T形h面支节的制作方法
【专利摘要】本发明公布了一种T形H面支节，包括耦合腔，端口A、端口B、端口C，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。本发明的T形H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30%的相对作带宽，还具有加工调试成本低、输出端之间幅相精度高等特点，可以广泛用于雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。
【专利说明】T形Η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。波导功分器由于其功 率容量高、插入损耗低等特点，应用十分广泛。Τ形Η面支节既可以单独使用，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。Τ形Η面支节可以 为各种传输线形式，但以波导Τ形Η面支节(普遍称为Τ形波导分支）最为普遍。这些波导 Τ形Η面支节存在以下不足：1)带宽不足。市场上的波导Τ形Η面支节的相对工作带宽普 遍在15%左右。2)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，相对工作带宽可以达到30%以上的 紧凑型宽带T形Η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： Τ形Η面支节，包括耦合腔，端口 Α、端口 Β、端口 C，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 Α或端口 Β 或端口 C相连。
[0005] 为了改善端口 A作为输入端时，该T形Η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：对于与端口 Α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 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宽度沿从耦合腔到端口 A的方向不变或单调变小；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；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。
[0006] 所述T形Η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 Η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Τ形Η面支节中心工作频率对应的波长的 2. 5 倍。
[0007] 为了实现器件的宽带特性，端口 Α设置为输入端，我们使该Τ形Η面支节的端口 A 的反射系数在大于30%的相对工作带宽内低于-15dB。
[0008] 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T形Η面 支节的所有部分，包括耦合腔、端口 A、端口 B、端口 C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Η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。
[0009] 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Η面支节的所有部 分，包括耦合腔、端口 Α、端口 Β、端口 C和所有匹配段构成镜像对称结构。即与端口 Α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Η面支节的所有部分，包括耦合 腔、端口 Α、端口 Β、端口 C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1、端口 Α2以对称平面X为对称面而自身成镜像对称结构。端口 Β3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 Β3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。
[0010] 端口 Α、端口 Β和端口 C的中心处的电场方向都与水平面垂直。
[0011] 该Τ形Η面支节的端口 Α、端口 Β、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。
[0012] 为了便于修正加工误差，耦合腔或/和匹配段的上表面可以设置可以从外面调节 其插入深度的微调螺钉。
[0013] 该Τ形Η面支节的端口 Α的法线方向与端口 Β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。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。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 A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。
[0014] 本发明提供了一种结构紧凑T形Η面支节。其中，端口 A在宽带范围内可以实现 良好匹配。由于该T形Η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Τ形分支相比，该发明在相对工作带宽金和端口 Α匹配等方面有显著优势。同时，矩形波 导的T形Η面支节可以用于集成波导网络中。
[0015] 本发明的工作原理可以简述如下：当微波信号通过端口 Α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Η面支节的端口 A的良好匹配。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为实施实例1的俯视示意图 图2为实施实例2的俯视示意图 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。
[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Η面支节的方向。 图中箭头Ρ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Α，总存在该三维封闭空间中的对应点Β，使得线段ΑΒ与该平面X垂直，而且 线段ΑΒ与平面X的交点将线段ΑΒ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所示，τ形Η面支节，包括耦合腔1，端口 A2、端口 B3、端口 C4,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 Α2或端口 Β3或端口 C4相连· 端口 Α2为输入端。与端口 Α2相连的匹配段11和端口 Α2在垂直于线段ΑΧ的某一平 面内的最大宽度沿从耦合腔1到端口 Α2的方向不变或单调变小。与端口 Β3相连的匹配段 11和端口 Β3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 Β3的方向不 变或单调变大。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的方向不变或单调变大。
[0025] 该T形Η面支节的端口 A2的反射系数在大于30%的相对工作带宽内低于-15dB。
[0026] 所述T形Η面支节内部由空气介质填充。耦合腔1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Τ形Η面支节 中心工作频率对应的波长的2. 5倍。
[0027] 该Τ形Η面支节的所有部分，包括耦合腔1、端口 Α2、端口 Β3、端口 C4和所有匹配 段11的上表面都为同一个平面的一部分。
[0028] 与端口 Α2连接的匹配段11为镜像对称结构，其对称平面为X。该Τ形Η面支节的 所有部分，包括耦合腔1、端口 Α2、端口 Β3、端口 C4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 Α2以对称平面X为对称面而自身成镜像对称结 构。端口 Β3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 Β3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。
[0029] 所述端口 Α2,端口 Β3和端口 C4的中心处的电场方向都与水平面垂直。 所述端口 Α2、端口 Β3、端口 C4都为矩形波导。
[0030] 该T形Η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。在耦合腔的与端口 A相对的内侧壁上设置有金属柱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。所以，该T形Η面支节构成紧凑型Η面T形 波导功分器。
[0031] 实施实例2 如图2所示，与实施实例1相比，该实施实例的区别仅在于，1、所述端口 Α2的法线方 向与端口 Β3和端口 C4的法线方向相反。2、在耦合腔的与端口 Α相对的内侧壁上没有设置 有金属柱5。所以，该T形Η面支节构成紧凑型E面Y形波导功分器。
[0032] 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。
[0033] 本发明的Τ形Η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一致性好等特点。它们既可以单独被使用，更可以用于构成多路 功分器。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Η面支节，包括耦合腔（1)，端口 A (2)、端口 B (3)、端口 C (4)，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)的一端与耦合腔（1)相连， 该匹配段（11)的另一端与端口 A (2)或端口 B (3)或端口 C (4)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耦合腔（1)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宽度沿从耦合腔（1)到端口 A (2)的方向不变或 单调变小；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；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；所述端口 A (2)、端口 B (3)和端口 C (4)的中心处的电场方向都与 水平面垂直。
2. 根据权利要求2所述的T形Η面支节，其特征在于，该T形Η面支节的端口 A (2)的 反射系数在大于30%的相对工作带宽内低于-15dB。
3. 根据权利要求1所述的T形Η面支节，其特征在于，所述T形Η面支节内部由空气介 质或其它介质填充；耦合腔（1)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Τ形Η面支节中心工作频率对应的波长的 2. 5 倍。
4. 根据权利要求1中所述的Τ形Η面支节，其特征在于，耦合腔（1)、端口 A (2)、端口 B (3)、端口 C (4)和所有匹配段（11)的上表面都为同一个平面的一部分。
5. 根据权利要求1所述的T形Η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Η面支节的所有部分，包 括耦合腔（1)、端口 A (2)、端口 Β (3)、端口 C (4)和所有匹配段（11)相对于对称平面X构 成镜像对称结构。
6. 根据权利要求1-5中任意一项所述的T形Η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。
7. 根据权利要求1-5中任意一项所述的T形Η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。
8. 根据权利要求1-5中任意一项所述的T形Η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Α，内侧壁Α上设置有金属柱（5)。
9. 根据权利要求1-5中任意一项所述的T形Η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150度并小于210度。
【文档编号】H01P5/12GK104091996SQ201410352934
【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