一种基于双面阶梯矩形波导的全波段魔T的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及雷达、微波、通信等无线传输系统中的波导器件技术领域，尤其是涉及一种基于双面阶梯矩形波导的全波段魔t。

背景技术：
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魔t属于微波功率分配器件的一种，通过将e-t分支和h-t分支合并，并在接头内加匹配以消除各路的反射构成的魔t，可以作为功率分配器、和差器、移相器、调配器、波导开关、大功率环形器等多种器件使用，是微波毫米波系统中重要的无源器件。其中，常用的矩形波导魔t虽然具有结构简单、功率容量高、端口特性好等优点，但调谐困难，各端口的插损、驻波比、带宽性能也被极大的限制，因此仍有许多的研究者致力于通过改进波导结构和匹配设计，以提升波导魔t的全波段性能。

在周蒙，曹卫平《一种新型宽带波导魔t的设计》一文中，刊名《桂林电子科技大学学报》，出版日期2013年12月。根据传统魔t的匹配结构在魔t内腔偏置中心位置放置了一多台阶金属圆锥，达到阻抗匹配并提高带宽的目的；在丁解，林维涛《宽带脊波导魔t的设计》一文中，刊名《现代雷达》，出版日期2019年1月。通过两根金属棒将魔t的h面的上脊与e面的双脊相连并在et接头和ht接头的交界处添加金属匹配块来改进指标。但相比于矩形波导魔t结构，以上设计制作工艺较为复杂，且并未实现全频带平坦的频率响应，并未实现在矩形波导魔t设计上的突破。此外，现有商用产品如millitech、quinstar等公司的系列魔t，在规定的波段带宽范围内只能覆盖80％的频率带宽，在各波段带宽边缘性能恶化严重。

由此可见，能够实现全波段频率响应的矩形波导魔t在现有的产品和商用文献中尚未见报道。

技术实现要素：
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本实用新型针对现有的魔t在工程应用中存在的工作带宽有限、整个波段频带边缘处性能差、制作工艺复杂等不足，提供一种基于双面阶梯矩形波导的全波段魔t。

本实用新型的具体技术方案如下：

一种基于双面阶梯矩形波导的全波段魔t，由e-t和h-t接合而成，包括四个矩形波导管，分别为由第一波导管、第二波导管和第三波导管共同构成h-t波导管和e面支节波导管，每个矩形波导配置一个标准波导端口，h-t波导管和e面支节波导管连接处设有匹配锥台和匹配圆柱，第一波导管、第二波导管和第三波导管和e面支节波导管均作相同的减高处理。

减高处理指四个矩形波导的高度和宽度减小，对于q波段，减小后矩形波导的高度a1取2.5-2.7mm，减小后矩形波导的宽度b1＝1/2a1；

对于u波段，减小后矩形波导的高度a1取2.1-2.3mm，减小后矩形波导的宽度b1＝1/2a1。

对之配合，对于q波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取3.0，上侧圆柱半径取r2取0.25，高度l2取1.6；匹配柱圆柱长度l3取1.6；匹配圆柱轴线到e面支节波导管端面的距离为m1取1.2；单位为mm。

对之配合，对于u波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取2.6，上侧圆柱半径取r2取0.2，高度l2取1.3；匹配柱圆柱长度l3取1.3；上侧圆柱半径r1和a之间的中心直线距离为m1取1.0；单位为mm。

本实用新型具有如下有益效果：

与现有的魔t相比，本实用新型基于双面矩形波导阶梯结构，通过减小波导魔t的高度和宽度，有效拓宽了魔t的工作带宽，从现有的80％波导带宽拓展为全波段，具有工作带宽大，性能优越，幅度相位一致性好的优点。

本实用新型基于双面矩形波导阶梯结构，匹配结构简单，易于加工制造，具有生产效率高，生产成本低廉的特点。

附图说明

图1是本实用新型的三维结构图；

图2是本实用新型在q波段s参数随b1变化的模拟结果图；

图3是本实用新型在u波段s参数随b1变化的模拟结果图；

图中：1-第一波导管；2-第二波导管；3-第三波导管；4-e面支节波导管；5-匹配锥台；6-匹配圆柱；7-标准波导端口；8-标准波导端口；9-标准波导端口。

具体实施方式

实施例一：

本实用新型的基于双面阶梯矩形波导的全波段魔t，三维结构图如图1所示，由e-t和h-t接合而成，包括四个矩形波导管，分别为由第一波导管1、第二波导管2和第三波导管3共同构成h-t波导管和e面支节波导管4，每个矩形波导配置一个标准波导端口，分别为准波导端口7、准波导端口8、准波导端口9；h-t波导管和e面支节波导管连接处设有匹配锥台5和匹配圆柱6，第一波导管1、第二波导管2和第三波导管3和e面支节波导管4均作相同的减高处理。

