CN109560361A - 一种宽带矩形波导魔t - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽带矩形波导魔T，其包括：分支波导管、E臂波导管、E臂匹配部件、H臂波导管以及H臂匹配部件，所述E臂波导管的一端以及所述H臂波导管的一端与所述分支波导管的中部连通，所述E臂匹配部件设置在所述E臂波导管中，所述H臂匹配部件设置在所述H臂波导管中。本发明的有益效果是：采用E臂匹配部件和H臂匹配部件展宽了传统波导魔T的工作带宽，匹配结构简单，易于加工制造。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种宽带矩形波导魔T。
背景技术
魔T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。魔T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***波束形成网络中。
常用于构成魔T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，构成的魔T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，但是传统矩形波导魔T相对工作带宽较窄；而矩形脊波导魔T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***较为复杂，不利于***小型化。
常规矩形波导魔T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***宽带工作需要。为了进一步展宽矩形波导魔T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；波导E臂采用单节阻抗变换段，波导H臂加载2对金属阶梯膜片，并在波导E臂和H臂交叉处加载金属锥体和匹配圆柱；波导H臂及波导输出端口采用多节阻抗变换段，并在波导E臂和H臂交叉处加载匹配圆柱。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，不利于魔T小型化。这些方法虽然能一定程度展宽矩形波导魔T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***实际应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种宽带矩形波导魔T。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种宽带矩形波导魔T，其包括：分支波导管、E臂波导管、E臂匹配部件、H臂波导管以及H臂匹配部件，所述E臂波导管的一端以及所述H臂波导管的一端与所述分支波导管的中部连通，所述E臂匹配部件设置在所述E臂波导管中，所述H臂匹配部件设置在所述H臂波导管中。
本发明的有益效果是：采用E臂匹配部件和H臂匹配部件展宽了传统波导魔T的工作带宽，匹配结构简单，易于加工制造。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，还包括：匹配锥台，所述E臂波导管的中心和所述H臂波导管的中心位于所述分支波导管截面所处的同一平面上，所述匹配锥台设置在所述分支波导管的中部内壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：匹配锥台可以对E臂波导管、H臂波导管及分支波导管交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对E臂波导管和H臂波导管宽带匹配均有作用。
进一步地，还包括：匹配圆柱，所述匹配圆柱的一端固定在所述匹配锥台的顶部。
采用上述进一步方案的有益效果是：匹配锥台和匹配圆柱可以对E臂波导管、H臂波导管及分支波导管交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对E臂波导管和H臂波导管宽带匹配均有作用。
进一步地，所述匹配圆柱的另一端位于所述E臂波导管中，所述匹配圆柱的直径为0.07λ0，所述匹配圆柱的高度为0.25λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述匹配锥台的顶部正对所述E臂波导管的一端端口。
