專(zhuān)利名稱(chēng)：一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種失配器的設(shè)計(jì)方法，特別是一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
微波毫米波頻段波導(dǎo)系統(tǒng)以良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性特點(diǎn)被廣泛采用，因此波導(dǎo)系統(tǒng)S參數(shù)的量值統(tǒng)一至關(guān)重要。目前，國(guó)內(nèi)外通常采用波導(dǎo)兩端口失配器作為波導(dǎo)系統(tǒng)反射幅度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 波導(dǎo)兩端口失配器由一系列一定厚度的波導(dǎo)片組成，其寬邊尺寸與相應(yīng)頻段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口相同，窄邊比相應(yīng)頻段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口小。將這樣一個(gè)波導(dǎo)片接入波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)中，由于其窄邊尺寸較與其相連的標(biāo)準(zhǔn)口尺寸小，所以在連接處形成階梯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。當(dāng)矩形波導(dǎo)中傳輸主模TE1Q模時(shí)，電場(chǎng)只有Ey分量，磁場(chǎng)只有Hx和Hy分量。入射波TE1Q模遇到階梯波導(dǎo)時(shí)，由于TEw模的場(chǎng)分量不滿(mǎn)足階梯波導(dǎo)的邊界條件，必然產(chǎn)生出新的場(chǎng)分量。電力線(xiàn)發(fā)生彎曲、壓縮，而磁力線(xiàn)形狀不變，于是在波導(dǎo)階梯處，電場(chǎng)能量相對(duì)集中，等效為一個(gè)并聯(lián)電容。在兩端連接處形成階梯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，兩端反射信號(hào)互相疊加，形成穩(wěn)定的行駐波。
波導(dǎo)兩端口失配器的反射特性取決于兩端口失配器的厚度和窄邊尺寸。由于厚度隨頻率對(duì)兩端反射信號(hào)引入的疊加關(guān)系不同，導(dǎo)致在工作全頻段上，駐波特性為隨頻率變化的一條曲線(xiàn)，波導(dǎo)兩端口失配器的頻響特性很差，這是兩端口失配器的不足。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法，解決兩端口失配器作為反射幅度標(biāo)準(zhǔn)頻響特性較差的問(wèn)題。 —種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的具體步驟是
第一步設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸 針對(duì)主模TEw模進(jìn)行分析。為了消除模式不同引入的失配誤差，波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口相同。 設(shè)a，b分別為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸，b'為波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸。當(dāng)波導(dǎo)單端口失配器接入標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)系統(tǒng)中，端口反射系數(shù)為 r =當(dāng)反射幅度確定時(shí)，波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為 6' = (^}》(二) 從式(二)得波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸比標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口窄邊尺寸小，將波導(dǎo)單端口失配器接入波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，連接處形成階梯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對(duì)于理想吸收體，入射信號(hào)將分成兩部分一部分在端口連接處被反射，剩余入射信號(hào)被內(nèi)部吸收體吸收。波導(dǎo)單端口失配器端口反射特性取決波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸，與波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸、長(zhǎng)度及
4工作頻率范圍無(wú)關(guān)，在全帶寬內(nèi)具有一致的反射特性，從而改善了頻響特性。 上述設(shè)計(jì)過(guò)程是假設(shè)吸收體完全理想，具有全吸收特性的條件下進(jìn)行的，但實(shí)際
上吸收體并不完全理想，實(shí)際得到的反射值將小于設(shè)計(jì)目標(biāo)值，該誤差可通過(guò)改變波導(dǎo)
單端口失配器的窄邊尺寸進(jìn)行修正。吸收體達(dá)到回波損耗指標(biāo)小于40dB，反射系數(shù)小于
O.Ol，改變窄邊尺寸量如式(三)可修正該誤差項(xiàng)。
A,, — 0馬' = ,j|H |H、(三)
(i-|r| + o.oi)(i + |r|: 式(三)中，Ab'為窄邊修正誤差尺寸，I r I為反射幅度設(shè)計(jì)目標(biāo)，b'為式(一)所設(shè)計(jì)的窄邊尺寸。應(yīng)對(duì)b'作進(jìn)一步修正，設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為
b' +Ab'。
