A2、端口 B3、端口 C4、过渡腔7， 还包括3个1级的匹配段11。该匹配段11的一端与耦合腔1相连，该匹配段11的另一端 与端口 A2或端口 B3或端口 C4相连. 所述端口 A2的中心处的电场方向位于水平面内，而端口 B3和端口 C4的中心处的电场 方向与水平面垂直。
[0025] 为了改善端口 A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的 宽度按如下方式设置：端口 A2为输入端，端口 A2通过匹配段11和过渡腔7与耦合腔1相 连；对于与端口 A2相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接过渡腔7中某一点和端 口 A2上另一点的一条线段AX，该与端口 A2相连的匹配段11和端口 A2在垂直于线段AX的 某一平面内的最大深度沿从过渡腔7到端口 A2的方向单调增大；端口 B3通过匹配段11和 耦合腔1相连，对于与端口 B3相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中 某一点和端口 B3上另一点的一条线段BY，该与端口 B3相连的匹配段11和端口 B3在垂直 于线段BY的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔1到端口 B3的方向单调变大；端口 C4通过 匹配段11和耦合腔1相连，对于与端口 C4相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接 耦合腔1中某一点和端口 C4上另一点的一条线段CZ，该与端口 C4相连的匹配段11和端口 C4在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔1到端口 C4的方向单调变大。
[0026] 为了改善端口 A作为输入端时，该T形E面支节在宽带范围内的匹配，各匹配段的 深度按如下方式设置：端口 A2为输入端，端口 A2通过匹配段11和过渡腔7与耦合腔1相 连；对于与端口 A2相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接过渡腔7中某一点和端 口 A2上另一点的一条线段AX，该与端口 A2相连的匹配段11和端口 A2在垂直于线段AX的 某一平面内的最大深度沿从过渡腔7到端口 A2的方向单调增大；端口 B3通过匹配段11和 耦合腔1相连，对于与端口 B3相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接耦合腔1中 某一点和端口 B3上另一点的一条线段BY，该与端口 B3相连的匹配段11和端口 B3在垂直 于线段BY的某一平面内的最大深度沿从耦合腔1到端口 B3的方向单调变大；端口 C4通过 匹配段11和耦合腔1相连，对于与端口 C4相连的匹配段11，存在一条位于水平面内并连接 耦合腔1中某一点和端口 C4上另一点的一条线段CZ，该与端口 C4相连的匹配段11和端口 C4在垂直于线段CZ的某一平面内的最大深度沿从耦合腔1到端口 C4的方向单调变大。
[0027] 为了进一步改善端口 A作为输入端时该器件的匹配并拓展相对工作带宽，在与端 口 B3和端口 C4相连的匹配段11上各设置有2根只与该匹配段11的地面连接的金属体6。
[0028] 所述T形面支节内部由空气介质填充。耦合腔1、过渡腔7和所有匹配段11的 总和结构为结构Q。结构Q在三维空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形 EH面支节中心工作频率对应的波长的2. 5倍。
[0029] 该T形面支节的所有部分，包括耦合腔1、端口 A2、端口 B3、端口 C4、过渡腔7 和所有匹配段11的上表面都为同一个平面的一部分。
[0030] 与端口 A2连接的匹配段11为镜像对称结构，其对称平面为X。该T形面支节 的所有部分，包括耦合腔1、端口 A2、端口 B3、端口 C4、过渡腔7和所有匹配段11相对于对 称平面X构成镜像对称结构。具体来讲，耦合腔1、端口 A2和过渡腔7以对称平面X为对称 面而自身成镜像对称结构。端口 B3以对称平面X为对称面与端口 C4构成镜像对称结构。 连接端口 B3的匹配段11以对称平面X为对称面与连接端口 C4的匹配段11构成镜像对称 结构。
[0031] 所述端口 A2、端口 B3、端口 C4都为矩形波导。
[0032] 该T形面支节的端口 A2的法线方向与端口 B3和端口 C4的法线方向之间的夹 角等于90度。在所述耦合腔的与端口 A相对的内侧壁上设置有一根金属柱5,即耦合腔存 在与端口 A相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱。如果将端口 B和端口 C都弯曲朝向 与端口 A2的法线方向相反的方向，端口 B和端口 C的信号之间的相位差为180°。
[0033] 实施实例2 如图3和4所示。与实施实例1相比，该实施实例的区别仅在于，所述端口 A2的法线 方向与端口 B3和端口 C4的法线方向相反。同时，不需要将端口 B3和端口 C4做任何弯曲， 端口 B3和端口 C4信号的相位差已经是180°。另外，该实施实例中没有设置金属柱5。
[0034] 上述仅为举例，给出了本发明的一些较佳的实现方式。实际生产中，耦合腔1可 以为各种形状的空腔，内部还可以设置各种金属凸台或凹槽。
