CN114050391B - 宽带任意功率分配比h面波导功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种宽带任意功率分配比H面波导功分器，结构简单，工作频带宽，具有良好幅度平衡性和相位平衡性。本发明通过下述技术方案实现：扁波导以M级H面阶梯波导过渡匹配到标准波导，扁体波导以N级H面阶梯波导过渡匹配到标准波导，嵌入在扁波导、反相标准波导对接面间的金属垫块，通过扁波导端面下方┎形直角缺口嵌入的匹配凸台进行端接，T臂扁体波导固定端上的缩颈凸台关于扁波导、反相标准波导对接面对称，扁波导、反相标准波导及T臂扁体波导形成T型分支波导，以不同臂高得到T型分支波导两路输出任意功率比的功率分配，通过金属垫块、匹配凸台、缩颈凸台对阻抗不连续性做匹配，得到良好的驻波系数和幅度、相位平衡度。

Description

宽带任意功率分配比H面波导功分器
技术领域
本发明属于微波/毫米波领域，具体涉及一种信号转换传输技术，主要应用于卫星通信、测控***固态功率放大器。
背景技术
功分器是最常见的无源器件，用于将输入信号功率分成相等或不等的几路功率输出的器件。在微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。功率分配器反过来使用就是功率合成器，用于将多路信号能量合成一路输出，所以通常功率分配/合成器简称为功分器。功分器应用于微波固态放大器，可以将多个信号合成一个更大功率的输出信号，是固态发射机的一个关键微波部件，功分器设计的好坏直接关系到固态发射机的效率、幅频特性等性能的好坏。多路功分器的设计可以分为两类：第一类是通过一个结构将一路信号一次性地分成多路输出；第二类是将一路信号经过一系列的一分二结构逐次地分成多路输出。在第二类功分器中功分路数通常为2n，其中n为大于0的自然数，这种功分器通常采用3dB功分器级联，具有结构简单、设计简便的优点，但由于功分路数成指数倍增加，往往带来体积过大、成本增加的问题，随着固态功率放大器小体积、低成本的要求越来越高，非2n功分器逐渐成为研究热点，任意功率分配比功分器是非2n功分器的关键技术。但目前任意功率分配比功分器存在带宽窄、幅度相位平衡度差的问题，会导致功分器插损大、合成效率低，造成功率资源浪费。
发明内容
为解决任意功率分配比功分器带宽窄、幅度相位平衡度差的问题，本发明提供一种结构简单，工作频带宽，具有良好幅度平衡性和相位平衡性，并且驻波比良好，便于集成到其它***的宽带任意功率分配比H面波导功分器。
本发明采用的技术方案是：一种宽带任意功率分配比H面波导功分器，包括：两臂宽相同，背对背相连的反相输出标准波导6及扁波导8，正交相连在反相输出标准波导6、扁波导8对接面的T臂扁体波导7上，形成三端口T型分支波导，其特征在于：扁波导8以M级H面阶梯波导10过渡匹配到第二标准波导5，T臂扁体波导7以N级H面阶梯波导9过渡匹配到第一标准波导4，嵌入在扁波导8、反相输出标准波导6对接面间的金属垫块11，通过扁波导8端面下方┎形直角缺口嵌入的匹配凸台12进行端接，T臂扁体波导7固定端上的缩颈凸台13关于扁波导8、反相输出标准波导6对接面对称，扁波导8、反相标准波导6及T臂扁体波导7，以不同臂高得到T型分支波导两路输出任意功率比的功率分配，通过金属垫块11、匹配凸台12、缩颈凸台13对阻抗不连续性做匹配，得到良好的驻波系数和幅度、相位平衡度，其中，M、N为≥1的自然数。
本发明相比于现有技术具有如下的有益效果：
本发明采用扁波导8、与之相连的反相输出标准波导6、正交相连在扁波导8、反相输出标准波导6对接面的T臂扁体波导7，形成H面T型分支波导，所有端口在同一平面，扁波导8、输出反相标准波导6与T臂扁体波导7通过一侧H面共面连接，腔体从共面的H面剖分加工，结构简单紧凑，尺寸小，重量轻。
本发明通过扁波导8、反相输出标准波导6及T臂扁体波导7不同臂高得到T型分支波导两路输出任意功率比的功率分配，不同高度差带来的阶梯阻抗匹配具有拓展带宽的优势；同时通过金属垫块11、匹配凸台12对T臂扁体波导7、扁波导8、输出反相标准波导6的阶梯阻抗不连续性做匹配，工作频带宽。缩颈凸台13对波导连接处的阻抗不连续性做匹配，得到良好的驻波系数和幅度、相位平衡度。多级H面阶梯波导9、H面阶梯波导10在较宽工作频带内将T臂扁体波导7、扁波导8过渡到第一标准波导4、第二标准波导5，在保持良好幅度平衡性和相位平衡性的同时，便于和***级联。
本发明相比传统不等分功分器，可以显著扩展工作带宽，具有良好的输入输出驻波比。
附图说明
图1是本发明宽带任意功率分配比H面波导功分器示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是二比一功率分配比H面波导功分器S参数；
图4是二比一功率分配比H面波导功分器输出端口相位平衡度随频率变化曲线；
其中，1为主波导输入端口，2为分支臂扁波导输出端口，3为分支臂反相波导输出端口，4为第一标准波导，5为第二标准波导，6为反相输出标准波导；7为T臂扁体波导，8为扁波导；9为N级H面阶梯波导；10为M级H面阶梯波导，11为金属垫块，12为匹配凸台，13为缩颈凸台。
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
具体实施方式
