一種寬頻帶波導功分器的制作方法

本發明涉及微波
技術領域：
，特別是涉及一種寬頻帶波導功分器。
背景技術：
：波導功分器是一種重要的微波無源器件，廣泛應用于波導縫陣天線的饋線網絡等領域，其作用是把一路輸入的電磁功率信號按規定比例分成兩路或多路輸出，或者把兩路或多路電磁波功率信號疊加起來從一路輸出，具有損耗小、功率容量大等優點。在很多文獻或專業書籍中介紹了平板縫陣天線的饋線網絡的設計方法，例如顧衛軍在2012年第二期《現代雷達》期刊中發表的“平板裂縫天線子陣激勵裝置設計及帶寬分析”一文中介紹了國內外常用的各種子陣激勵裝置模型，這些模型均由不同形式的功分器構成了天線饋線網絡，參見圖1和圖2所示：圖1是由激勵縫激勵的功分器模型，具體是由輻射波導、耦合波導、激勵波導、耦合縫和激勵縫構成的三層波導結構；圖2是由波導T型結激勵的功分器模型，具體是由輻射波導、耦合波導、激勵波導和耦合縫構成的兩層波導結構。這些現有的功分器模型存在如下不足：第一，由于耦合波導向輻射波導激勵能量是通過耦合縫實現的，這些傾斜的、交錯的耦合縫是窄帶的，相對頻帶寬度小于10％，當這些耦合縫串聯時，頻帶范圍將進一步縮小，這將嚴重地限制了天線的使用范圍；第二，由于耦合波導的半波導波長與輻射波導的寬度有關，導致耦合波導的寬度的尺寸比較大，比如在X波段通常為20mm以上，這種寬度尺寸較大的耦合波導會增加平板天線饋線網絡設計、天線支撐結構設計的難度，在天線大角度轉動時，還會與掃描器產生干擾，影響了天線的掃描能力。因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種寬頻帶波導功分器來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。為實現上述目的，本發明提供一種寬頻帶波導功分器，所述寬頻帶波導功分器包括上下兩層波導，下層波導稱為輻射波導，上層波導包括耦合波導和功分波導；所述輻射波導包括輻射波導壁以及輻射波導壁分割包圍的多個相互隔離的輻射波導腔；所述耦合波導包括耦合波導壁以及耦合波導壁包圍的多個相互隔離的耦合波導腔、耦合隔離塊和二級功率分配塊；所述功分波導包括功分波導壁以及功分波導壁分割包圍的和路波導腔、支路波導腔、一級功率分配塊、一級阻抗匹配塊和二級阻抗匹配塊；所述輻射波導壁與所述耦合波導壁以及功分波導壁部分重疊，重疊的部分稱為上下層公共壁；所述耦合波導壁與所述功分波導壁部分重疊，重疊的部分稱為耦合功分公共壁；所述和路波導腔與所述支路波導腔連通，所述支路波導腔穿過耦合功分公共壁與所述耦合波導腔連通；所述上下層公共壁上設置有多個相互隔離的直線耦合縫，每個直線耦合縫連通一個所述輻射波導腔，并且，每個直線耦合縫或者每兩個相鄰的直線耦合縫連通一個耦合波導腔；各個所述直線耦合縫的排列方向與各個輻射波導腔的排列方向相同，與各個直線耦合縫的直線方向相同，并且各個直線耦合縫沿直線方向的虛擬中心線重合；所述功分波導壁內的每個一級功率分配塊用于將經過所述一級功率分配塊的電磁功率信號分成所希望的功率比以及相位關系的兩路信號；所述耦合波導壁內的二級功率分配塊用于將經過所述二級功率分配塊的電磁功率信號分成所希望的功率比以及相位關系的兩路信號；一級功率分配塊和二級功率分配塊配合，從而使各個直線耦合縫相互形成并聯形式，承載有電磁功率信號的波導通過各個功率調配塊分路后形成與直線耦合縫數量相同的波導支路，每個波導支路自一個所述直線耦合縫進入。優選地，所述輻射波導腔的數量為四個；所述直線耦合縫的數量為四個；所述一級功率分配塊的數量為一個，設置在所述支路波導腔中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路以及第二支路；所述二級功率分配塊的數量為兩個，分別設置在所述耦合波導腔中，其中一個二級功率調分配塊將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；另外一個二級功率分配塊將經過其自身的第二路繼續分路，從而形成兩路末級支路；每路末級支路的電磁功率信號各進入一個所述直線耦合縫。優選地，所述輻射波導腔的數量為三個；所述直線耦合縫的數量為三個；所述一級功率分配塊的數量為一個，設置在所述支路波導腔中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路以及第二支路；所述二級功率分配塊的數量為一個，設置在所述耦合波導腔中，該二級功率分配塊將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；每路末級支路以及第二支路的電磁功率信號各進入一個所述直線縫。