四分支波导接头的制作方法

1.本技术涉及微波通信技术领域，具体涉及一种四分支波导接头。


背景技术：

2.四分支波导接头一般分为平面结构和矩形波导两大类。平面结构波导尺寸小，但损耗略大，难以承受大功率应用；矩形四分支波导接头在微波系统中较为常见，矩形四分支波导接头的结构相对工作带宽在10％左右，频段较窄难以满足宽带需求；另外由于锥体的存在，加工的效率会大大下降，加工的成本也会增加。
3.于是，本发明人认为上述缺陷可改善，通过合理运用科学原理进行潜心研究，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本技术。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种四分支波导接头，用在降低加工难度，提升加工效率。
5.根据本技术的一方面，提出一种四分支波导接头，包括：分支波导；波导h臂，所述波导h臂的一端固定于所述分支波导上，与所述分支波导连通；波导e臂，所述波导e臂的一端固定于所述波导h臂与所述分支波导交汇处的正上方，且与所述分支波导连通；匹配台，固定于所述分支波导内，所述匹配台包括本体、第一匹配块、第二匹配块、第三匹配块和匹配圆柱，所述本体在所述波导h臂方向上延伸出第一匹配块，且在所述分支波导方向上分别延伸出第二匹配块和第三匹配块，所述本体的顶部在波导e臂方向上延伸出匹配圆柱。
6.根据一些实施例，所述第一匹配块包括单阶匹配块或多阶匹配块。
7.根据一些实施例，所述第二匹配块与所述第三匹配块包括单阶匹配块或多阶匹配块。
8.根据一些实施例，所述匹配台的本体包括短路阶梯匹配台，具有至少一个阶梯。
9.根据一些实施例，所述至少一个阶梯的数量为1阶～3阶。
10.根据一些实施例，所述四分支波导接头为矩形波导。
11.根据一些实施例，所述匹配台的本体相邻所述波导h臂的一侧为圆弧端面。
12.根据一些实施例，所述匹配台抵接于所述分支波导的底壁及远离所述波导h臂的侧壁。
13.根据另一些实施例，所述匹配台与所述分支波导的底壁及远离所述波导h臂的侧壁一体成型。
14.根据一些实施例，所述波导e臂、所述波导h臂、所述匹配台的本体和所述匹配圆柱的中心线共面。
15.根据一些实施例，所述匹配台对称设置于所述中心线共面的两侧。
16.根据一些实施例，所述第二匹配块与所述第三匹配块对称设置于所述中心线共面的两侧。
17.根据一些实施例，在相对工作带宽30％内，所述四分支波导接头的驻波比小于
1.25。
18.根据一些实施例，所述分支波导包括第一分支波导和第二分支波导，在相对工作带宽30％内，所述第一分支波导与所述第二分支波导的隔离度均大于25db。
19.基于上述的四分支波导接头，通过采用匹配台的技术手段，解决了目前椎体加工难度的问题，实现了分支波导与匹配台的结构一体化加工，降低了加工难度，提升了加工效率，节省了加工成本，有效保证批量生产的一致性。
20.为能更进一步了解本技术的特征及技术内容，请参阅以下有关本技术的详细说明与附图，但是此说明和附图仅用来说明本技术，而非对本技术的保护范围作任何的限制。
附图说明
21.下面结合附图详细说明本公开的实施方式。这里，构成本公开一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解。本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。附图中：
22.图1示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的结构示意图。
23.图2示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的工作状态特征曲线示意图。
24.图3示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的工作状态特征曲线示意图。
具体实施方式
25.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本技术将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
26.所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
27.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
