一种高功率T型矩形波导微波移相器的制作方法

本发明属于微波传输技术领域，具体涉及高功率微波传输技术领域。

背景技术：

高功率微波移相器是高功率微波传输系统的关键器件之一，其性能直接影响设备和系统的技术指标，因此研究具有高精度、高功率容量、损耗小和结构紧凑的移相器具有重要意义。根据实现方式划分，目前常用微波移相器主要分为3类：铁氧体移相器、介质加载移相器和机械式移相器等。其中铁氧体移相器和介质加载移相器受材料击穿阈值限制，功率容量较低；机械式移相器常采用波导作为载体，通过调节机械结构实现移相功能，具有较高的功率容量和可靠性，因此这类移相器适合在高功率微波领域应用。

机械式移相器也分为多种类型，目前在高功率微波领域最为常用的是内插金属片矩形波导移相器(廖勇,谢平,徐刚,陈世韬,施美友,马弘舸.一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析[j].强激光与粒子束,2015,(06):198-203)和拉伸式矩形波导移相器(y.m.yang,c.w.yuan,andb.l.qian.anovelphaseshifterforku-bandhigh-powermicrowaveapplications[j].ieeetrans.plasmasci.,2014,42(1):51-54)。内插金属片矩形波导移相器通过在矩形波导中放置平行于电场的可沿波导宽边移动的金属片实现波导内的可变相移，但该移相器的金属片边缘存在明显局部电场增强效应，限制了移相器的功率容量；拉伸式矩形波导移相器通过移动侧壁上的金属片改变波导窄边长度进而实现波导内的可变相移，这种移相器虽然结构简单，但是较大的体积限制了其在高频段高功率微波领域的应用。此外，这两种移相器有还有一个共同的不足之处就是它们的相移量随金属片移动距离呈非线性变化，因此不易实现相移量的快速高精度调节。

技术实现要素：

本发明目的在于解决现有技术中移相器的相移量随金属片移动距离呈非线性变化不易实现相移量的快速高精度调节的技术问题，提供一种功率容量高、损耗小、结构紧凑，同时相移量可随金属片移动距离线性调节的高功率t型矩形波导微波移相器。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案以解决上述技术问题。

一种高功率t型矩形波导微波移相器，包括4段直波导、4段h面切角弯波导、拉伸金属片、金属隔片；其中，移相器结构沿金属隔片两侧呈对称分布，在移相器左侧，直波导1作为移相器的输入端，与直波导1对称的直波导为输出端；直波导1右侧与h面切角弯波导2相连接，金属隔片4位于移相器中间位置，分隔移相器形成对称分布的两个直波导，

左侧直波导3上侧与h面切角弯波导2相连，下侧与h面切角弯波导5相连，其中h面切角弯波导的形成与拉伸金属片6相关，拉伸金属片6位于移相器的下部，其两端的切角形成了沿中心对称分布的两个h面切角弯波导；

金属隔片4可以随拉伸金属片6联动，且两者的相对位置保持不变

进一步的，所述的h面切角弯波导的切角均为45°，且输入/输出端口宽边长度相等；拉伸金属片6的切角也为45°。

进一步的，当移动该移相器的拉伸金属片时，其输出差相移量与移动距离δd具有如下关系：

式中：λ0为自由空间波长,a为波导宽边长度；

当给定具体的最大差相移量后，可以根据下式计算移动拉伸金属片的最大移动距离δdmax：

进一步的，所述直波导为可以传输给定目标频点微波信号的标准直波导。

本发明的有益效果如下：

1、通过移动拉伸金属片，使金属隔片两侧直波导的长度发生变化，进而改变微波传输距离，从而实现相移功能。相移量随金属片的移动距离成线性变化，这种移相方式能够实现移相器相移量的快速高精度调节。

2、该移相器内部无易击穿的介质材料，功率容量高，传输损耗小。

3、该移相器的4个直波导均选择为标准波导，h面切角弯波导的切角均为45°，且输入/输出端口宽边长度相等，使得移相器结构简单紧凑，加工方便。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为图1的a-a’方向剖视图；

图3为本发明实施例的一种高功率t型矩形波导微波移相器的散射参数和相移量随拉伸金属片移动距离变化的仿真结果；

图4为本发明实施例的一种高功率t型矩形波导微波移相器的场强分布仿真结果；

图中，1-直波导，2-h面切角弯波导，3-直波导，4-金属隔片，5-h面切角弯波导，6-拉伸金属片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种高功率t型矩形波导微波移相器，它包括4段直波导、4段h面切角弯波导、拉伸金属片以及可以随拉伸金属片联动的金属隔片。该移相器沿a-a’中心对称，即移相器左侧与右侧结构相同。在移相器左侧，直波导1作为移相器的输入端，直波导1右侧与h面切角弯波导2相连接，金属隔片4位于移相器中间，分隔移相器形成对称分布的两个直波导，其中左侧直波导3上侧与h面切角弯波导2相连，下侧与h面切角弯波导5相连，具有切角的拉伸金属片6位于移相器的下部，形成了沿中心对称分布的两个h面切角弯波导。

为便于与系统中其它波导器件直接相连，本发明的直波导使用可以传输给定目标频点微波信号的标准波导。

为了便于加工，且使得移相器的尺寸更简单紧凑，将h面切角弯波导切角设置为45°，且输入/输出端口宽边长度相等。

如图2所示，金属隔片4可以随拉伸金属片6进行联动，两者的相对位置保持不变。

根据微波理论，矩形波导主模传输的传播常数k与波导宽边的长度a有关，可以表示为：

式中：λ0为自由空间波长。根据给定的中心频点选择好对应的标准波导后，k为常数。

当移动该移相器的拉伸金属片时，其输出差相移量与移动距离δd具有如下关系：

从式(2)可以看出，选定好移相器的尺寸后，移相器的差相移量随移动距离呈线性关系。当给定具体的最大差相移量后，可以根据下式计算移动拉伸金属片的最大移动距离δdmax：

本实施例还示例性的提供了一种上述高功率t型矩形波导微波移相器的具体实现结构参数：

例如，以s波段中心频点为2.856ghz，设计最大移相范围为180°的高功率t型矩形波导微波移相器为例。根据中心频点，选择尺寸为72.14mm×34.04mm的标准波导作为直波导；h面切角波导弯头的切角为45°，倒角长度为51mm；金属隔片厚度为3mm，金属隔片长度d为38mm，根据公式(3)可以计算得到当最大相移范围为180°时，拉伸金属片的最大移动距离δdmax约为33mm。

在2.856ghz为中心频率，注入峰值功率为1w时，高功率t型矩形波导微波移相器的散射参数和相移量随拉伸金属片移动距离的变化如图3所示。由图可知，移相器金属隔片从38mm拉伸至71mm的过程中，s11参数均小于-30db，即传输效率大于99.9％。最大差相移量约为182°，并且相移量随拉伸长度呈线性变化，相移灵敏度约为5.5°/mm。移相器内部电场分布如图4所示。由图可知，内部表面最大电场幅度为700v/m。与直接在标准波导中注入1w峰值功率，波导内部最大电场幅度为688v/m相比，该移相器无明显的电场增强现象，具有较高的功率容量。由以上实施实例可以看出，本发明提供了一种高功率t型矩形波导微波移相器。这种移相器具有功率容量高，损耗小，结构紧凑，便于加工，同时相移量随金属片的移动距离成线性变化，可以实现移相器相移量的快速高精度调节等优点，在高功率微波传输和发射系统等技术领域具有很高的实用价值。

以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。