優選地，所述輻射波導腔的數量為六個；所述直線耦合縫的數量為六個；所述一級功率分配塊的數量為二個，設置在所述支路波導腔中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路、第二支路以及第三支路；所述二級功率分配塊的數量為三個，設置在所述耦合波導腔中，該二級功率分配塊將經過其自身的各支路繼續分路，從而形成末級支路；每路末級支路的電磁功率信號各進入一個所述直線耦合縫。優選地，所述寬頻帶波導功分器進一步包括一個或多個一級阻抗匹配塊和多個二級阻抗匹配塊；所述一級阻抗匹配塊設置在所述和路波導腔內；所述二級阻抗匹配塊設置在所述支路波導腔內；所述一級阻抗匹配塊與所述一級功率分配塊配合，用于電磁功率信號經過其自身時實現所述和路波導腔的匹配；所示二級阻抗匹配塊與所述二級功率分配塊配合，用于電磁功率信號經過其自身時實現所述支路波導腔的匹配。優選地，所述和路波導腔為彎波導腔，用于方便多個波導功分器的級聯。本申請的寬頻帶波導功分器與現有的波導功分器相比，采用了寬帶的并聯結構的水平直線耦合縫代替原來窄帶的串聯結構的傾斜耦合縫，將工作頻帶寬度不足10％擴展到20％以上，即帶寬提高一倍以上，擴大了天線的使用范圍；同時由于采用水平直線耦合縫的形式，從而能夠使本申請的耦合波導腔的寬度縮短為原來寬度的四分之三，甚至更小，特別是耦合波導腔距離直線耦合縫中心線一側的寬度可以減小到與原來寬度的一半，例如在X波段將減小5mm到10mm，耦合波導腔寬度尺寸的大幅縮減，為寬帶平板縫陣饋線網絡設計、天線支撐結構設計提供了方便，避免了天線大角度掃描時耦合波導與掃描器之間的干擾，提高了天線的掃描能力。附圖說明圖1是現有技術的波導功分器的結構示意圖。圖2是另一現有技術的波導功分器的結構示意圖。圖3是本申請第一實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖。圖4是圖3所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖5是本申請第二實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖。圖6是圖5所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖7是本申請第三實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖。圖8是圖7所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖9是本申請第四實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖。圖10是圖9所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖11為第一實施例的和路駐波比隨頻率的變化圖。圖12為第一實施例的各支路幅度隨頻率的變化圖。圖13為第一實施例的各支路相位隨頻率的變化圖。圖14為第二實施例的和路駐波比隨頻率的變化圖。圖15為第二實施例的各支路幅度隨頻率的變化圖。圖16為第二實施例的各支路相位隨頻率的變化圖。圖17為第三實施例的和路駐波比隨頻率的變化圖。圖18為第三實施例的各支路幅度隨頻率的變化圖。圖19為第三實施例的各支路相位隨頻率的變化圖。附圖標記：1輻射波導22耦合波導腔2耦合波導23耦合隔離塊3功分波導31功分波導壁4直線耦合縫32和路波導腔7上下層公共壁33輻支路波導腔8耦合功分公共壁51一級功率分配塊11輻射波導壁52二級功率分配塊12輻射波導腔61一級阻抗匹配塊21耦合波導壁62二級阻抗匹配塊具體實施方式為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“上”、“下”“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。圖3是本申請第一實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖；圖4是圖3所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖5是本申請第二實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖；圖6是圖5所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖7是本申請第三實施例的寬頻帶波導功分器的結構示意圖。圖8是圖7所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。圖9是本申請第一實施例的寬頻帶波導功分器的另一結構示意圖。