T形結構正交模轉接器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種T形結構正交模轉接器。具體地說，涉及一種加工容易，加工精度容易保證的T形結構正交模轉接器。
【背景技術】
[0002]正交模轉接器(Orthogonal Mode Transducer, OMT)是衛星通信中的關鍵元件。在線極化工作模式中，異頻正交模轉接器被用來將上行和下行的信號根據其交叉的線極化方式不同加以分離。同頻正交模轉接器用來將同頻率的兩個互相垂直的極化方向的信號相加產生一個線極化波，以克服信號傳輸過程中極化方向的旋轉帶來的問題。正交模轉接器為三端口器件。傳統的T形結構正交模轉接器為三維三端口器件，一般采用開模鑄造方式生產。當產品批量不大和工作頻率很高(比如在毫米波頻段和太赫茲頻段)時，該方法成本很高，精度有限，難以滿足要求。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種精度容易保證，加工成本低的T形結構正交模轉接器。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0005]T形結構正交模轉接器，包括由至少一個耦合段，公共端，端口 A，端口 B。公共端中心處的法線方向沿-Z方向。所有耦合段沿Z方向相互連通構成耦合腔。端口 A和端口B直接與耦合腔連通或通過至少一個匹配段分別與耦合腔連通；公共端直接與耦合腔連通或通過至少一個匹配段分別與耦合腔連通。
[0006]—般的，端口 A的指向沿Y方向，公共端的指向沿-Z方向，端口 B的指向沿-X方向。
[0007]公共端的最大寬度和最大高度相差小于20%。較佳的實現方式，公共端的最大寬度和最大高度相同，一般為方波導或圓波導。
[0008]為了便于加工，特別是在高頻毫米波頻段和太赫茲頻段保證加工的進度，降低加工成本，我們將整個器件分為底座和蓋板并且將器件的所有的電磁場結構都安排在底座上。所述蓋板的底面為平面的一部分。這種安排的另一個好處是，底座和蓋板之間的對位誤差對器件的性能的影響被大大降低。為此，我們讓所述T形結構正交模轉接器的所有部分的上表面齊平。所述T形結構正交模轉接器包括所有耦合段、匹配段、公共端、端口 A和端口 B。
[0009]關于各端口的方向，我們有幾種不同組合:
[0010]第一種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于-45度，小于45度。端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于45度，小于135度。即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:45度多A多-45度，端口B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角B，夾角B的取值范圍為:135度多A多45度；較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為零，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為90度。
[0011]為了改善該T形結構正交模轉接器的公共端的極化隔離度，我們選擇在所述耦合腔上設置波導短路支節:至少一個耦合段的寬度大于D+E;其中D為與所述耦合腔直接相連的所有匹配段、與所述耦合腔直接相連的公共端、與所述耦合腔直接相連的端口 A和與所述耦合腔直接相連的端口 B的寬度的最大值；E為所述T形結構正交模轉接器最高工作頻率處自由空間波長的20%。
[0012]這時，為了實現公共端和端口 A端口之間的對中，我們在端口 A外接波導A。同時外接波導A的與端口 A連接處的橫截面的幾何中心點與公共端的中心點的連線與Z方向平行。
[0013]第二種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于45度，小于135度。端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角大于90度，小于270度。即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:135度多A多45度，端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角為夾角B，夾角B的取值范圍為:270度多A多90度；較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為90度，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角也為90度。端口 A的法線方向與端口 B中心處的法線方向相反，分別指向X方向和-X方向。
[0014]為了改善該T形結構正交模轉接器的公共端的極化隔離度，我們選擇在所述耦合腔上設置波導短路支節:至少有一個只與相鄰的耦合段連通的耦合段在平行于Z軸方向上的最大尺寸大于所述T形結構正交模轉接器最高工作頻率處自由空間波長的20%。
[0015]上述兩種情況，通常用于異頻正交模轉接器的設計中。
[0016]第三種情況，端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角大于-45度，小于45度；端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的夾角也大于-45度，小于45度，即端口 A中心處的法線方向與Z方向之間的夾角為夾角A，夾角A的取值范圍為:45度多A多-45度；端口 B中心處的法線方向與端口 A中心處的法線方向之間的為夾角B，夾角B的取值范圍為:45度彡A彡-45度；端口 A和端口 B的橫截面為矩形，端口 A的寬度小于其高度，端口 B的寬度小于其高度。較佳的情況，端口 A的法線方向與Z方向之間的夾角為O度，端口 B中心處的法線方向與Z方向之間的夾角也為O度。端口 A的法線方向與端口 B中心處的法線方向相同，都指向Z方向。這時，端口 A和端口 B的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度。這種安排，通常用于同頻正交模轉接器的設計中。