28.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
29.四分支波导接头又可称为波导魔t，常用于构成四分支波导接头的微波传输线主要有带状线、微带线、槽线、基片集成波导、矩形波导以及矩形脊波导等。其中，带状线、微带线、槽线和基片集成波导为平面传输线，构成的四分支波导接头尺寸小，但是损耗略大，并且功率容量有限，不适合大功率应用；矩形波导、矩形脊波导虽然损耗低、能承受较大功率，
但是传统矩形四分支波导接头相对工作带宽较窄；而矩形脊四分支波导接头虽然工作带宽较宽，但是加工较为复杂，并且与其他标准矩形波导微波器件连接时，需要额外的波导接口过渡器件。构成的微波系统较为复杂，不利于系统小型化。
30.四分支波导接头一般由微波传输线构成，通常包含有传输线形成的e臂、h臂、分支波导以及匹配结构。四分支波导接头是一种具有对称结构的四端口微波器件，端口阻抗匹配特性良好，损耗低，e臂和h臂隔离度高，端口输出幅度一致性优良，可以构成单脉冲和差比较器、功分器及双工器等多种微波器件，广泛应用于天馈系统波束形成网络中。
31.常规矩形四分支波导接头一般在e臂和h臂交叉处加载金属锥体和圆柱进行阻抗匹配，相对工作带宽约10％左右，频带较窄难以满足系统宽带工作需要。为了进一步展宽矩形四分支波导接头的工作带宽，目前实现的宽带匹配方法主要有：波导e臂和波导h臂交叉处加载多台阶金属锥体，采用优化算法综合锥体结构的几何参数；其中，多台阶金属锥体结构设计复杂，对锥体加工要求较高，而波导e臂或h臂采用单节或多节阻抗变换段，增加了波导尺寸，不利于四分支波导接头小型化。这些方法虽然能一定程度展宽矩形四分支波导接头工作带宽，但是由于匹配结构较为复杂，因此难以满足宽带小型化微波系统实际应用需求。
32.上述方案的缺点：多台阶金属锥体结构设计复杂，对锥体加工要求较高。双脊四分支波导接头虽然工作带宽较宽，但是加工较为复杂，由于不是标准波导接口，需要额外增加波导过度接口才可以与其它波导器件连接，不利于系统的小型化。采用多节阻抗变换段的方法，增加了波导尺寸，不利于四分支波导接头的小型化。
33.于是，本技术人认为上述发明可改善，通过合理运用科学原理进行潜心研究，终于提出一项设计合理且有效改善的发明。
34.下面将参照附图，对根据本技术实施例的一种四分支波导接头进行详细说明。
35.图1示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的结构示意图。图2示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的工作状态特征曲线示意图。图3示出根据本技术示例实施例的四分支波导接头的工作状态特征曲线示意图。
36.如图1所示，根据本技术示例实施例，本公开一种四分支波导接头(10)包括分支波导、波导e臂20、波导h臂24、匹配台。
37.波导h臂24的一端固定于分支波导上，与分支波导连通。波导e臂20的一端固定于波导h臂24与分支波导交汇处的正上方，且与分支波导连通。
38.匹配台固定于分支波导内，匹配台包括本体301、第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305，匹配台的本体301在波导h臂24方向上延伸出第一匹配块302，且在分支波导方向上分别延伸出第二匹配块303和第三匹配块304，匹配台本体301的顶部在波导e臂20方向上延伸出匹配圆柱305。
39.其中波导e臂20、波导h臂24、匹配台的本体301和匹配圆柱305的中心线共面。匹配台对称设置于中心线共面的两侧。
40.分支波导、波导e臂20以及波导h臂24均为矩形波导管，波导h臂24设置在分支波导的短边侧壁上，波导e臂20设置在分支波导的长边侧壁上。
41.分支波导可以分为第一分支波导21和第二分支波导22，第一分支波导21和第二分支波导22以中心线共面相对称。
42.匹配台的本体301包括短路阶梯匹配台，具有至少一个阶梯。至少一个阶梯的数量可以为1阶～3阶。当然，本公开中不限定其具体数量。匹配台的本体301相邻波导h臂24的一侧为弧面端面。匹配台的本体301与分支波导内壁抵接处均做圆角处理。另外，匹配台的本体301与分支波导的底壁及远离所述波导h臂24的侧壁也可以一体成型。
