CN115173015B - 一种新型全频带高隔离度波导两路功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及毫米波太赫兹雷达或通信***技术领域，尤其涉及一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，包括有两路功分器，两路功分器由3个直波导和16个矩形腔体构成，直波导包括位于中心的主波导、位于主波导两侧的副波导，主波导和两个副波导之间分别通过8个矩形腔体连接，每个矩形腔体的波导宽度都相等并且大于主波导的波导宽度，两路功分器包括有6个端口，分别为1个输入端口、2个输出端口、3个隔离端口，由于本发明采用16个矩形腔体替代传统的波导分支，且每个矩形腔体的波导宽度大于主副波导，因此从理论上可知，这可以进一步提升矩形腔体的波导高度，并且这有利于降低加工难度和成本。

Description

一种新型全频带高隔离度波导两路功分器
技术领域
本发明涉及毫米波太赫兹雷达或通信***技术领域，尤其涉及一种新型全频带高隔离度波导两路功分器。
背景技术
功分器是用于功率分配的无源元件，在微波***中应用广泛。其在电子对抗、通信***、雷达***以及测试测量仪器中有着不可缺少的作用。其主要用途有合成和分配功率、扩大功率量程、监视功率和频谱等。在一些重要的微波测量仪器中如矢量网络分析仪、反射计等也有着比较广泛的应用。太赫兹波作为当前电子技术解决未来电磁波频谱拥挤问题而开拓的主要频段，在通信、反恐侦测和天文探测等方面得到了广泛的关注，而定向耦合器是电路中重要的器件，因此研究毫米波甚至是太赫兹频段的功分器有非常高的应用价值。波导功分器是一种非常常用的能够在毫米波或毫米波、太赫兹波段内实现功率分配/合成的电路结构，传统的T型结功分器是一种二端口的器件，具有结构简单的优点，但是由于固有特性，输出端口之间的隔离度只有6dB，远远不能满足***需求，因此，急需开发适用于波导结构的高隔离度和宽带功分器。而六端口波导定向耦合器作为一种具有宽带、高隔离度和可按任意比例分配功率的器件，非常适用于设计功分器或功率合成器，但是在毫米波频段或太赫兹频段，电路尺寸急剧减小，导致传统结构加工十分困难。
在传统T型结功分器中(图1、图2)，两个输出端口之间的隔离度只有6dB,无法满足工程应用，而多端口分支波导定向耦合器可以实现任意功率比输出，并且两个输出端口之间的隔离度可以大于30dB，并且具有宽带特性，可以用于两路功分器的设计，另外由于输入端口在两输出端口的中心轴线，因此输出端口之间可以实现零幅度差。但是随着频率达到毫米波频段甚至是太赫兹频段，器件尺寸急剧缩小，这使得多端口分支波导耦合器的每个分支的波导高度不断缩小，这使得加工成本和难度指数增大。为了降低高频段下功分器的加工难度和成本，本发明采用比标准波导宽的矩形腔体替代传统的波导分支，通过增大波导宽边，提升波导分支的高度，从而在实现超宽带和高隔离度特性的同时大大降低加工难度和成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
解决随着频率达到毫米波频段甚至是太赫兹频段，器件尺寸急剧缩小，这使得多端口分支波导耦合器的每个分支的波导高度不断缩小，这使得加工成本和难度指数增大的问题，提供了一种新型全频带高隔离度波导两路功分器。
(二)技术方案
本发明提供一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，具体技术方案如下：
一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，包括有两路功分器，两路功分器由3个直波导和16个矩形腔体构成，直波导包括位于中心的主波导、位于主波导两侧的副波导，主波导和两个副波导之间分别通过8个矩形腔体连接，每个矩形腔体的波导宽度都相等并且大于主波导的波导宽度，两路功分器包括有6个端口，分别为1个输入端口，2个输出端口，3个隔离端口。
作为优选的技术方案，两路功分器采用计算机数字化控制机械加工方式进行制造，矩形腔体的波导高度决定铣刀直径，更大的波导高度采用更大直径的铣刀进行加工，加工难度和成本相对更低。
作为优选的技术方案，矩形腔体的波导宽度大于标准波导宽度，在矩形腔体中将会激励起高阶模式(TE30模式)，两路功分器的结构是中心对称的。
作为优选的技术方案，主波导、副波导的宽度和高度均为标准波导尺寸。
作为优选的技术方案，每个隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
作为优选的技术方案，在相同特性阻抗条件下，矩形腔体的波导高度大于传统结构中的分支波导高度。
作为优选的技术方案，高阶模式(TE30模式)相速低于TE10模式，在一定条件下，两种模式在传输过程中会发生反相抵消，TE30模式会抑制波导主模(TE10模式)的传输。
(三)有益效果
本发明的有益效果在于：
1、由于本发明功分器采用多端口分支波导定向耦合器进行设计，因此两输出端口之间的隔离度将大于30dB，并且可以实现超宽带特性。