[0017]為了實現公共端和端口 A和端口 B端口之間的對中，我們在端口 A外和端口 B外分別與外接波導A和外接波導B連接。這時，所述公共端的橫截面為左右鏡面對稱形狀，其對稱面為平面Q。外接波導A和外接波導B的橫截面相同，并且它們分別與端口 A和端口B的連接面在垂直于Z方向的平面P內齊平；外接波導A和外接波導B的較佳的設計為標準矩形波導。外接波導A過平面P的橫截面為截面A，外接波導B過平面P的橫截面為截面B，截面A和截面B關于平面Q成鏡面對稱。
[0018]同頻正交模轉接器常常要求兩個極化方向的信號通過公共端分別到端口 A和端口B的相位差為零。為此，我們讓所述外接波導A和外接波導B的長度相同；微波信號從公共端到外接波導A的指向該T形結構正交模轉接器外的一端的相位與微波信號從公共端到外接波導B的指向該T形結構正交模轉接器外的一端的相位之差在該T形結構正交模轉接器的工作頻帶內大于-10度，小于10度。
[0019]在異頻正交模轉接器中，端口 A和端口 B的極化方向相垂直。這有兩種組合方式:
[0020]第一種方式，端口 A的橫截面為矩形并且其寬度大于其高度；端口 B的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度。
[0021 ] 第二種方式，端口 A的橫截面為矩形并且其寬度小于其高度；端口 B的橫截面為矩形并且其寬度大于其高度。
[0022]為了展寬該器件的工作帶寬，提高器件的極化隔離度，我們有以下幾個措施:
[0023]措施一，所述耦合段的數目為2或大于2 ;所有的耦合段中，至少有一個耦合段的最大寬度比另一個耦合段的最大寬度大10% ;或者至少有一個耦合段的最大高度比另一個耦合段的最大高度大10% ;或者至少有一個耦合段的最大寬度比另一個耦合段的最大寬度大10%，同時，至少有一個耦合段的最大高度比另一個耦合段的最大高度大10%。
[0024]措施二，所述公共端和位于公共端與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為公共端或上述匹配段，至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10%;或者至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10% ;或者至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10%，同時，至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10%。
[0025]措施三，在端口 A和位于端口 A與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為端口 A或上述匹配段，至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10% ;或者至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10% ;或者至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10%，同時，至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10%。
[0026]措施四，在端口 B和位于端口 B與耦合腔之間的所有匹配段中，器件為端口 B或上述匹配段，至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10%;或者至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10%;或者至少有一個器件的最大寬度比另一個器件的最大寬度大10%，同時，至少有一個器件的最大高度比另一個器件的最大高度大10%。
[0027]以上四個措施，既可以分別采用，也可以同時采用其中的兩種、三種或全部四種。
[0028]在實際加工過程中，所述T形結構正交模轉接器的各部分之間的連接處需要進行倒角處理。這些倒角是該器件便于采用數控加工中心通過銑切方式完成加工，其影響應該在器件的設計仿真中加以考慮。
[0029]本實用新型最重要的特點在于，通過采用不同寬度和高度的耦合段和匹配段，使傳統的三維結構的正交模轉接器轉變為準平面的結構。這種結構可以分為底座和底部為平面的蓋板兩部分。所有的微波結構都被安排在底座上，可以通過普通數控銑床無需翻轉被加工件一次性加工完成。本實用新型在保證器件的加工精度的同時，可以顯著地降低底座和蓋板之間的對位誤差對器件的性能的影響，在高頻率的毫米波和太赫茲器件領域具有明顯的優越性。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型的俯視示意圖。
[0031 ] 圖2為實施實例2的俯視示意圖。
[0032]圖3為實施實例4的俯視示意圖。
[0033]圖4為實施實例5的俯視示意圖。
[0034]圖5為實施實例6的俯視示意圖。
[0035]附圖中標號對應名稱:1-公共端，2-端口 A，3-端口 B，5_耦合段，6_匹配段。
[0036]在圖1至圖4中，定義本文方向時，首先將本文紙面水平端正放置與讀者前面，在圖1至圖4中建立直角坐標系，其中X軸方向、Y軸方向和Z軸方向符合右手定則。