采用上述进一步方案的有益效果是：提高宽带阻抗补偿的可靠性。
进一步地，所述匹配锥台的底端侧壁与所述分支波导管的内侧壁抵接，所述匹配锥台的底端直径为0.85λ0，所述匹配锥台的顶端直径为0.07λ0，所述匹配锥台的高度为0.27λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述分支波导管、所述E臂波导管以及所述H臂波导管均为矩形波导管，所述H臂波导管设置在所述分支波导管的短边侧壁上，所述E臂波导管设置在所述分支波导管的长边侧壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：整体结构采用矩形波导传输线，便于和其他矩形波导微波元件相连接，不需要额外的波导接口转换元件，可以适用于宽带小型化微波***中。
进一步地，所述E臂匹配部件为一对第一金属膜片，一对所述第一金属膜片一一对应地设置在所述E臂波导管的长边内壁上，所述H臂匹配部件为一对第二金属膜片，一对所述第二金属膜片一一对应地设置在所述H臂波导管的短边内壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述第一金属膜片临近所述E臂波导管一端的侧壁与所述分支波导管顶端内壁之间的距离为0.35λ0，所述第一金属膜片的长度与所述E臂波导管的宽度相同，所述第一金属膜片的高度以及所述第一金属膜片的宽度为0.05λ0，所述第二金属膜片的高度与所述H臂波导管的宽度相同，所述第二金属膜片的长度以及宽度为0.05λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据电磁场理论，第一金属膜片可等效为集总电容元件，经过电容补偿后，可展宽E臂波导管的工作带宽；第二金属膜片可等效为集总电感元件，经过电感补偿后，可展宽H臂波导管的工作带宽。
进一步地，还包括：波导法兰，所述波导法兰设置在所述E臂波导管的另一端。
采用上述进一步方案的有益效果是：波导法兰的设置，便于宽带矩形波导魔T的固定以及与其他部件的连接，提高宽带矩形波导魔T的安装工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的魔T的结构示意图之一。
图2为本发明提供的魔T的结构示意图之二。
图3为本发明提供的魔T的结构示意图之三。
图4为本发明提供的魔T的结构示意图之四。
图5为本发明提供的魔T的结构示意图之五。
图6为本发明提供的魔T的结构示意图之六。
图7为本发明提供的魔T的工作状态特性曲线示意图之一。
图8为本发明提供的魔T的工作状态特性曲线示意图之二。
附图标号说明：1-分支波导管；2-E臂波导管；3-E臂匹配部件；4-H臂波导管；5-H臂匹配部件；6-匹配锥台；7-匹配圆柱；8-波导法兰。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图8所示，图1为本发明提供的魔T的结构示意图之一。图2为本发明提供的魔T的结构示意图之二。图3为本发明提供的魔T的结构示意图之三。图4为本发明提供的魔T的结构示意图之四。图5为本发明提供的魔T的结构示意图之五。图6为本发明提供的魔T的结构示意图之六。图7为本发明提供的魔T的工作状态特性曲线示意图之一。图8为本发明提供的魔T的工作状态特性曲线示意图之二。
本发明提供了一种宽带矩形波导魔T，其包括：分支波导管1、E臂波导管2、E臂匹配部件3、H臂波导管4以及H臂匹配部件5，所述E臂波导管2的一端以及所述H臂波导管4的一端与所述分支波导管1的中部连通，所述E臂匹配部件3设置在所述E臂波导管2中，所述H臂匹配部件5设置在所述H臂波导管4中。
所述分支波导管1、所述E臂波导管2以及所述H臂波导管4的制作材料为金属。具体地，所述分支波导管1、所述E臂波导管2以及所述H臂波导管4的制作材料为铝、铝合金、铜或者铜合金。
本发明涉及一种波导魔T的结构改进，特别是一种宽带矩形波导魔T，属于微波器件技术领域。
本发明提供了一种宽带矩形波导魔T，包括：分支波导管1、E臂波导管2、E臂匹配部件3、H臂波导管4、H臂匹配部件5、匹配锥台6、匹配圆柱7及矩形波导法兰8。所述的分支波导管1、E臂波导管2和H臂波导管4均为标准矩形波导传输线，均满足GB11450.2-89标准要求。
矩形波导法兰8为标准矩形波导法兰，其满足GB11449.2-89标准要求；E臂匹配部件3位于E臂波导管2长边上，H臂匹配部件5位于H臂波导管4短边上，匹配膜片E臂匹配部件3、H臂匹配部件5由一对金属膜片构成；匹配锥台6和匹配圆柱7在E臂波导管2和H臂波导管4的交叉处，匹配圆柱7略微***H臂波导管4内。
