一種微波功率分配器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波功率分配器，包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導(dǎo)腔，以及耦接于耦合腔的偶數(shù)個(gè)耦合器，耦合腔外形呈正四棱柱形狀，該正四棱柱的一側(cè)面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并連通，在該側(cè)面的相對(duì)側(cè)面開有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中耦接一個(gè)用于耦合微波信號(hào)的耦合器；矩形波導(dǎo)腔為該微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為該微波功率分配器的支路端口，且所有支路端口為等分端口。本發(fā)明提供的微波功率分配器合成效率高，插入損耗小，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和寬頻帶特性，并且加工簡(jiǎn)單、裝配方便，能夠在實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)到微帶過渡的同時(shí)完成功率分配，或者在微帶到波導(dǎo)過渡的同時(shí)完成功率合成。
【專利說(shuō)明】—種微波功率分配器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種微波功率分配器。
【背景技術(shù)】
[0002]在微波領(lǐng)域，微波功率放大器是系統(tǒng)組成的重要器件。微波功率放大器最重要的指標(biāo)是輸出功率、效率以及增益。近年來(lái)固態(tài)微波功率器件發(fā)展迅猛，逐漸替代了以往笨重的行波管放大器，半導(dǎo)體固態(tài)微波器件具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，然而固態(tài)微波器件的最大缺點(diǎn)是輸出功率相對(duì)較低。為了獲得大功率微波，往往需要采用微波功率分配和合成技術(shù)，這就是常用的功率分配器和合成器。
[0003]功率分配器也稱為功分器，分有源，無(wú)源兩種，是一種能將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路相等或不相等能量輸出的器件，也可反過來(lái)將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)也稱為功率合路器。所以，微波功率分配器通?？梢詫懗煞峙淦?合成器，如果各個(gè)支路端口分配到的信號(hào)相同(包括功率、幅度、相位等)，則稱為等分分配器/合成器。
[0004]如圖1所示的具有一個(gè)主路端口和二個(gè)支路端口的二等分分配器，能夠?qū)⒅髀范丝谳斎氲男盘?hào)分為二路相同的信號(hào)從支路端口輸出；圖2所示的具有一個(gè)主路端口和四個(gè)支路端口的四等分分配器，則可以將主路端口輸入的信號(hào)分配為四路相同的信號(hào)從支路端口輸出。
[0005]微波信號(hào)從主路到支路的分配或從支路到主路的合成，都會(huì)產(chǎn)生一定損耗，損耗實(shí)質(zhì)上與功率分配器的功率分配比有關(guān)。如兩等分功率分配器的分配損耗是3dB，四等分功率分配器的分配損耗是6dB。
[0006]用于微波功率合成的電路有很多種，主要以平面電路的Wilkinson功率分配器、Langer耦合器等為主，波導(dǎo)功率合成通常采用E面分支或H面分支器，近年來(lái)空間功率合成的方式發(fā)展迅速。
[0007]平面電路的功率分配器/合成器優(yōu)點(diǎn)是體積小，成本低，但是損耗相對(duì)較大；基于波導(dǎo)的功率合成器特點(diǎn)是損耗極小，但是體積往往較大。另外，普通的波導(dǎo)E面或H面分支器，帶寬往往受限比較大，通常只能達(dá)到中心頻率的10%?20%，應(yīng)用范圍受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于波導(dǎo)技術(shù)、具有腔體結(jié)構(gòu)的微波功率分配器，以提高帶寬，降低損耗。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種微波功率分配器，該微波功率分配器包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導(dǎo)腔，以及耦接于耦合腔的偶數(shù)個(gè)耦合器，其中:耦合腔外形呈正四棱柱形狀，該正四棱柱的一側(cè)面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并連通，在該側(cè)面的相對(duì)側(cè)面開有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中耦接一個(gè)用于耦合微波信號(hào)的耦合器；矩形波導(dǎo)腔為該微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為該微波功率分配器的支路端口，且所有支路端口為等分端口。[0010]上述方案中，所述正四棱柱形狀的耦合腔的底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔側(cè)面長(zhǎng)度相等，正四棱柱形狀的耦合腔側(cè)面高度大于矩形波導(dǎo)腔側(cè)面寬度。
[0011]上述方案中，所述耦合腔耦接有耦合器的側(cè)面具有面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱面與矩形波導(dǎo)腔終端短路面相互垂直。
[0012]上述方案中，所述耦合腔和矩形波導(dǎo)腔由金屬材料一體成型。
[0013]上述方案中，所述耦合器具有相同的結(jié)構(gòu)和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。
[0014]上述方案中，所述耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上制作有微線帶的一面相對(duì)配置，兩層耦合器中間的部分設(shè)置有屏蔽盒。
[0015]上述方案中，所述耦合器的側(cè)面開有2個(gè)窗口，該側(cè)面的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個(gè)窗口。