2、由于本发明采用16个矩形腔体替代传统的波导分支，且每个矩形腔体的波导宽度大于主副波导，因此从理论上可知，这可以进一步提升矩形腔体的波导高度，并且这有利于降低加工难度和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统T型结功分器结构示意图；
图2为传统六端口波导分支定向耦合器结构示意图；
图3为本发明两路功分器的结构示意图；
图4为本发明两路功分器的俯视图、侧视图；
图5为本发明的参数示意图；
具体实施方式
结合附图对本发明一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，包括有两路功分器，两路功分器由3个直波导和16个矩形腔体构成，直波导包括位于中心的主波导、位于主波导两侧的副波导，主波导和两个副波导之间分别通过8个矩形腔体连接，每个矩形腔体的波导宽度都相等并且大于主波导的波导宽度，两路功分器包括有6个端口，分别为1个输入端口，2个输出端口，3个隔离端口。
进一步的，两路功分器采用计算机数字化控制机械加工方式进行制造，矩形腔体的波导高度决定铣刀直径，更大的波导高度采用更大直径的铣刀进行加工，加工难度和成本相对更低。
进一步的，矩形腔体的波导宽度大于标准波导宽度，在矩形腔体中将会激励起高阶模式(TE30模式)，两路功分器的结构是中心对称的。
进一步的，主波导、副波导的宽度和高度均为标准波导尺寸。
进一步的，每个隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
进一步的，在相同特性阻抗条件下，矩形腔体的波导高度大于传统结构中的分支波导高度。
进一步的，高阶模式(TE30模式)相速低于TE10模式，在一定条件下，两种模式在传输过程中会发生反相抵消，TE30模式会抑制波导主模(TE10模式)的传输。
需要说明的是，下面以W频段为例(75GHz-110GHz)，采用WR-10标准波导(A×B＝2.54mm*1.27mm)，中心频率采用92.5GHz，通过仿真分析本发明功分器的S参数来说明本发明功分器的优秀特性。
首先给本发明功分器的结构参数示意图，如图5所示：
本发明功分器的仿真结果(a)S21(b)输入端口的回波损耗(c)两输出端口(2和3端口)之间的隔离度(d)两输出端口的相位不平衡度(e)不同L值的S21仿真曲线(f)不同H值的S21仿真曲线；
如图5所示，从仿真结果可以看到，在75-110GHz范围内，本发明功分器输出端口之间S21在3dB附近，输入端口回波损耗大于20dB，隔离度优于30dB，另外相位不平坦度也为0，可以满足全W波段范围内的各项指标，并且由于矩形腔体的波导高度被增大，同时进一步降低了加工难度和成本。另外从图5(e)和(f)中可以看到，在W频带外(频率大于110GHz)，S21曲线迅速恶化，这是由于在矩形腔体中出现的高阶模式(TE30模式)抑制了波导传输主模(TE10模式)的传输。
最后给出本发明功分器的结构参数(如下表所示)。
参数(mm) A B H L b0 b1 t w d
本发明功分器 2.54 1.27 4.04 2.01 0.39 0.51 0.63 1.05 0.29
上面的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，其特征在于：包括有两路功分器，所述两路功分器由3个直波导和16个矩形腔体构成，所述直波导包括位于中心的主波导、位于主波导两侧的副波导，所述主波导和两个副波导之间分别通过8个矩形腔体连接，每个所述矩形腔体的波导宽度都相等并且大于主波导的波导宽度，所述两路功分器包括有6个端口，分别为1个输入端口，2个输出端口，3个隔离端口，所述矩形腔体的波导宽度大于标准波导宽度，在矩形腔体中将会激励起高阶模式，所述高阶模式为TE30模式，所述两路功分器的结构是中心对称的。
2.如权利要求1所述的一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，其特征在于：所述两路功分器采用计算机数字化控制机械加工方式进行制造，所述矩形腔体的波导高度决定铣刀直径，更大的波导高度采用更大直径的铣刀进行加工，加工难度和成本相对更低。
3.如权利要求1所述的一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，其特征在于：所述主波导、副波导的宽度和高度均为标准波导尺寸。
4.如权利要求1所述的一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，其特征在于：每个所述隔离端口需要加吸波材料或匹配负载吸收泄露的电磁波。
5.如权利要求1所述的一种新型全频带高隔离度波导两路功分器，其特征在于：在相同特性阻抗条件下，所述矩形腔体的波导高度大于传统结构中的分支波导高度。
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