本发明的一种宽带矩形波导魔T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；分支波导管1、E臂波导管2、E臂匹配部件3、H臂波导管4、H臂匹配部件5、匹配锥台6、匹配圆柱7及矩形波导法兰8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。
分支波导管1、E臂波导管2、H臂波导管4内腔均为标准波导内腔，分支波导管1波导腔体长边与E臂波导管2贴合，分支波导管1波导腔体短边与H臂波导管4贴合，三者之间可采用铝钎焊焊接进行固定；2个第一金属膜片对称分布于E臂波导管2的长边上，其与分支波导管1分支波导管上壁相距约0.35λ0(λ0为自由空间中心频率的波长)，长度与E臂波导管2长边尺寸相同，高度和宽度约为0.05λ0，可采用铝钎焊焊接方式进行固定，或将E臂波导管2与E臂匹配部件3整体加工成型；2个第二金属膜片对称分布于H臂波导管4的短边上，其高度与H臂波导管4短边尺寸相同，长度和宽度约为0.05λ0，并与分支波导管侧壁重合，可采用铝钎焊焊接方式进行固定，或将H臂波导管4与第二金属膜片整体加工成型；匹配锥台6与匹配圆柱7可采用一体加工成型方式进行加工，匹配锥台6底部与分支波导管1长边面重合，底部直径约0.85λ0，上部直径约0.07λ0，高度约0.27λ0，可采用铝钎焊焊接方式将匹配锥台6与分支波导管1进行固定；匹配圆柱7位于匹配锥台6上部，圆柱直径约0.07λ0，高度约0.25λ0。波导法兰8为标准波导法兰，其与分支波导管1、E臂波导管2、H臂波导管4之间可采用先焊接后铣削方式进行加工。
传统矩形波导魔T一般采用匹配锥台6和匹配圆柱7进行阻抗匹配，带宽较窄，仅10％左右。本发明采用波导E臂匹配部件3和H臂匹配部件5展宽了传统波导魔T的工作带宽，膜片由金属构成，结构简单，加工方便，匹配结构简单，易于加工制造，在相对带宽25％的工作频带内，各个波导端口驻波比小于1.25，E臂波导管2和H臂波导管4端口隔离度大于48dB。此外，整体结构采用标准矩形波导传输线，便于和其他矩形波导微波元件相连接，不需要额外的波导接口转换元件，适用于宽带小型化微波***中。
一种宽带矩形波导魔T的工作原理是：当从H臂波导管4馈入微波信号时，分支波导管1的两侧输出等幅同相微波信号，E臂波导管2无信号输出；当从E臂波导管2馈入微波信号时，分支波导管1的两侧输出等幅反相微波信号，H臂波导管4无信号输出。E臂匹配部件3、H臂匹配部件5以及匹配锥台6、匹配圆柱7对矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
参见图7，图7为E臂波导管、H臂波导管及分支波导管输出口的驻波比随频率变化曲线。在相对带宽为25％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。
参见图8，图8为E臂波导管和H臂波导管之间的隔离度随频率变化曲线。在相对带宽为25％的工作频带内，隔离度不小于48dB。其中，横坐标为微波频率，即带宽，纵坐标为隔离度。
本发明的有益效果是：采用E臂匹配部件和H臂匹配部件展宽了传统波导魔T的工作带宽，匹配结构简单，易于加工制造。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，还包括：匹配锥台6，所述E臂波导管2的中心和所述H臂波导管4的中心位于所述分支波导管1截面所处的同一平面上，所述匹配锥台6设置在所述分支波导管1的中部内壁上。
H臂波导管4位于分支波导管1的短边侧壁中心位置，E臂波导管2位于分支波导管1的长边上壁中心位置。
所述匹配锥台6的制作材料为金属。
采用上述进一步方案的有益效果是：匹配锥台可以对E臂波导管、H臂波导管及分支波导管交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对E臂波导管和H臂波导管宽带匹配均有作用。
进一步地，还包括：匹配圆柱7，所述匹配圆柱7的一端固定在所述匹配锥台6的顶部。
所述匹配圆柱7的制作材料为金属。
采用上述进一步方案的有益效果是：匹配锥台和匹配圆柱可以对E臂波导管、H臂波导管及分支波导管交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对E臂波导管和H臂波导管宽带匹配均有作用。