圖10是圖9所示的寬頻帶波導功分器的俯視圖。如圖3至圖10所示的寬頻帶波導功分器括上下兩層波導，下層波導稱為輻射波導1，上層波導包括耦合波導2和功分波導3；輻射波導1包括輻射波導壁11以及輻射波導壁11分割包圍的多個相互隔離的輻射波導腔12；耦合波導2包括耦合波導壁21以及耦合波導壁21包圍的多個相互隔離的耦合波導腔22、耦合隔離塊23和二級功率分配塊52；功分波導3包括功分波導壁31以及功分波導壁31分割包圍的和路波導腔32、支路波導腔33、一級功率分配塊51、一級阻抗匹配塊61和二級阻抗匹配塊62；輻射波導壁11與耦合波導壁21以及功分波導壁31部分重疊，重疊的部分稱為上下層公共壁7；耦合波導壁21與功分波導壁31部分重疊，重疊的部分稱為耦合功分公共壁8；和路波導腔32與支路波導腔33連通，支路波導腔33穿過耦合功分公共壁8與所述耦合波導腔22連通；上下層公共壁7上設置有多個相互隔離的直線耦合縫4，每個直線耦合縫4連通一個輻射波導腔12，并且，每個直線耦合縫4或者每兩個相鄰的直線耦合縫4連通一個耦合波導腔22；各個直線耦合縫4的排列方向與各個輻射波導腔12的排列方向相同，與各個直線耦合縫4的直線方向相同，并且各個直線耦合縫4沿直線方向的虛擬中心線重合；功分波導壁31內的每個一級功率分配塊51用于將經過一級功率分配塊51的電磁功率信號分成所希望的功率比以及相位關系的兩路信號；耦合波導壁21內的二級功率分配塊52用于將經過二級功率分配塊52的電磁功率信號分成所希望的功率比以及相位關系的兩路信號；一級功率分配塊51和二級功率分配塊52配合，從而使各個直線耦合縫4相互形成并聯形式，承載有電磁功率信號的波導通過各個功率調配塊分路后形成與直線耦合縫數量相同的波導支路，每個波導支路自一個所述直線耦合縫進入。本申請的寬頻帶波導功分器與現有的波導功分器相比，采用了寬帶的并聯結構的水平直線耦合縫代替原來窄帶的串聯結構的傾斜耦合縫，將工作頻帶寬度不足10％擴展到20％以上，即帶寬提高一倍以上，擴大了天線的使用范圍；同時由于采用水平直線耦合縫的形式，從而能夠使本申請的耦合波導腔的寬度縮短為原來寬度的四分之三，甚至更小，特別是耦合波導腔距離直線耦合縫中心線一側的寬度可以減小到與原來寬度的一半，例如在X波段將減小5mm到10mm，耦合波導腔寬度尺寸的大幅縮減，為寬帶平板縫陣饋線網絡設計、天線支撐結構設計提供了方便，避免了天線大角度掃描時耦合波導與掃描器之間的干擾，提高了天線的掃描能力。參見圖3及圖4，在本實施例中，輻射波腔12的數量為四個；直線耦合縫4的數量為四個；一級功率分配塊51的數量為一個，設置在支路波導腔33中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路以及第二支路；二級功率分配塊52的數量為兩個，設置在耦合波導腔22中，該二級功率分配塊52中的一個二級功率調分配塊521將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；另外一個二級功率分配塊522將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；每路末級支路的電磁功率信號各進入一個直線耦合縫。可以理解的是，輻射波腔12的數量可以根據需要而自行設定。參見圖3至圖6，在第一、第二實施例中，輻射波腔12的數量為四個；直線耦合縫4的數量為四個；一級功率分配塊51的數量為一個，設置在支路波導腔33中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路以及第二支路；二級功率分配塊52的數量為兩個，分別設置在耦合波導腔22內，其中一個二級功率調分配塊將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；另外一個二級功率分配塊將經過其自身的第二支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；每路末級支路的電磁功率信號各進入一個所述直線耦合縫。可以理解的是，根據需要，輻射波導腔12的還可以是其他數量。例如圖5和圖6所示，在第三實施例中腔12的數量為三個；直線耦合縫4的數量為三個；一級功率分配塊51的數量為一個；設置在所述支路波導腔33中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路以及第二支路；所述二級功率分配塊52的數量為一個，設置在所述耦合波導腔22中，該二級功率分配塊52將經過其自身的第一支路繼續分路，從而形成兩路末級支路；每路末級支路以及第二支路的電磁功率信號各進入一個所述直線耦合縫4。