43.匹配台上的第一匹配块302包括单阶匹配块或多阶匹配块。第二匹配块303与第三匹配块304包括单阶匹配块或多阶匹配块。当然，本公开中多阶匹配块的阶数可以为至少2阶起。第二匹配块303与第三匹配块304对称设置于中心线共面的两侧。第一匹配块302部分位于波导h臂24的腔体内。第二匹配块303和第三匹配块304位于分支波导的腔体内。匹配台的本体301与第一匹配块302、第二匹配块303和第三匹配块304抵接处均做圆角处理。第一匹配块302、第二匹配块303和第三匹配块304均呈现矩形块或矩形台阶块，同时可以将匹配块的边角处进行圆角处理。
44.匹配台的本体301及其上具有的第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305展宽了传统四分支波导接头(10)的工作带宽，匹配结构简单，易于加工制造，可以采用一体成型加工。
45.匹配台可以对波导e臂20、波导h臂24及分支波导交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对波导e臂20和波导h臂24宽带匹配均有作用。
46.匹配台的本体301及其上具有的第一匹配块302、第二匹配块303、第三匹配块304和匹配圆柱305对宽带矩形四分支波导接头(10)进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
47.进一步地，所述匹配台的顶部正对所述波导e臂20的一端端口，提高宽带阻抗补偿的可靠性。匹配台的底壁与所述分支波导的内壁抵接，且与匹配台底壁相连的侧壁抵接于远离波导h臂24的分支波导内壁上，匹配台的顶壁为一平面。匹配台的高度为0.01λ0～0.2λ0，宽度为0.01λ0～0.2λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
48.分支波导的内腔中心位置放置有金属构成的匹配台。匹配台与分支波导的底壁与侧壁相交。匹配圆柱305位于匹配台的上部，匹配圆柱305直径约0.01λ0～0.1λ0，高度约0.01λ0～0.5λ0。匹配圆柱305的部分位于波导e臂20内。
49.通过匹配台在波导内的位置关系，对波导e臂20、波导h臂24以及分支波导交叉区域形成的不连续性进行宽带阻抗匹配，实现了矩形四分支波导接头(10)在30％的工作频带内良好工作，解决了传统矩形四分支波导接头(10)工作带宽窄的问题。
50.本实施例宽带匹配结构不涉及波导e臂20、波导h臂24以及分支波导的阻抗变换，整体结构均采用标准矩形波导，因此可以直接与标准矩形波导构成的微波器件直接连接，有利于构成小型化微波系统。本技术采用匹配台展宽了传统四分支波导接头(10)的工作带宽，结构简单，加工方便，匹配结构简单，易于加工制造。
51.分支波导、所述波导e臂20以及所述波导h臂24的制作材料为金属。具体地，所述分支波导、所述波导e臂20以及所述波导h臂24的制作材料为铝、铝合金、铜或者铜合金等。本技术的一种四分支波导接头(10)可采用多种不同金属材料加工而成，包括但不限于铝及铝合金、铜及铜合金；分支波导、波导e臂20、波导h臂24及匹配台可通过焊接方式、一体加工成型方式、焊接与一体加工成型相结合、焊接与铣削加工相结合、一体加工成型与铣削方式相结合等方式进行加工。本公开的四分支波导接头(10)，由于其结构简单，故可以采用一体加工成型的方式进行加工。当然，本公开中不限定其具体加工方式。
52.一种宽带矩形四分支波导接头(10)的工作原理：当从波导h臂24馈入微波信号时，分支波导的两侧输出等幅同相微波信号，波导e臂20无信号输出；当从波导e臂20馈入微波信号时，分支波导的两侧输出等幅反相微波信号，波导h臂24无信号输出。匹配台对矩形四分支波导接头(10)进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
53.参见图2，波导e臂20、波导h臂24及分支波导输出口的驻波比随频率变化曲线。在相对带宽为30％的工作频带内，驻波比小于1.25。其中，横坐标为微波频率，即带宽，纵坐标为驻波比。
54.参见图3，第一分支波导21与第二分支波导22的隔离度随频率变化曲线。在相对带宽为30％的工作频带内，第一分支波导21与第二分支波导22的隔离度均大于25db。其中，横坐标为微波频率，即带宽，纵坐标为隔离度。
55.最后应说明的是：以上所述仅为本公开的示例实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。