进一步地，所述匹配圆柱7的另一端位于所述E臂波导管2中，所述匹配圆柱7的直径为0.07λ0，所述匹配圆柱7的高度为0.25λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述匹配锥台6的顶部正对所述E臂波导管2的一端端口。
采用上述进一步方案的有益效果是：提高宽带阻抗补偿的可靠性。
进一步地，所述匹配锥台6的底端侧壁与所述分支波导管1的内侧壁抵接，所述匹配锥台6的底端直径为0.85λ0，所述匹配锥台6的顶端直径为0.07λ0，所述匹配锥台6的高度为0.27λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
分支波导管1的内腔中心位置放置有金属构成的匹配锥台6和匹配圆柱7。匹配锥台6底部直径约0.85λ0，上部直径约0.07λ0，高度约0.27λ0，匹配锥台6与分支波导管1的侧壁相交。匹配圆柱7位于匹配锥台6的上部，匹配圆柱7直径约0.07λ0，高度约0.25λ0。匹配圆柱7略微***E臂波导管2内。匹配锥台6和匹配圆柱7对E臂波导管2、H臂波导管4及分支波导管1交叉处产生的阻抗不连续结构进行阻抗匹配，对E臂波导管2和波导H臂4宽带匹配均有作用。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述分支波导管1、所述E臂波导管2以及所述H臂波导管4均为矩形波导管，所述H臂波导管4设置在所述分支波导管1的短边侧壁上，所述E臂波导管2设置在所述分支波导管1的长边侧壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是：整体结构采用矩形波导传输线，便于和其他矩形波导微波元件相连接，不需要额外的波导接口转换元件，可以适用于宽带小型化微波***中。
进一步地，所述E臂匹配部件3为一对第一金属膜片，一对所述第一金属膜片一一对应地设置在所述E臂波导管2的长边内壁上，所述H臂匹配部件5为一对第二金属膜片，一对所述第二金属膜片一一对应地设置在所述H臂波导管4的短边内壁上。
其中，金属膜片可以为金属制品的板状结构。
E臂波导管2内有E臂匹配部件3，E臂匹配部件3由1对放置于E臂波导管2长边上的金属膜片构成。H臂波导管4与分支波导管1侧壁相交处有H臂匹配部件5。H臂匹配部件5由1对放置于矩形波导短边上的金属膜片构成。
H臂波导管4与分支波导管1相交侧壁处有H臂匹配部件5。H臂匹配部件5由1对放置于矩形波导短边上的金属膜片构成。金属膜片位于分支波导管1的侧壁上，膜片高度与H臂波导管4短边尺寸相同，长度和宽度约为0.05λ0。H臂匹配部件5可等效为集总电感元件，经过电感补偿后，可展宽H臂波导管4的工作带宽。
采用上述进一步方案的有益效果是：E臂匹配部件、H臂匹配部件以及匹配锥台、匹配圆柱对宽带矩形波导魔T进行宽带阻抗补偿，实现宽带工作。
进一步地，所述第一金属膜片临近所述E臂波导管2一端的侧壁与所述分支波导管1顶端内壁之间的距离为0.35λ0，所述第一金属膜片的长度与所述E臂波导管2的宽度相同，所述第一金属膜片的高度以及所述第一金属膜片的宽度为0.05λ0，所述第二金属膜片的高度与所述H臂波导管4的宽度相同，所述第二金属膜片的长度以及宽度为0.05λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
E臂波导管2内有E臂匹配部件3。E臂匹配部件3由1对放置于E臂波导管2的长边上的金属膜片构成。金属膜片与分支波导管1上壁相距约0.35λ0(λ0为自由空间中心频率的波长)。金属膜片长度与E臂波导管2的长边尺寸相同，高度和宽度约为0.05λ0。根据电磁场理论，E臂匹配部件3可等效为集总电容元件，经过电容补偿后，可展宽E臂波导管2的工作带宽。
采用上述进一步方案的有益效果是：根据电磁场理论，第一金属膜片可等效为集总电容元件，经过电容补偿后，可展宽E臂波导管的工作带宽；第二金属膜片可等效为集总电感元件，经过电感补偿后，可展宽H臂波导管的工作带宽。
进一步地，还包括：波导法兰8，所述波导法兰8设置在所述E臂波导管2的另一端。
所述波导法兰8为矩形波导法兰。
采用上述进一步方案的有益效果是：波导法兰的设置，便于宽带矩形波导魔T的固定以及与其他部件的连接，提高宽带矩形波导魔T的安装工作效率。
