一种同轴线/双脊波导复合魔T的制作方法

本发明涉及微波/毫米波超宽带功率合成技术领域，具体涉及一种基于同轴-双脊波导复合魔t的研究。

背景技术：

毫米波具有宽频带、高精度、高分辨率和大信息容量等优点，在军事雷达系统、射电天文学和太空以及短距离无线高速传输等领域有着巨大的应用价值和市场前景。波导魔t作为微波/毫米波系统的重要连接器件，因而被人们广泛关注。与微带相比，它具有功率容量大、插损低、端口性能好等优点。由于有着诸多优点，魔t被广泛应用于微波集成电路、电子对战设备以及制导武器系统等领域。

双脊波导魔t除具有普通矩形波导魔t的特点外，由于脊的突起,双脊波导的电场和磁场集中在双脊附近,波导内部传输主模te10模的截止波长λc更长，高次模te20模的截止波长λc更短，双脊波导的工作频带比普通的矩形波导要宽得多。由于双脊波导的宽频带特性，通常频带可达到一个倍频程以上，作为合成器极其适用于超宽带微波大功率合成。

一般该结构中，波导魔t的匹配结构设计复杂(主要由金属圆杆、金属翅片以及金属膜片组成)，不利于前期的建模以及优化，此外由于结构本身限制，波导魔t结构很难达到三个倍频程及以上的带宽。2014年来自北京真空电子技术研究所的孟晓君,任卫宏等人研制了一个6.5～18ghz大功率双脊波导魔t[孟晓君,任卫宏,孔小进,等.6.5～18ghz大功率双脊波导魔t研制[j].真空电子技术,2014(2):28-31.]，该魔t的端口驻波比优于1.55，合成臂幅度一致性优于0.2db，合成臂相位一致性优于3°，e—h臂隔离度优31.5db。然而在该结构中，魔t中e—h臂的隔离度、合成臂的幅相一致性等性能仍然有待提升，同时该魔t的带宽为6.5～18ghz，并没有真正意义上达到6～18ghz。而且文章中也指出：魔t的隔离性与尺寸精度和位置精度强烈相关。这也意味着加工与装配的难度非常大。

针对上述加工装配难度高、波导尺寸大等问题，同时也为了进一步增加魔t的带宽，本发明新设计了一种同轴-双脊波导复合魔t结构，将魔t的匹配结构设计成一个简单的矩形金属膜片，大大降低了对加工以及装配的精度要求、增加合成臂的幅相一致性；同时将魔t的h臂设计成同轴而非波导结构，增加e—h臂隔离度、减小了魔t的尺寸，从而实现小型化、集成化的要求。本发明尤其适用于微波/毫米波超宽带大功率合成应用中。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、加工装配方便、体积小、合成臂幅度相位一致好、e—h臂隔离度高的超宽带大功率魔t结构。

本发明解决上述技术问题所采用的方法是：该同轴-双脊波导复合魔t，主要由三个双脊波导端口、一个同轴端口以及魔t内的匹配结构组成。所述的三个双脊波导端口为魔t中的两个合成臂端口以及一个e臂端口、同轴端口为魔t中的h臂端口；魔t内匹配结构为一个矩形金属膜片，使得魔t的匹配结构大大简化。

进一步的是，所述同轴-双脊波导复合魔t中合成臂的双脊波导端口为渐变脊波导，并且将脊做成曲线变化，即脊的高度从臂的端口向中心逐渐增加，使阻抗渐变，从而使反射降低，也使得波导魔t的匹配结构更容易设计、带宽进一步增加。

进一步的是，所述同轴-双脊波导复合魔t中的h臂端口为同轴端口，因而大大减小了魔t尺寸，便于魔t向小型化、集成化发展。并且同轴端口可以直接接入负载，使得隔离端口易于加工装配，也增加了魔t中e—h臂的隔离度。

进一步的是，所述同轴-双脊波导复合魔t中的匹配金属膜片正处于魔t的e面，并沿合成端口的对称面对称，并未破坏整个魔t的对称性，因此该魔t具有很好的幅度相位一致性，也达到了功分、匹配一体化的效果。

