一種新型3dB波導功分器的制作方法

本發明涉及微波通信技術領域中的功率分配器，具體涉及一種3dB波導功率分配器。

背景技術：

功率分配器，簡稱功分器，是微波通信系統中常用的一種重要元器件，用于實現對一路信號的功率分配或者兩路信號的功率合成。功分器的電氣性能，如工作帶寬、端口駐波、隔離度、相位及幅度平衡度等指標對于整個微波通信系統意義重大。目前，常用的功率分配器有微帶和波導兩種結構形式，在強調低損耗、大功率的場合，多采用波導結構形式。3dB波導功分器作為波導結構形式功分器的一種最簡單類型，在工程中多用于實現一路信號的等幅同相均分或者等幅反相均分，也可用于兩路等幅同相信號的合成。傳統3dB波導功分器大多采用標準波導作為傳輸線，采用H面T形結構或者E面T形結構，利用金屬膜片或者金屬階梯作為匹配結構，實現一定工作帶寬內的功率分配功能。傳統H面T形結構3dB波導功分器，公共輸入端口的電場方向和兩個功分輸出端口的電場方向相同；傳統E面T形結構3dB波導功分器，公共輸入端口的電場方向與某一功分輸出端口的電場方向相同，兩個功分輸出端口的電場方向反向。在實際工程應用中，某些特殊場合需要公共輸入端口的電場方向與兩個功分輸出端口的電場方向正交，兩個功分輸出端口的電場方向相同，本發明所述新型3dB波導功分器即為滿足這一需求而設計。

中國專利申請號為201410352925.2，名稱為《T形EH面支節》，以及中國專利申請號為201410352921.4，名稱為《T形HE面支節》，兩份專利分別公布了兩種3dB波導功分器，雖然結構形式上存在差異，但是本質上都是在3dB功率均分的基礎上，實現了“端口A的中心處的電場方向與兩個輸出端中心處的電場方向可以扭轉90度，同時兩個輸出端的信號的相位差可以在寬帶范圍內保持在180度。”即公共輸入端口電場方向與兩個功分輸出端口電場方向正交，兩個功分輸出端口電場方向反向這一功能，不涉及兩個功分輸出端口電場方向相同的問題。且兩份專利所述3dB波導功分器均采用多級波導匹配段，結構復雜，加工困難，難以應用于毫米波頻段或者多級波導功分網絡。

技術實現要素：

本發明的目的是：針對現有技術的不足，提供一種新型3dB波導功分器，在11.45GHz～14.5GHz的工作帶寬內，端口駐波、隔離度、相位及幅度平衡度等性能良好，并且實現公共輸入端口的電場方向與兩個功分輸出端口的電場方向正交，兩個功分輸出端口的電場方向相同這一特殊功能。同時，本發明所涉及3dB波導功分器可通過等比縮放，應用于其他頻段。

本發明的目的是這樣實現的：一種新型3dB波導功分器，包括T形HE面波導腔體1和矩形的階梯匹配塊2；所述T形HE面波導腔體1由公共波導1-1和功分波導1-2組成，公共波導1-1的一個端口與功分波導1-2的上表面固定連接組成左右對稱的T形結構，公共波導1-1的一個寬邊與功分波導1-2的一個窄邊共面，公共波導1-1長度方向的軸線與功分波導1-2寬度方向的軸線共面；階梯匹配塊2設置在T形HE面波導腔體1內部且關于功分波導1-2寬度方向的軸線左右對稱，所述階梯匹配塊2為N級階梯結構，分別為第一至第N階梯，第一階梯的下表面與功分波導1-2的底面內壁共面，所有階梯的后面共面且位于公共波導1-1的一個寬邊與功分波導1-2的一個窄邊共面的平面內；其中，N為大于等于3的自然數。

