彎折緊湊型四端口網絡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種彎折緊湊型四端口網絡。具體地說，是涉及一種等幅等相的緊湊型波導功分器。
【背景技術】
[0002]功分器是現代微波通信和軍事電子系統中的一種通用原件。波導功分器由于其功率容量高、插入損耗低等特點，應用十分廣泛。二路波導功分器既可以單獨使用，也可以通過串接構成多路功分網絡，用于相控陣雷達、天線陣以及功率合成等領域。已有的二路波導功分器主要包括E面T型分支，Η面T型分支，波導魔T，H面波導裂縫電橋、E面波導環形電橋(Ring Hybrid或Rat-Race Hybrid)和Η面波導環形電橋等。其中前兩種器件由于兩個輸出端之間隔離度低，任意一個輸出端口的失配都會嚴重影響功率分配的幅度和相位精度。波導魔Τ的輸出端口之間有很好的隔離，但其四個波導端口的軸線方向分別指向三個互相垂直的方向，構成復雜的三維立體結構。因此波導魔Τ加工難，成本高，而且器件在長寬高三個方面都比較大，不利于器件的小型化，更不適合作為單元串接構成多路功分網絡。Η-面波導裂縫電橋的輸入輸出波導的軸線位于同一平面內，由此可以串接構成所有波導軸線位于同一平面的多路功分網絡。這種功分網絡可以分為底座和蓋板，分別利用傳統的數控銑切技術一次性方便地加工而成，加工精度大大提高，加工成本大大降低。但是在多路功分網絡小型化設計時，相位補償電路會使器件體積和設計難度大大提高。同時，Η-面波導裂縫電橋的工作帶寬比較窄<^面波導環形電橋(Ring Hybrid或Rat-Race Hybrid)和Η面波導環形電橋也由于體積比較大，工作帶寬比較窄，其用途收到限制，特別是在多路功分網絡小型化設計時波導環形電橋很少被使用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種緊湊型寬帶波導功率分配器。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:彎折緊湊型四端口網絡，包括耦合腔，與耦合腔連通的端口 Α、端口 Β和端口 C和端口 D;端口 Β和端口 C分別位于端口 Α的左右兩側，端口 D與端口 A相對。耦合腔可以為任意形狀，軸線朝上的柱狀體為佳，其中還可以添加金屬加載，以改善器件的性能。
[0005]端口 A、端口 B和端口 C為寬邊在垂直方向的矩形波導:所述端口端口 A、端口 B和端口C的高度大于其寬度。這樣，可以采用窄邊尺寸很小的矩形波導實現器件的小型化。這時，端口D的中心處的電場方向沿垂直方向，可以是矩形波導或脊波導。作為功分器使用時，如果端口A為輸入端，端口B和端口C為輸出端，端口D為隔離端，應該連接匹配負載。
[0006]根據需要，端口B和端口 C的軸線方向與端口 A的夾角可以設置為0?180度的任意角度。較佳的設計，該夾角為0度，90度或180度。如果端口 A為輸入端，端口 B和端口 C為輸出端，三種較佳設計分別對應著兩個輸出端與輸入端方向相同，垂直和相反三種情況。
[0007]為了縮小器件的體積，我們選擇將作為隔離端的端口D外接端口朝下的傳輸線。即所述端口 D遠離耦合器的一端連接有軸線沿垂直方向設置的傳輸線。端口 D與傳輸線構成一個L形結構，該L形結構的一端為端口 D連接親合腔的一端，該L形結構的另一端為傳輸線垂直朝下的端口。
[0008]傳統的魔T作為功分器使用時，其隔離端垂直指向上方。隔離端的長度必須足夠長，以放置較長的橫截面逐漸增大的吸收體，從而提高功分器的隔離度。相比之下，本發明選擇讓隔離端指向下方有效地減小了器件的總體高度，有利于器件的進一步小型化。
[0009]為了進一步縮小器件的體積，傳輸線采用橫截面比矩形波導小的脊波導:所述傳輸線為添加金屬脊A的脊波導，或傳輸線為添加金屬脊B的脊波導，或傳輸線為同時添加金屬脊A和金屬脊B的脊波導;其中金屬脊A與傳輸線的靠近端口 A的側壁相連;金屬脊B與傳輸線的遠離端口 A的側壁相連。
[0010]為了展寬器件的工作帶寬，端口D中至少設置有一個只在底部與端口 D相連的金屬柱。