第二步設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度 波導(dǎo)負(fù)載具有吸收特性，其長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3 5倍，回波損耗大于40dB。波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度與相應(yīng)頻段波導(dǎo)負(fù)載長(zhǎng)度相等。
第三步設(shè)計(jì)吸收體 波導(dǎo)單端口失配器的吸收體為椎形結(jié)構(gòu)的羰基鐵。末端為長(zhǎng)方體，從波導(dǎo)口往里方向看去，長(zhǎng)方體上、下、左、右四面與波導(dǎo)腔內(nèi)壁四面緊密貼合，通過(guò)膠粘合方式固定。椎形吸收體共有四個(gè)面，底面是直角三角形，三個(gè)側(cè)面相交于頂點(diǎn)。其中，兩個(gè)側(cè)面為直角三角形，從波導(dǎo)口往里方向看去兩個(gè)側(cè)面分別與波導(dǎo)腔內(nèi)壁右面和下面緊密貼合，采用膠粘合方式固定。另一面為銳角三角形。長(zhǎng)方體與椎形體是一體加工而成的，吸收體總長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3 4倍。
第四步設(shè)計(jì)法蘭及后蓋 波導(dǎo)單端口失配器為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭，以螺釘和銷(xiāo)釘方式與波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)連接。
波導(dǎo)單端口失配器末端用后蓋封閉，后蓋呈凸字形，凸字頭與波導(dǎo)腔波導(dǎo)口尺寸相同，以幾何配合、膠、螺釘方式與波導(dǎo)腔固定一起。 上述步驟分別對(duì)波導(dǎo)腔波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸、波導(dǎo)腔長(zhǎng)度、吸收體、法蘭及后蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先確定待設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的電壓駐波比，然后設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔，再設(shè)計(jì)吸收體，將吸收體放置于波導(dǎo)腔內(nèi)，之后設(shè)計(jì)法蘭和后蓋，并裝配波導(dǎo)腔。這樣就設(shè)計(jì)出不同電壓駐波比的波導(dǎo)單端口失配器。 波導(dǎo)單端口失配器的反射特性?xún)H僅取決于波導(dǎo)口窄邊尺寸，與厚度無(wú)關(guān)，消除了頻率的影響，在工作全頻段具有一致的反射特性，頻響曲線(xiàn)平坦。波導(dǎo)單端口失配器的頻響特性較兩端口失配器得到了很大的提高。
圖1 一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的波導(dǎo)單端口失配器二維剖面示意圖
圖2 —種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的波導(dǎo)單端口失配器三維外觀示意圖
圖3 —種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的波導(dǎo)單端口失配器三維剖面示意圖
圖4 一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的吸收體示意圖。
1.法蘭2.波導(dǎo)腔3.吸收體4.后蓋5.連接孔
具體實(shí)施例方式
—種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法的具體步驟是
第一步設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸 針對(duì)主模TEw模進(jìn)行分析。為了消除模式不同引入的失配誤差，波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口相同。 設(shè)a， b分別為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸，b'為波導(dǎo)單端口失配器窄邊當(dāng)波導(dǎo)單端口失配器接入標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)系統(tǒng)中，端口反射系數(shù)為6' — 6尺寸。
r =
6'+
6'+ 6
當(dāng)反射幅度確定時(shí)，波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為i — |r|
i + |r| 從式(二)得波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸比標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口窄邊尺寸小，將波導(dǎo)單端
口失配器接入波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，連接處形成階梯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對(duì)于理想吸收體3，入射信號(hào)將
分成兩部分一部分在端口連接處被反射，剩余入射信號(hào)被內(nèi)部吸收體3吸收。波導(dǎo)單端口
失配器端口反射特性取決波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸，與波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸、長(zhǎng)
度及工作頻率范圍無(wú)關(guān)，在全帶寬內(nèi)具有一致的反射特性，從而改善了頻響特性。
上述設(shè)計(jì)過(guò)程是假設(shè)吸收體3完全理想，具有全吸收特性的條件下進(jìn)行的，但實(shí)
際上吸收體3并不完全理想，實(shí)際得到的反射值將小于設(shè)計(jì)目標(biāo)值，該誤差可通過(guò)改變波
導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸進(jìn)行修正。吸收體3達(dá)到回波損耗指標(biāo)小于40dB，反射系數(shù)小
