四端口微波網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功分器或耦合器。具體地說(shuō)，是涉及一種將微波信號(hào)分為兩路或三路的功分器或定向耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]功分器和定向耦合器是現(xiàn)代微波通信和軍事電子系統(tǒng)中的通用元件。波導(dǎo)功分器和定向耦合器由于其功率容量高、插入損耗低等特點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛。二路波導(dǎo)功分器既可以單獨(dú)使用，也可以通過(guò)串接構(gòu)成多路功分網(wǎng)絡(luò)，用于相控陣?yán)走_(dá)、天線陣以及功率合成等領(lǐng)域。矩形波導(dǎo)裂縫電橋具有體積緊湊的特點(diǎn)，并可作為兩個(gè)輸出端具有90度相差的波導(dǎo)功分器構(gòu)成定向?yàn)V波器、可調(diào)移相器、雷達(dá)收發(fā)開(kāi)關(guān)、圓極化器等。兩個(gè)輸出端之間相差任意而且在寬帶范圍內(nèi)保持一致的功分器在天線陣和低副瓣天線等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。另外，四端口微波網(wǎng)絡(luò)也可以作為定向耦合器和三路功分器來(lái)使用。傳統(tǒng)的四端口微波網(wǎng)絡(luò)主要局限有兩方面:1)帶寬較窄。市場(chǎng)上的這類器件的相對(duì)工作帶寬普遍在15%以內(nèi)，不能覆蓋矩形波導(dǎo)41%的全帶寬。2)作為二路功分器時(shí)，兩個(gè)輸出端之間固有相差為90度，無(wú)法在保持其緊湊結(jié)構(gòu)的前提下靈活地被設(shè)置為其它值，比如O度、30度、45度、60度、120度、135度、150度等。3)耦合端的耦合系數(shù)一般低于-3dB。高于_3dB耦合度的波導(dǎo)裂縫電橋，比如OdB的耦合裂縫電橋未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。4)極化方向限制。四個(gè)端口中心處的電場(chǎng)方向或者全部位于水平面內(nèi)，或者全部與水平面垂直。四個(gè)端口同時(shí)包括兩個(gè)極化方向的四端口微波網(wǎng)絡(luò)未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、寬帶、兩個(gè)輸出端之間相差任意、兩個(gè)輸出端的功率比任意的四端口微波網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，本發(fā)明也可以提供四個(gè)端口極化方向不同的四端口微波網(wǎng)絡(luò)，可以作為二路功分器、定向耦合器或三路功分器使用。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
四端口微波網(wǎng)絡(luò)，包括空腔和4個(gè)支路，支路A上設(shè)置有端口 A，支路B上設(shè)置有端口 B，支路C上設(shè)置有端口 C，支路D上設(shè)置有端口 D ；空腔由至少兩個(gè)沿水平線段XY依次排列并相互連通的耦合段構(gòu)成；其中，線段XY的兩個(gè)端點(diǎn)分別位于間距最大的兩個(gè)耦合段內(nèi)；每條支路與空腔之間直接連通或通過(guò)一級(jí)或多級(jí)匹配段連通；端口 A和端口 B位于平面Z的左側(cè)，端口 C和端口 D位于平面Z的右側(cè)，平面Z為垂直于水平面的垂直平面，且線段XY全部位于平面Z內(nèi)或線段XY與平面Z平行；端口 B和端口 C位于平面M上側(cè)，端口 A和端口 D位于平面M下側(cè)，平面M為一個(gè)垂直于線段XY的垂直平面。
[0005]為了展寬該器件的工作帶寬，構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一個(gè)耦合段的最大深度比另一個(gè)耦合段的最大深度大10%。
[0006]為了進(jìn)一步展寬該器件的工作帶寬，構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一個(gè)耦合段的最大寬度比另一個(gè)耦合段的最大寬度大10%。
[0007]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，所述空腔為單連通空腔結(jié)構(gòu)，即該空腔內(nèi)部的任何封閉曲線都可以在該空腔內(nèi)連續(xù)收斂到一個(gè)點(diǎn)。
[0008]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的尺寸非常緊湊，所述空腔在任意方向上的最大尺寸小于該四端口微波網(wǎng)絡(luò)工作頻段的中心頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的2倍。
[0009]展寬該器件工作帶寬的第三步，構(gòu)成所述空腔的所有耦合段中至少有一段耦合段的下表面或/和上設(shè)置有至少一個(gè)金屬體，該金屬體在該耦合段的下表面或/和上表面與該耦合段相連。
[0010]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成功率比任意的二路功分器。為此，當(dāng)端口 A作為輸入端時(shí)，端口 B和端口 C為輸出端，端口 D為隔離端；在大于20%的相對(duì)工作帶寬范圍內(nèi)，端口 A的反射系數(shù)低于-1OdB,端口 B和端口 C的輸出功率的幅度之比為-1OdB到1dB之間的任意值，平坦度好于+ / — I dB。
[0011]同時(shí)，該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成相位差任意的二路功分器。為此，在大于20%的相對(duì)工作帶寬范圍內(nèi)，端口 B和端口 C的輸出信號(hào)的相位之差為-360度到360度之間的任意值，誤差低于+ / — 10度。