[0011]為了進一步展寬器件的工作帶寬，在耦合腔與端口A、端口 B和端口 C中的至少一個端口之間設置有至少一級匹配段。
[0012]為了實現等幅等相功率分配，該彎折緊湊型四端口網絡設置成左右鏡像對稱結構:構成該彎折緊湊型四端口網絡所有部分，包括耦合腔，端口 A、端口 B和端口 C、端口 D、傳輸線、金屬脊A、金屬脊B、金屬柱和個端口匹配段，構成左右鏡像對稱結構。
[0013]為了便于加工，耦合腔，端口A、端口B和端口C、端口D和傳輸線的上表面都齊平。這時，該彎折緊湊型四端口網絡的所有結構都可以被安排在一個底座上，采用普通數控銑床一次性加工完成。在利用多個該彎折緊湊型四端口網絡構成多路功分網路時，這種特點有點更加明顯。
[0014]本發明主要將傳統波導魔T的第四個向上的端口首先從與其余三個端口軸線所在的平面垂直向上的位置改為與其共面的位置，然后再向下彎折。這種改變使得傳統的波導魔T從三維結構首先變成平面結構，使其高度大大減小，最后將第四端口向下彎折，進一步縮小器件的體積。本發明還可以展寬傳統魔T的工作帶寬。通過在傳統魔T的隔離端設置脊波導并添加吸收材料，使該發明非常適合于構成多級多通道高隔離等幅等相的功分網絡。本發明可以在陣列天線、功率合成等領域得到廣泛應用。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的俯視不意圖和實施實例1的俯視不意圖。
[0016]圖2為圖1的A方向的側視示意圖。
[0017]圖3為實施實例2的俯視示意圖。
[0018]圖4為實施實例3的俯視示意圖。
[0019]附圖中標號對應名稱:1-耦合腔，2-端口 A，3-端口 B，4_端口 C，5_端口 D，51-金屬柱，6-傳輸線，61-金屬脊A，62-金屬脊B，7-匹配段。
[0020]一些定義:
在圖1-3中，本文中的各方向的定義，首先將紙面水平放置于讀者面前。各結構的高度指其在垂直方向上的尺寸。各端口的寬度指其在水平面上垂直于該端口面的法線方向的尺寸，水平面指圖中的紙面。
【具體實施方式】
[0021]實施實例1
如圖1和圖2所示。
[0022]彎折緊湊型四端口網絡，包括耦合腔1，與耦合腔1連通的端口 A2、端口 B3和端口 C4和端口 D5;端口 B3和端口 C4分別位于端口 A2的左右兩側，端口 D5與端口 A2相對。
[0023]所述端口 A2的高度大于端口 A2的寬度、端口 B3的高度大于端口 B3的寬度、端口 C4的高度大于端口B3的寬度，端口D5的中心處的電場方向沿垂直方向；端口 5為矩形波導或脊波導。
[0024]端口B3和端口 C4的軸線方向與端口 A2的夾角為135度。
[0025]端口D5外接端口朝下的傳輸線6。
[0026]傳輸線6采用橫截面比矩形波導小的雙脊波導:所述傳輸線6同時添加金屬脊A61和金屬脊B62的脊波導。金屬脊A61與傳輸線6的靠近端口 A2的側壁相連;金屬脊B62與傳輸線6的遠離端口 A2的側壁相連。
[0027]端口D5中設置有一個只在底部與端口 D5相連的金屬柱51。
[0028]該彎折緊湊型四端口網絡設置成左右鏡像對稱結構:構成該彎折緊湊型四端口網絡所有部分，包括耦合腔1，端口 A2、端口 B3和端口 C4、端口 D5、傳輸線6、金屬脊A61、金屬脊B62、和金屬柱51，構成左右鏡像對稱結構。
[0029]耦合腔1，端口 A2、端口 B3和端口 C4、端口 D5和傳輸線6的上表面都齊平。
[0030]實施實例2
如圖3所示。與實施實例1相比，不同之處僅在于，在耦合腔1與端口A2、端口B3和端口C4之間都設置有兩級匹配段7。
[0031]耦合腔為矩形結構。傳輸線6為單脊波導。
[0032]端口B3和端口 C4的軸線方向與端口 A2的夾角為90度。
[0033]實施實例3
如圖4所示。與實施實例1相比，不同之處僅在于，在耦合腔1與端口A2、端口B3和端口C4之間都設置有兩級匹配段7。
[0034]耦合腔為矩形結構。
[0035]端口B3和端口 C4的軸線方向與端口 A2的夾角為0度。