在E臂波导管和H臂波导管上分别增加了1对由金属膜片构成的E臂匹配部件和H臂匹配部件，通过调节金属膜片的尺寸和在波导内的位置关系，对E臂波导管、H臂波导管以及分支波导管交叉区域形成的电气不连续性进行宽带阻抗匹配，实现了矩形波导魔T在25％的工作频带内良好工作，解决了传统矩形波导魔T工作带宽窄的问题。本实施例宽带匹配结构设计简单，加工方便。宽带匹配结构不涉及E臂波导管、H臂波导管以及分支波导管的阻抗变换，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***。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，包括：分支波导管(1)、E臂波导管(2)、E臂匹配部件(3)、H臂波导管(4)以及H臂匹配部件(5)，
所述E臂波导管(2)的一端以及所述H臂波导管(4)的一端与所述分支波导管(1)的中部连通，所述E臂匹配部件(3)设置在所述E臂波导管(2)中，所述H臂匹配部件(5)设置在所述H臂波导管(4)中。
2.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，还包括：匹配锥台(6)，所述E臂波导管(2)的中心和所述H臂波导管(4)的中心位于所述分支波导管(1)截面所处的同一平面上，所述匹配锥台(6)设置在所述分支波导管(1)的中部内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，还包括：匹配圆柱(7)，所述匹配圆柱(7)的一端固定在所述匹配锥台(6)的顶部。
4.根据权利要求3所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述匹配圆柱(7)的另一端位于所述E臂波导管(2)中，所述匹配圆柱(7)的直径为0.07λ0，所述匹配圆柱(7)的高度为0.25λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
5.根据权利要求2所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述匹配锥台(6)的顶部正对所述E臂波导管(2)的一端端口。
6.根据权利要求2所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述匹配锥台(6)的底端侧壁与所述分支波导管(1)的内侧壁抵接，所述匹配锥台(6)的底端直径为0.85λ0，所述匹配锥台(6)的顶端直径为0.07λ0，所述匹配锥台(6)的高度为0.27λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
7.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述分支波导管(1)、所述E臂波导管(2)以及所述H臂波导管(4)均为矩形波导管，所述H臂波导管(4)设置在所述分支波导管(1)的短边侧壁上，所述E臂波导管(2)设置在所述分支波导管(1)的长边侧壁上。
8.根据权利要求7所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述E臂匹配部件(3)为一对第一金属膜片，一对所述第一金属膜片一一对应地设置在所述E臂波导管(2)的长边内壁上，所述H臂匹配部件(5)为一对第二金属膜片，一对所述第二金属膜片一一对应地设置在所述H臂波导管(4)的短边内壁上。
9.根据权利要求8所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，所述第一金属膜片临近所述E臂波导管(2)一端的侧壁与所述分支波导管(1)顶端内壁之间的距离为0.35λ0，所述第一金属膜片的长度与所述E臂波导管(2)的宽度相同，所述第一金属膜片的高度以及所述第一金属膜片的宽度为0.05λ0，所述第二金属膜片的高度与所述H臂波导管(4)的宽度相同，所述第二金属膜片的长度以及宽度为0.05λ0，其中，λ0为自由空间中心频率的波长。
10.根据权利要求1所述的一种宽带矩形波导魔T，其特征在于，还包括：波导法兰(8)，所述波导法兰(8)设置在所述E臂波导管(2)的另一端。
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2018
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