减高处理指四个矩形波导的高度和宽度减小，对于q波段，减小后矩形波导的高度a1取2.5-2.7mm，减小后矩形波导的宽度b1＝1/2a1；

对于u波段，减小后矩形波导的高度a1取2.1-2.3mm，减小后矩形波导的宽度b1＝1/2a1。

对之配合，对于q波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取3.0，上侧圆柱半径取r2取0.25，高度l2取1.6；匹配柱圆柱长度l3取1.6；匹配圆柱轴线到e面支节波导管端面的距离为m1取1.2；单位为mm。

对之配合，对于u波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取2.6，上侧圆柱半径取r2取0.2，高度l2取1.3；匹配柱圆柱长度l3取1.3；上侧圆柱半径r1和a之间的中心直线距离为m1取1.0；单位为mm。

h-t波导管的一端与e面支节波导管的内部腔体连通，h-t波导管的中心位于e面支节波导管截面所处的同一平面上，匹配锥台5设置在e面支节波导管的中部内壁上，匹配圆柱6的一端固定在匹配锥台5的顶部。

本矩形波导魔t是一个四端口耦合器，第一波导管端口上的输入信号被均分为两个振幅平衡的相位信号，共线端口上的相位信号与e面端口隔离，输入到e面端口的信号被均分，在共线端口(e面)处分成两个振幅平衡相位相差180°的信号，并与第一波导管端口隔离。输入到两个共线端口的同相和等幅信号在第一波导管端口产生组合信号，并且在e面端口产生抵消信号。由于魔t属于互易性器件，第二、第三波导端口使用时可以调换位置且功能相同。

本实用新型，对长度为l1波导管尺寸做减高处理，匹配锥台5和匹配圆柱6起到调节波导管间阻抗的作用。图1所示，变量a和b是标准波导的高和宽尺寸，a1和b1是减高后的波导尺寸，l1是波导长度(不变，未做减小处理)。内部匹配椎台的下侧半径为r1，上侧圆柱半径为r2，匹配锥台高度为l2；匹配柱圆柱长度为l3，匹配圆柱半径为r2；匹配圆柱轴线到e面支节波导管端面的距离为m1。

实施例二：

本实例具体设计如下：

本实用新型的基于双面阶梯矩形波导的全波段魔t结构，其性能指标要求如下：

表1是本实用新型在q波段、u波段对应的各波导管尺寸列表。

图2为本实用新型应用于q波段和u波段混频器时相应的波导尺寸表，其中a和a1分别为b和b1的两倍，两种不同频带魔t的b1最终应用值为2.7mm和2.3mm；两种不同频带魔t的a1最终应用值为5.4mm和4.6mm。

对于q波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取3.0，上侧圆柱半径取r2取0.25，匹配锥台高度l2取1.6；匹配柱圆柱长度l3取1.6；上侧圆柱半径r1和a之间的中心直线距离为m1取1.2；单位为mm。

对于u波段，四个矩形波导波导长度l1取5.0；匹配锥台的下侧半径r1取2.6，上侧圆柱半径取r2取0.2，匹配锥台高度l2取1.3；匹配柱圆柱长度l3取1.3；上侧圆柱半径r1和a之间的中心直线距离为m1取1.0；单位为mm。

本实用新型针对q波段和u波段s参数随b1变化的模拟结果图如图3所示。可以发现，常规magictees(b1＝b,a1＝a)的在高频段边缘出现性能劣化，引入双面阶梯矩形波导时，随着b1的值分别减小至2.5-2.7mm和2.1-2.3mm时，高频边缘的插入损耗(|s21|)大大增加，回波损耗(|s11|)大大减小。q波段和u波段魔t的谐振频率点移动到更高的频带，在指定的频带内响应曲线平坦。

经减高处理后的魔t在q波段33-55ghz、u波段40-60ghz的频率响应曲线平坦，输入回波损耗都小于14db，附加插入损耗都小于0.3db，它们具有插入损耗低、全波段范围内频率响应平坦的特点。

典型工作带宽：对于q和u波段全频带，其回波损耗均大于14db；附加插入损耗均小于0.3db。

以上实例仅为方便说明本实用新型，本实用新型可以应用于其它频带的魔t设计上，矩形贴片和径向贴片的尺寸、数量、各贴片间的间距和电路布局等根据相应的工作频段确定。

表1