[0036]本發明為了便于用普通數控銑床加工，所有內部棱角可以導圓。
[0037]本發明的彎折緊湊型四端口網絡具有結構簡單緊湊、高達41%的相對工作帶寬(矩形波導的全帶寬)、加工調試成本低、輸出端之間隔離度好、輸出端之間幅相精度高等特點。特別是其準平面結構，既可以單獨使用，更可以構成多路功分器、和差器、比較器等。這些器件都可以分為底座和蓋板，分別采用普通數控銑床一次性加工完成，很好地保證了器件的加工精度。該器件可以廣泛用于雷達、導彈制導、通信等軍事及民用領域。
【主權項】
1.彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，包括耦合腔(1)，與耦合腔(1)連通的端口A(2)、端口B(3)、端口 C(4)和端口 D(5);端口B(3)和端口C(4)分別位于端口 A(2)的左右兩側，端口 D (5 )與端口 A (2 )相對;所述端口 D (5 )遠離耦合腔(1)的一端連接有軸線沿垂直方向設置的傳輸線(6)，端口D(5)與傳輸線(6)構成一個L形結構，該L形結構的一端為端口D(5)連接耦合腔(1)的一端，該L形結構的另一端為傳輸線(6)垂直朝下的端口。2.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，所述端口B(3)和端口 C(4)的軸線方向與端口 A(2)的軸線方向與夾角為0度或90度或180度。3.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，所述傳輸線(6)為添加金屬脊A( 61)的脊波導。4.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，所述傳輸線(6)為添加金屬脊B( 62)的脊波導。5.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，所述傳輸線(6)為同時添加金屬脊A( 61)和金屬脊B( 62)的脊波導；其中金屬脊A(61)與傳輸線(6)的靠近端口 A(2)的側壁相連;金屬脊B( 62)與傳輸線(6)的遠離端口 A( 2)的側壁相連。6.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，端口D(5)中至少設置有一個只在底部與端口 D( 5)相連的金屬柱(51)。7.根據權利要求1所述的彎折緊湊型四端口網絡其特征在于，在耦合腔(1)與端口A(2)、端口 B(3)和端口 C(4)中的至少一個端口之間設置有至少一級的匹配段(7)。8.根據權利要求1-7任意一項所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，構成該彎折緊湊型四端口網絡所有部分構成左右鏡像對稱結構。9.根據權利要求1-7任意一項所述的彎折緊湊型四端口網絡，其特征在于，耦合腔(1)，端口 A(2)、端口 B(3)和端口 C(4)、端口 D(5)和傳輸線(6)的上表面都齊平。
【專利摘要】本發明公布了一種彎折緊湊型四端口網絡，包括耦合腔，與耦合腔連通的端口A、端口B、端口C和端口D。端口B和端口C分別位于端口A的左右兩側，端口D與端口A相對。端口D外接向下彎折的脊波導或雙脊波導。脊波導或雙脊波導中添加匹配吸收材料時，本發明成為準平面波導魔T，成為緊湊型波導功分器。本發明的彎折緊湊型四端口網絡具有結構簡單緊湊、高達41%的相對作帶寬、加工調試成本低、輸出端之間隔離度好、輸出端之間幅相精度高等特點，可以廣泛地應用于天線陣、相控陣雷達、功率分配和合成等領域中。
【IPC分類】H01P5/12, H01P5/16, H01P5/20
【公開號】CN105470613
【申請號】CN201610049915
【發明人】王清源
【申請人】成都賽納賽德科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月26日