[0035] 本发明的T形面支节具有结构简单紧凑、高达30%的相对带宽、加工调试成本 低、输出端之间幅度和相位精度高等特点。它们既可以单独被使用，更可以用于构成多路功 分器。两个输出端朝向同一方向时，二者的信号之间的相位差为180度。特别是其准平面 结构，这些器件都可以分为底座和盖板，分别采用普通数控铣床一次性加工完成，很好地保 证了器件的加工精度并大大降低加工成本。该器件可以广泛用于雷达、导弹制导、通信等军 事及民用领域。
【权利要求】
1. T形HI面支节，包括耦合腔（1)，端口 A (2)、端口 B (3)、端口 C (4)，和过渡腔（7)， 其特征在于，还包括至少一个一级或两级或多级的匹配段（11)，该匹配段（11)的一端与端 口 A (2)或端口 B (3)或端口 C (4)相连，该匹配段（11)的另一端直接与耦合腔（1)相连 或通过过渡腔（7 )与耦合腔（1)相连； 所述端口 A (2)的中心处的电场方向在水平面内，而端口 B (3)和端口 C (4)的中心 处的电场方向与水平面内垂直；端口 A (2)通过匹配段（11)和过渡腔（7)与耦合腔（1)相 连；对于与端口 A (2)相连的匹配段（11)，存在一条位于水平面内并连接过渡腔（7)中某一 点和端口 A (2)上另一点的一条线段AX，该与端口 A (2)相连的匹配段（11)和端口 A (2) 在垂直于线段ΑΧ的某一平面内的最大深度沿从过渡腔（7)到端口 A (2)的方向不变或单 调增大；端口 B (3)通过匹配段（11)和耦合腔（1)相连，对于与端口 B (3)相连的匹配 段（11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1)中某一点和端口 B (3)上另一点的一条 线段BY，该与端口 B (3)相连的匹配段（11)和端口 B (3)在垂直于线段BY的某一平面内 的最大宽度沿从耦合腔（1)到端口 B (3)的方向不变或单调变大；端口 C (4)通过匹配段 (11)和耦合腔（1)相连，对于与端口 C (4)相连的匹配段（11)，存在一条位于水平面内并 连接耦合腔（1)中某一点和端口 C (4)上另一点的一条线段CZ，该与端口 C (4)相连的匹 配段（11)和端口 C (4)在垂直于线段CZ的某一平面内的最大宽度沿从耦合腔（1)到端口 C (4)的方向不变或单调变大。
2. 根据权利要求1所述的T形面支节，其特征在于，端口 B (3)通过匹配段（11)和 耦合腔（1)相连，对于与端口 B (3)相连的匹配段（11)，存在一条位于水平面内并连接耦合 腔（1)中某一点和端口 B (3)上另一点的一条线段BY，该与端口 B (3)相连的匹配段（11) 和端口 B (3)在垂直于线段BY的某一平面内的最大深度沿从耦合腔（1)到端口 B (3)的方 向不变或单调变大；端口 C (4)通过匹配段（11)和耦合腔（1)相连，对于与端口 C (4)相 连的匹配段（11)，存在一条位于水平面内并连接耦合腔（1)中某一点和端口 C (4)上另一 点的一条线段CZ，该与端口 C (4)相连的匹配段（11)和端口 C (4)在垂直于线段CZ的某 一平面内的最大深度沿从耦合腔（1)到端口 C (4)的方向不变或单调变大。
3. 根据权利要1所述的T形面支节，其特征在于，在与端口 B (3)或端口 C (4)相 连的匹配段（11)上设置有只与该匹配段（11)的地面连接的金属体（6)。
4. 根据权利要求1所述的T形面支节，其特征在于，所述T形面支节内部由空气 介质或其它介质填充；耦合腔（1)、过渡腔（7)与所有匹配段（11)的总和结构为结构Q，结 构Q在三维空间中的最大尺寸小于在无限大的该填充介质中该T形EH面支节中心工作频 率对应的波长的2. 5倍。
5. 根据权利要求1中所述的T形面支节，其特征在于，耦合腔（1)、端口 A(2)、端口 B (3)、端口 C (4)、过渡腔（7)和所有匹配段（11)的上表面都为同一个平面的一部分。
6. 根据权利要求1所述的T形面支节，其特征在于，与端口 A (2)连接的匹配段 (11)为镜像对称结构，该匹配段（11)的对称平面为对称平面X;该T形面支节的所有部 分，包括耦合腔（1)、端口 A (2)、端口 B (3)、端口 C (4)、过渡腔（7)和所有匹配段（11)相 对于对称平面X构成镜像对称结构。
7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的T形面支节，其特征在于，所述端口 A (2)、 端口 B (3)、端口 C (4)可以分别为矩形波导、圆波导、脊波导、基片集成波导或带线中的任 意一种。
8. 根据权利要求7所述的T形HI面支节，其特征在于，端口 A (2)的法线方向与端口 B (3)或/和端口 C (4)的法线方向之间的夹角大于60度并小于120度，或者端口 A (2) 的法线方向与端口 B (3)或/和端口 C (4)的法线方向之间的夹角大于150度并小于210 度。
9. 根据权利要求7所述的T形面支节，其特征在于，耦合腔（1)存在与端口 A (2) 相对的内侧壁A，内侧壁A上设置有金属柱（5)。
【文档编号】H01P5/12GK104091995SQ201410352925
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】王清源 申请人:成都赛纳赛德科技有限公司