[0012]如果該四端口微波網(wǎng)絡(luò)可以分為上表面為平面的底座和下表面為平面的蓋板，將所有微波結(jié)構(gòu)都安排在底座上，將大大降低蓋板和底座之間的定位要求。同時(shí)，底座部分可以通過(guò)普通數(shù)控銑床加工完成。在與其他微波器件連接時(shí)，有可能將其它微波器件的微波結(jié)構(gòu)也安排在底座上，通過(guò)普通數(shù)控銑床一次性加工完成。這種安排能夠很好地保證器件或組件的加工精度。為了達(dá)到這個(gè)目的，所述四端口微波網(wǎng)絡(luò)的上表面都齊平；該四端口微波網(wǎng)絡(luò)包括所有耦合段、所有匹配段和端口 A、端口 B、端口 C和端口 D。
[0013]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的各端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以設(shè)置朝向水平面內(nèi)的任意方向，比如其法線方向可以與線段XY平行或垂直。
[0014]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的任意端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D可以任意設(shè)置為水平極化或垂直極化。
[0015]該四端口微波網(wǎng)絡(luò)的任意端口，包括端口 A、端口 B、端口 C和端口 D為矩形波導(dǎo)或脊波導(dǎo)或圓波導(dǎo)或橢圓波導(dǎo)或同軸線或帶線。其中以矩形波導(dǎo)和脊波導(dǎo)為佳。
本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用深度不同和寬度不同的耦合段和匹配段，加上金屬體和金屬柱，大大拓寬傳統(tǒng)微波四段網(wǎng)路的工作帶寬。
[0016]所述端口 A的端面、端口 B的端面、端口 C的端面和端口 D的端面上電場(chǎng)幅值最大處電力線的方向位于水平面內(nèi)或垂直面內(nèi)。
[0017]本發(fā)明的工作原理可以在矩形耦合腔和矩形輸入輸出波導(dǎo)的情況下簡(jiǎn)述如下。矩形端口 A在矩形耦合腔中主要激勵(lì)起兩個(gè)波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個(gè)模式的波都將沿線段XY方向傳播。由于該兩個(gè)模式的波導(dǎo)波長(zhǎng)不同，在耦合腔的另一端，端口 B和端口 C處從耦合腔中耦合出來(lái)的功率是分別從兩個(gè)工作模式TElO模式和TE20模式的波中耦合出來(lái)的功率的和。通過(guò)選取耦合腔的寬度和長(zhǎng)度，以及端口 A、端口 B、端口 C和端口 D的尺寸和位置，可以使端口 B、端口 C和端口 D分別從兩個(gè)工作模式耦合出來(lái)的功率之和滿足一定設(shè)計(jì)要求，同時(shí)使它們的相位滿足一定設(shè)計(jì)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明(去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0019]圖2為實(shí)施實(shí)例I (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0020]圖3為實(shí)施實(shí)例I的AA向示意圖。
[0021]圖4為實(shí)施實(shí)例2 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0022]圖5為實(shí)施實(shí)例4 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0023]圖6為實(shí)施實(shí)例5 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0024]圖7為實(shí)施實(shí)例6 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0025]附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱:1-端口 A，2-端口 B，3-端口 C，4_端口 D，5_耦合段，6-金屬體，7-匹配段，8-金屬柱。
[0026]本說(shuō)明書(shū)中部分名詞規(guī)定如下:
水平面，也就是本文中的紙面。水平方向，也就是位于水平面內(nèi)的方向。垂直方向，也就是與水平面垂直的方向。
[0027]任意三維結(jié)構(gòu)的最大深度，指該位于該三維結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)又位于某一垂直直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最大值，垂直直線指垂直于水平面的直線。
[0028]任意三維結(jié)構(gòu)的最大寬度，指該位于該三維結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)又位于某一與平面Z垂直的直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最大值。
[0029]任意三維結(jié)構(gòu)的最小寬度，指該位于該三維結(jié)構(gòu)內(nèi)同時(shí)又位于某一與平面Z垂直的直線上的任意兩點(diǎn)之間距離的最小值。
[0030]鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu):對(duì)于任意三維封閉空間，存在一平面X，對(duì)于該三維封閉空間中的任意點(diǎn)A，總存在該三維封閉空間中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)B，使得線段AB與該平面X垂直，而且線段AB與平面X的交點(diǎn)將線段AB分為長(zhǎng)度相等的兩部分。這時(shí)，該三維封閉空間稱為鏡像對(duì)稱，平面X稱為鏡像對(duì)稱平面。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施實(shí)例I
如圖2和3所示。四端