参阅图1～2。在以下描述的示意性优选实施例中，一种宽带任意功率分配比H面波导功分器，包括：两臂宽相同，背对背相连的反相输出标准波导6及扁波导8，正交相连在反相输出标准波导6、扁波导8对接面的T臂扁体波导7上，形成三端口T型分支波导，其特征在于：扁波导8以M级H面阶梯波导10过渡匹配到第二标准波导5，T臂扁体波导7以N级H面阶梯波导9过渡匹配到第一标准波导4，嵌入在扁波导8、反相输出标准波导6对接面间的金属垫块11，通过扁波导8端面下方┎形直角缺口嵌入的匹配凸台12进行端接，T臂扁体波导7固定端上的缩颈凸台13关于扁波导8、反相输出标准波导6对接面对称，扁波导8、反相输出标准波导6及T臂扁体波导7，以不同臂高得到T型分支波导两路输出任意功率比的功率分配，通过金属垫块11、匹配凸台12、缩颈凸台13对阻抗不连续性做匹配，得到良好的驻波系数和幅度、相位平衡度，其中，M、N为≥1的自然数。
在可选的实施例中，缩颈凸台13关于扁波导8、反相输出标准波导6对接面对称。输入、输出标准波导均采用标准BJ320波导。
在可选的实施例中，N级H面阶梯波导9、M级H面阶梯波导10可以是两级阶梯，功分器为二比一功率分配比功分器。扁波导8与之相连的反相输出标准波导6、正交相连在扁波导8、反相输出标准波导6对接面的T臂扁体波导7，形成H面T型分支波导。扁波导8、输出反相输出标准波导6与T臂扁体波导7通过一侧H面共面连接，腔体从共面的H面剖分加工。
三端口T型分支波导分为T臂扁体波导7末端上的主波导输入端口1、分支臂扁波导输出端口2和分支臂反相波导输出端口3。当信号以TE10模从主波导输入端口1输入，分支臂扁波导输出端口2和分支臂反相波导输出端口3输出幅度为二比一的同相波。
当信号以TE10模从分支臂扁波导输出端2和分支臂反相波导输出端口3按二比一功率比同相输入时，主波导输入端口1输出最大功率信号，输出功率为分支臂扁波导输出端2和分支臂反相波导输出端口3功率之和，主波导中呈现行波。
当信号以TE10模从分支臂扁波导输出端2和分支臂反相波导输出端口3按二比一功率比反相输入时，主波导输入端口1输出最小功率信号，输出功率与反相波导输出端口3功率相等，为分支臂扁波导输出端2功率的一半。
参阅图3～4。从图3可以看到，该二比一功率分配比H面波导功分器工作频带宽，且具有良好的驻波系数及幅度平衡度。从图4可以看出，两路输出端口在较宽频带内相位一致性良好。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带任意功率分配比H面波导功分器，包括：两臂宽相同，背对背相连的反相输出标准波导（6）及扁波导（8），正交相连在反相输出标准波导（6）、扁波导（8）对接面的T臂扁体波导（7）上，形成三端口H面T型分支波导，其特征在于：所有端口在同一平面，扁波导（8）、反相输出标准波导（6）与T臂扁体波导（7）通过一侧H面共面连接，腔体从共面的H面剖分加工，在平行电场方向实现功率分配，保持了电力线完整性，扁波导（8）以M级H面阶梯波导（10）过渡匹配到第二标准波导（5），T臂扁体波导（7）以N级H面阶梯波导（9）过渡匹配到第一标准波导（4），嵌入在扁波导（8）、反相输出标准波导（6）对接面间的金属垫块（11），通过扁波导（8）端面下方┎形直角缺口嵌入的匹配凸台（12）进行端接，T臂扁体波导（7）固定端上的缩颈凸台（13）关于扁波导（8）、反相输出标准波导（6）对接面对称， 扁波导（8）、反相输出标准波导（6）及T臂扁体波导（7），以不同臂高得到T型分支波导两路输出任意功率比的功率分配，通过不同高度差带来的阶跃阻抗匹配拓展了带宽，通过金属垫块（11）、匹配凸台（12）、缩颈凸台（13）对阻抗不连续性做匹配，得到良好的驻波系数和幅度、相位平衡度，其中，M、N为≥1的自然数。
2.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：缩颈凸台（13）关于扁波导（8）、反相输出标准波导（6）对接面对称。
3.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：三端口T型分支波导分为T臂扁体波导（7）末端上的主波导输入端口（1）、分支臂扁波导输出端口（2）和分支臂反相波导输出端口（3）。
4.如权利要求3所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：主波导输入端口（1）将一路输入信号，通过分支臂扁波导输出端口（2）和分支臂反相波导输出端口（3）输出不等幅同相波。
5.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：嵌入在扁波导（8）、反相输出标准波导（6）对接面间的金属垫块（11），通过扁波导（8）端面下方┎形直角缺口嵌入的匹配凸台（12）进行端接。
6.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：N级H面阶梯波导（9）、M级H面阶梯波导（10）是阶梯数≥1的阶梯波导。
7.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：扁波导（8）与之相连的反相输出标准波导（6）、正交相连在扁波导（8）、反相标准波导（6）对接面的T臂扁体波导（7），形成H面T型分支波导。
8.如权利要求7所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：扁波导（8）、反相输出标准波导（6）与T臂扁体波导（7）通过一侧H面共面连接，腔体从共面的H面剖分加工。
9.如权利要求1所述的宽带任意功率分配比H面波导功分器，其特征在于：第一标准波导（4）、第二标准波导（5）、反相输出标准波导（6）根据具体工作频段采用相应的标准波导。
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