參見圖9及圖10，輻射波導腔12的數量為六個；直線耦合縫4的數量為六個；一級功率分配塊51的數量為二個，設置在支路波導腔33中，用于將經過其自身的電磁功率信號分路，從而形成第一支路、第二支路以及第三支路；二級功率分配塊52的數量為三個，設置在耦合波導腔22中，該二級功率分配塊52將經過其自身的各支路繼續分路，從而形成末級支路；每路末級支路的電磁功率信號各進入一個所述直線耦合縫。可以理解的是，根據需要，輻射波導腔的數量還可以是其他數量。例如5個、7個或者更多。參見圖3至圖10，寬頻帶波導功分器進一步包括一個或多個一級阻抗匹配塊61和多個二級阻抗匹配塊62；所述一級阻抗匹配塊61設置在所和路波導腔32內；二級阻抗匹配塊62設置在支路波導腔33內；一級阻抗匹配塊61與一級功率分配塊51配合，用于電磁功率信號經過其自身時實現和路波導腔32的匹配；所示二級阻抗匹配塊62與二級功率分配塊52配合，用于電磁功率信號經過其自身時實現支路波導腔33的匹配。可以理解的是，和路波導波導腔32可以為彎波導腔，用于方便多個波導功分器的級聯。在圖5和圖6所示實施例中，該彎折為90°，這樣能夠方便多個波導功分器的級聯。下面以舉例的方式對本申請進行介紹，可以理解的是，該舉例并不構成對本申請的任何限制，該舉例中的任何尺寸僅僅是實施例中的優選尺寸，并不是對本申請的結構的任何限制。實施例1參見圖3和圖4，在該實施例中，輻射波導1內的輻射波導腔12的波導橫截面尺寸為21.3mm×4.65mm，耦合波導2內的耦合波導腔22的波導橫截面尺寸為14.6mm×4mm，功分波導腔3內波導腔的橫截面尺寸為19.4mm×4mm，功分波導3內的支路波導腔33穿過耦合功分公共壁8的橫截面尺寸為16.8mm×4mm，直線耦合縫4的長均為18.7mm，寬均為3mm，并倒圓角，且直線耦合縫4長度方向上的中心線距離耦合波導2較短的一側為5.2mm；一級功率分配塊51為體積為8.8mm×2mm×4mm的金屬體，二級功率分配塊52為左右兩個體積均為5mm×2mm×4mm的金屬體，第一阻抗匹配塊61為左右兩個均為三棱柱金屬體，底面直角三角形邊長均為12mm，高度為4mm，第二阻抗匹配塊62為左右兩個體積均為1mm×1mm×4mm的金屬體；上下層公共壁7的厚度為0.7mm；耦合功分公共壁8厚度為0.8mm。仿真的結果從圖11、圖12和圖13可以看出：功分器和端口的駐波比從9.25GHz至11.25GHz的范圍內小于1.2，即駐波比小于1.2的相對帶寬大于20％，調整各個功率分配塊偏離中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.15dB，各支路的相位不平衡度小于±2.5度。實施例2參見圖3和圖6，在該實施例中，將圖3和圖4中的和路波導腔32的波導方向折彎90°，變為圖5和圖的結構，并將圖3和圖4中的第二阻抗匹配塊62更換為圖5和圖6所示的第二阻抗匹配塊62，且形狀為直角三棱柱金屬體，底邊邊長為12mm，高為4mm。仿真的結果從圖14、圖15和圖16可以看出：功分器和端口的駐波比從9.6GHz至11.5GHz的范圍內小于1.2，即小于1.2的駐波比相對帶寬約為20％，調整各個功率分配塊偏離中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.2dB，各支路的相位不平衡度小于±6度。實施例3如圖7、圖8所示，在該實施例中，輻射波導1內的輻射波導腔12的波導橫截面尺寸為21.3mm×4.65mm，耦合波導2內的耦合波導腔22的波導橫截面尺寸為14.6mm×4mm，功分波導腔3內波導的高度為橫截面尺寸為19.4mm×4mm，功分波導3內的支路波導腔33穿過耦合功分公共壁8的橫截面尺寸為16.8mm×4mm，直線耦合縫4a、4b、4c和4d的長均為18.7mm，寬均為3mm，并倒圓角，且直線耦合縫4長度方向上的中心線距離耦合波導2較短的一側為5.2mm；一級功率分配塊51為9mm×1mm×4mm的金屬體，二級功率分配塊52為5mm×2mm×4mm的金屬體；第一阻抗匹配塊61為左右兩個，均為1mm×1mm×4mm的金屬體，第二阻抗匹配塊62為左右兩個直角三棱柱金屬體，左邊一個為底面直角三角形邊長均為9mm，高度為4mm，右邊一個為底面直角三角形邊長均為10mm，高度為4mm；上下層公共壁5的厚度為0.7mm；耦合功分公共壁9厚度為0.8mm。仿真的結果從圖17、圖18和圖19可以看出：在9.3GHz至12GHz的范圍內，功分器和端口的駐波比小于1.2，即駐波比小于1.2的相對帶寬約為27％，調整各個功率分配塊偏離中心的位置，能得到所需各支路功分比，且各支路功率幅度不平衡度小于±0.2dB，各支路的相位不平衡度小于±10度。最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁1 2 3