其中，還包括M根匹配螺釘3，所有的匹配螺釘3呈鏡像對稱分布于功分波導1-2內壁的上表面且位于功分波導1-2的長度方向的軸線上；其中，M為大于0的偶數。

其中，所述的匹配螺釘3由功分波導1-2內壁的上表面向下表面方向深入。

其中，所述的匹配螺釘3為2根。

其中，所述的階梯匹配塊2為3級階梯結構，每一級階梯的寬邊與窄邊的長度的比值均為2：1。

其中，所述的公共波導1-1和功分波導1-2均為執行標準GB11450.2-89的標準矩形波導。

本發明與背景技術相比具有結構簡單、加工簡單、精度高、工作帶寬寬、電氣性能優異等優點，在11.45GHz～14.5GHz的頻帶內，端口駐波均小于1.15，相位和幅度平衡度好，并且實現了公共端口電場方向與兩個功分端口電場方向正交，兩個功分端口電場方向相同這一特殊設計要求。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的功分端口B方向的結構示意圖。

圖3是本發明的T形EH面波導腔體1的結構示意圖。

圖4是本發明的階梯匹配塊2的結構示意圖。

圖5是本發明的公共端口駐波測試圖。

圖6是本發明的兩個功分端口的功率分配度測試圖。

圖7是本發明的兩個功分端口的相位平衡度測試圖。

圖8是本發明的三個端口的電場方向的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。

參照圖1，一種新型3dB波導功分器，由T形EH面波導腔體1、階梯匹配塊2和2根匹配螺釘3構成左右對稱結構。

上述結構中，T形EH面波導腔體1由公共波導1-1和功分波導1-2組成，公共波導1-1和功分波導1-2均為執行標準GB 11450.2-89的標準矩形波導，端口A為公共端口，端口B、端口C為功分端口，其連接結構如圖2所示。功分波導1-2的上表面開口，該口的大于等于公共波導1-1的端口大小；公共波導1-1的一個端口與功分波導1-2的上表面開口焊接在一起組成左右對稱的T形結構，公共波導1-1的一個寬邊與功分波導1-2的一個窄邊共面，公共波導1-1長度方向的軸線與功分波導1-2寬度方向的軸線垂直相交。

上述結構中，階梯匹配塊2位于T形EH面波導腔體1的內部。如圖4所示，階梯匹配塊2包括3級階梯，分別為第一階梯、第二階梯和第三階梯，第一階梯的底面與功分波導1-2的底面內壁共面，第一階梯、第二階梯、第三階梯的后面(即每級階梯兩條長邊與兩條寬邊組成的兩個面中的一個面)共面且位于公共波導1-1的一個寬邊與功分波導1-2的一個窄邊共面的平面內。每一級階梯的寬邊與窄邊的長度的比值為2：1。

上述結構中，匹配螺釘3有2根，位于功分波導1-2長度方向的軸線上，鏡像對稱分布于T形EH面波導腔體1的內壁，且由功分波導1-2上表面向T形EH面波導腔體1內部深入。匹配螺釘3材質為金屬。

根據上述一種新型3dB波導功分器，設計了工作于Ku頻段的3dB波導功分器，其中，T形EH面波導腔體1的公共波導1-1和功分波導1-2均為執行標準GB 11450.2-89的標準BJ140矩形波導，波導口徑為15.8mm×7.9mm。階梯匹配塊2為3級階梯結構，第一級階梯、第二級階梯和第三級階梯的寬邊、窄邊和高度尺寸分別為：9.06mm×4.53mm×1.42mm，4.46mm×2.23mm×3.11mm和3.66mm×1.83mm×2.88mm。匹配螺釘3的直徑為2mm，深度為2.3mm，兩根匹配螺釘3之間的間距21.9mm。按照上述設計尺寸進行計算機仿真，在11.45GHz～14.5GHz工作帶寬內，公共端口駐波優于1.16，幅度平衡度優于±0.1dB，相位平衡度優于±0.5°，且端口電場方向與設計一致，滿足工程應用需求。

本發明的工作原理是：

當信號由T形EH面波導腔體1的公共端口A輸入時，在兩個對稱的功分端口B、端口C完成3dB等幅同相輸出。

本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員的公知常識。

本領域內的技術人員可以意識到，上述具體實施方式是為方便讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的具體實施例，本領域的技術人員依據本發明公開技術的啟示所做各種不脫離本發明實質的各種變形或者縮放，這些變形或縮放仍在本發明的保護范圍內。