本发明的有益效果：一、本发明利用双脊波导作为同轴-双脊波导复合魔t中的两个合成臂端口以及一个e臂端口，并且魔t中合成臂的双脊波导端口为渐变脊波导，根据双脊波导的宽频带特性，可以在e臂端口实现超宽带的输出要求；二、本发明利用同轴传输线作为同轴-双脊波导复合魔t中的h臂，大大减小了魔t尺寸，便于魔t向小型化、集成化发展。并且同轴端口可以直接接入负载，降低加工装配难度，同时也增加了魔t中e—h臂的隔离度。三、本发明利用矩形金属膜片作为同轴-双脊波导复合魔t的匹配结构，并且该金属膜片正处于魔t的e面，并沿合成端口的对称面对称，达到了功分、匹配一体化的效果。降低了前期建模优化的复杂程度，也降低了该魔t对加工装配的精度要求。

附图说明

图1(a)是本发明基于同轴-双脊波导复合魔t三视图，(b)是本发明基于同轴-双脊波导复合魔t三维结构示意图；

图2本发明基于同轴-双脊波导复合魔t中e臂与两合成臂端口的驻波系数曲线图；

图3是本发明基于同轴-双脊波导复合魔t中两合成臂端口幅度不平衡度曲线；

图4本发明基于同轴-双脊波导复合魔t两合成臂端口相位不平衡度曲线；

图5本发明基于同轴-双脊波导复合魔t中e臂与h臂隔离度曲线；

图1说明：同轴-双脊波导复合魔t中两合成臂102、103，e臂104，h臂空气同轴101，两合成臂渐变脊波导202、203，e臂非渐变脊波导204，h臂同轴端口负载201，波导魔t中匹配矩形金属膜片301；图2中标记说明：图中标有m1的曲线为双脊波导魔t中e臂的驻波系数曲线，标有m2、m3两根曲线为魔t中两合成臂的驻波系数曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，同轴-双脊波导复合魔t用于功率合成器时，可以在魔t中两合成臂端口102、103输入等幅反相的信号，这两路信号经过魔t中的匹配结构301，最后在e臂端口104合为一路信号输出，而h臂101为隔离端口。同理，双脊波导魔t用于功率分配器时，可以在魔t中e臂端口104输入信号，该信号经过魔t中的匹配结构301，最后在两合成臂端口102、103输出等幅反相的信号，h臂端口101为隔离端口。

在上述实施方式中，同轴-双脊波导复合魔t中合成臂102、103与e臂端口104为脊波导端口，因此该魔t的带宽可以很宽，甚至达到多个倍频程。且合成臂脊波导端口为渐变脊波导202、203；同时为了在最短的距离内达到最佳的匹配效果，将合成臂脊波导端口的过渡脊做成渐变，即脊的高度从臂的端口向中心逐渐增加，使阻抗渐变。这样可以使匹配达到最佳、带宽进一步增加，也能简化魔t中匹配结构的设计；而h臂端口101为同轴端口并且可以直接接入负载，因此e—h臂的隔离度很高，同时也大大减小了波导魔t的尺寸，简化了魔t的结构，便于魔t向小型化、集成化发展；魔t的匹配结构为矩形金属膜片，十分简单，降低了前期建模优化的复杂程度，也降低了魔t对加工装配的精度要求，且该金属膜片正处于魔t的e面，并沿合成端口的对称面对称，达到了功分、匹配一体化的效果，也使得该同轴-双脊波导复合魔t具有很好的幅度相位一致性。

实施例

在该实施例中，如图1所示结构，基于同轴-双脊波导复合魔t的工作频率为5.8～18.5ghz。由e臂脊波导端口104输入，两合成臂脊波导端口102、103输出，h臂同轴端口101为隔离端，并且输入信号经过魔t中的匹配结构301，最后在两合成臂端口102、103输出幅度相等相位相差180°的两路信号。该同轴-双脊波导复合魔t的驻波系数如图2所示：e臂端口的vswr≤1.36、两合成臂端口的vswr≤1.57；两合成臂端口的幅度相位关系见图3、图4所示，可以看出，最终输出的两路信号，幅度不平衡度小于0.05db、相位不平衡度小于0.22db，表现出高度的幅度相位一致性；而且从图5中可以看出，魔t中e—h臂的隔离度大于45db。因此，该发明适用于微波/毫米波超宽带大功率合成电路中，尤其适用于合成臂反相输入、e臂合成输出或者e臂输入，合成臂反相输出的应用领域。