于0.01，改變窄邊尺寸量如式(三)可修正該誤差項(xiàng)。
… —0揚(yáng)'「0040，=-n-tt ( 二 )
l 」(i_|r| + o.oi)(i + |r|)、一, 式(三)中，Ab'為窄邊修正誤差尺寸，I r |為反射幅度設(shè)計(jì)目標(biāo)，b'為式(一)所設(shè)計(jì)的窄邊尺寸。應(yīng)對(duì)b'作進(jìn)一步修正，設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為b' +Ab'。 第二步設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度 波導(dǎo)負(fù)載具有吸收特性，其長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3 5倍，回波損耗大于40dB。波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度與相應(yīng)頻段波導(dǎo)負(fù)載長(zhǎng)度相等。
第三步設(shè)計(jì)吸收體 波導(dǎo)單端口失配器的吸收體3為椎形結(jié)構(gòu)的羰基鐵。末端為長(zhǎng)方體，從波導(dǎo)口往里方向看去，長(zhǎng)方體上、下、左、右四面與波導(dǎo)腔2內(nèi)壁四面緊密貼合，通過(guò)膠粘合方式固定。椎形吸收體3共有四個(gè)面，底面是直角三角形，三個(gè)側(cè)面相交于頂點(diǎn)。其中，兩個(gè)側(cè)面為直角三角形，從波導(dǎo)口往里方向看去兩個(gè)側(cè)面分別與波導(dǎo)腔2內(nèi)壁右面和下面緊密貼合，采用膠粘合方式固定。另一面為銳角三角形。長(zhǎng)方體與椎形體是一體加工而成的，吸收體3總長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3 4倍。
第四步設(shè)計(jì)法蘭及后蓋 波導(dǎo)單端口失配器為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭1，以螺釘和銷(xiāo)釘方式與波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)連接。
波導(dǎo)單端口失配器末端用后蓋4封閉，后蓋4呈凸字形，凸字頭與波導(dǎo)腔2波導(dǎo)口
6尺寸相同，以幾何配合、膠、螺釘方式與波導(dǎo)腔2固定一起。 上述步驟分別對(duì)波導(dǎo)腔2波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸、波導(dǎo)腔2長(zhǎng)度、吸收體3、 法蘭l及后蓋4進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先確定待設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的電壓駐波比，然后設(shè)計(jì)波 導(dǎo)腔2，再設(shè)計(jì)吸收體3，將吸收體3放置于波導(dǎo)腔2內(nèi)，之后設(shè)計(jì)法蘭1和后蓋4，并裝配波 導(dǎo)腔2。這樣就設(shè)計(jì)出不同電壓駐波比的波導(dǎo)單端口失配器。
權(quán)利要求
一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法的具體步驟為第一步設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸針對(duì)主模TE10模進(jìn)行分析；為了消除模式不同引入的失配誤差，波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口相同；設(shè)a，b分別為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸，b’為波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸；當(dāng)波導(dǎo)單端口失配器接入標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)系統(tǒng)中，端口反射系數(shù)為 <mrow><mo>|</mo><mi>Γ</mi><mo>|</mo><mo>=</mo><mo>|</mo><mfrac> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>-</mo><mi>b</mi> </mrow> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>b</mi> </mrow></mfrac><mo>|</mo><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>b</mi><mo>-</mo><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow> <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><mi>b</mi> </mrow></mfrac> </mrow>(一)當(dāng)反射幅度確定時(shí)，波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為 <mrow><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo></mrow><mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>b</mi> </mrow>(二)從式(二)得波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸比標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口窄邊尺寸小，將波導(dǎo)單端口失配器接入波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，連接處形成階梯波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，對(duì)于理想吸收體(3)，入射信號(hào)將分成兩部分一部分在端口連接處被反射，剩余入射信號(hào)被內(nèi)部吸收體(3)吸收；波導(dǎo)單端口失配器端口反射特性取決波導(dǎo)單端口失配器窄邊尺寸，與波導(dǎo)單端口失配器寬邊尺寸、長(zhǎng)度及工作頻率范圍無(wú)關(guān)，在全帶寬內(nèi)具有一致的反射特性，從而改善了頻響特性；上述設(shè)計(jì)過(guò)程是假設(shè)吸收體(3)完全理想，具有全吸收特性的條件下進(jìn)行的，但實(shí)際上吸收體(3)并不完全理想，實(shí)際得到的反射值將小于設(shè)計(jì)目標(biāo)值，該誤差可通過(guò)改變波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸進(jìn)行修正；吸收體(3)達(dá)到回波損耗指標(biāo)小于40dB，反射系數(shù)小于0.01，改變窄邊尺寸量如式(三)可修正該誤差項(xiàng)； <mrow><msup> <mi>Δb</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>-</mo><mn>0.02</mn><msup> <mi>b</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo> <mo>+</mo> <mn>0.01</mn> <mo>)</mo></mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mo>|</mo> <mi>Γ</mi> <mo>|</mo> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac> </mrow>(三)式(三)中，Δb′為窄邊修正誤差尺寸，|Г|為反射幅度設(shè)計(jì)目標(biāo)，b′為式(一)所設(shè)計(jì)的窄邊尺寸；應(yīng)對(duì)b′作進(jìn)一步修正，設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的窄邊尺寸為b′+Δb′；第二步設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度波導(dǎo)負(fù)載具有吸收特性，其長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3～5倍，回波損耗大于40dB；波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度與相應(yīng)頻段波導(dǎo)負(fù)載長(zhǎng)度相等；第三步設(shè)計(jì)吸收體波導(dǎo)單端口失配器的吸收體(3)為椎形結(jié)構(gòu)的羰基鐵；末端為長(zhǎng)方體，從波導(dǎo)口往里方向看去，長(zhǎng)方體上、下、左、右四面與波導(dǎo)腔(2)內(nèi)壁四面緊密貼合，通過(guò)膠粘合方式固定；椎形吸收體(3)共有四個(gè)面，底面是直角三角形，三個(gè)側(cè)面相交于頂點(diǎn)；其中，兩個(gè)側(cè)面為直角三角形，從波導(dǎo)口往里方向看去兩個(gè)側(cè)面分別與波導(dǎo)腔(2)內(nèi)壁右面和下面緊密貼合，采用膠粘合方式固定；另一面為銳角三角形；長(zhǎng)方體與椎形體是一體加工而成的，吸收體(3)總長(zhǎng)度為最低頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的3～4倍；第四步設(shè)計(jì)法蘭及后蓋波導(dǎo)單端口失配器為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭(1)，以螺釘和銷(xiāo)釘方式與波導(dǎo)測(cè)試系統(tǒng)連接；波導(dǎo)單端口失配器末端用后蓋(4)封閉，后蓋(4)呈凸字形，凸字頭與波導(dǎo)腔(2)波導(dǎo)口尺寸相同，以幾何配合、膠、螺釘方式與波導(dǎo)腔(2)固定一起；上述步驟分別對(duì)波導(dǎo)腔(2)波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸、波導(dǎo)腔(2)長(zhǎng)度、吸收體(3)、法蘭(1)及后蓋(4)進(jìn)行設(shè)計(jì)；首先確定待設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的電壓駐波比，然后設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔(2)，再設(shè)計(jì)吸收體(3)，將吸收體(3)放置于波導(dǎo)腔(2)內(nèi)，之后設(shè)計(jì)法蘭(1)和后蓋(4)，并裝配波導(dǎo)腔(2)；這樣就設(shè)計(jì)出不同電壓駐波比的波導(dǎo)單端口失配器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種波導(dǎo)單端口失配器的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)波導(dǎo)腔(2)波導(dǎo)口的寬邊尺寸和窄邊尺寸、設(shè)計(jì)波導(dǎo)單端口失配器的長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)吸收體(3)、設(shè)計(jì)法蘭(1)及后蓋(4)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。波導(dǎo)單端口失配器的反射特性?xún)H僅取決于波導(dǎo)口窄邊尺寸，與厚度無(wú)關(guān)，消除了頻率的影響，在工作全頻段具有一致的反射特性，頻響曲線(xiàn)平坦。波導(dǎo)單端口失配器的頻響特性較兩端口失配器得到了很大的提高。
文檔編號(hào)H01P11/00GK101707276SQ200910250749
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者宗惠慶, 張國(guó)華, 張娜, 成俊杰, 琚小琳, 陳婷, 高春彥 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院二○三所