[0016]上述方案中,所述耦合器的側(cè)面開有4個(gè)窗口，該側(cè)面的2個(gè)正交的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個(gè)窗口
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本發(fā)明提供的微波功率分配器，由于米用空間電磁波合成，電磁波在空間傳輸中，損耗非常小，而傳統(tǒng)的微帶線合成技術(shù)，微帶線產(chǎn)生的損耗特別在高頻范圍損耗更加增大；同時(shí)空間電磁波合成中，如果單條合成支路出現(xiàn)故障，不會(huì)影響其他支路的合成效率，而對(duì)于傳統(tǒng)意義的微帶合成，單條支路的損壞將影響其他支路的失配，從而使得整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，穩(wěn)定性較差；最后一點(diǎn)，空間的這種合成技術(shù)，在波導(dǎo)口容許的范圍內(nèi)可以增加支路數(shù)量，因?yàn)榍懊嫣岬娇臻g的合成是與別的支路無(wú)關(guān)的，所以隨著層數(shù)的增加，合成效率是一定的，而傳統(tǒng)的傳輸線合成方法隨著支路的增加，合成效率急劇降低，因此其擴(kuò)展是相當(dāng)有限的。所以本發(fā)明提供的微波功率分配器合成效率高，插入損耗小，能夠獲得良好的輸入輸出駐波和寬頻帶特性，并且加工簡(jiǎn)單、裝配方便。
[0019]另外，本發(fā)明提供的微波功率分配器，由于采用電磁波合成方式，采用了天線來(lái)使信號(hào)從微帶轉(zhuǎn)換為電磁波以及相反的過程，天線的位置以及天線的數(shù)量決定了每個(gè)天線接受電磁波的大小，從而巧妙的完成合成與分配的工作，所以能夠在實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)到微帶過渡的同時(shí)完成功率分配，或者在微帶到波導(dǎo)過渡的同時(shí)完成功率合成。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中二等分分配器的示意圖；
[0021]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中四等分分配器的示意圖；
[0022]圖3是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的微波功率分配器的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)；
[0023]圖4是圖3的主視圖；
[0024]圖5是圖3的俯視圖；
[0025]圖6是圖3的左視圖；
[0026]圖7是圖3中耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的微波功率分配器對(duì)Ka波段的小信號(hào)插入損耗仿真圖；
[0028]圖9是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的微波功率分配器對(duì)Ka波段的輸入輸出端口反射仿真圖；
[0029]圖10是依照本發(fā)明第二實(shí)施例的微波功率分配器的結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明提供的微波功率分配器采用空間功率合成和分配技術(shù)，包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導(dǎo)腔，以及耦接于耦合腔的偶數(shù)個(gè)耦合器，其中:耦合腔外形呈正四棱柱形狀，該正四棱柱的一側(cè)面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并連通，在該側(cè)面的相對(duì)側(cè)面開有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中耦接一個(gè)用于耦合微波信號(hào)的耦合器；矩形波導(dǎo)腔為該微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為該微波功率分配器的支路端口，且所有支路端口為等分端口。
[0032]本發(fā)明的耦合腔形狀為正四棱柱，考慮到微波傳輸特性和便于加工，本發(fā)明對(duì)正四棱柱的棱進(jìn)行了倒角處理，但其形狀基本上還是成正四棱柱。正四棱柱的一側(cè)面中央部分在所述矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接，使波導(dǎo)腔和耦合腔構(gòu)成一個(gè)整體的腔體結(jié)構(gòu)。在該側(cè)面的相對(duì)側(cè)面開有偶數(shù)個(gè)窗口，耦合器插入窗口中，用于耦合微波信號(hào)。
[0033]本發(fā)明中正四棱柱形狀的耦合腔的底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔側(cè)面長(zhǎng)度相等，正四棱柱形狀的耦合腔側(cè)面高度大于矩形波導(dǎo)腔側(cè)面寬度，且其高出矩形波導(dǎo)腔上下的兩部份完全相等。
[0034]本發(fā)明的微波功率分配器為等分分配器，矩形波導(dǎo)腔為微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為微波功率分配器的支路端口，這些支路端口都是等分端口，他們從矩形波導(dǎo)腔耦合的信號(hào)相等。
[0035]本發(fā)明的微波功率分配器，其腔體結(jié)構(gòu)采用金屬材料(如銅等)，通過一體化精密加工制作而成。耦合器則采用微細(xì)加工的方法，且耦合器具有相同的結(jié)構(gòu)和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上制作有微線帶的一面相對(duì)配置，兩層耦合器中間的部分設(shè)置有屏蔽盒。
[0036]耦合腔耦接有耦合器的側(cè)面具有面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱面與矩形波導(dǎo)腔終端短路面相互垂直。在耦合器的側(cè)面開有2個(gè)窗口時(shí)，該側(cè)面的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個(gè)窗口。在耦合器的側(cè)面開有4個(gè)窗口時(shí)，該側(cè)面的2個(gè)正交的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個(gè)窗口。
[0037]實(shí)施例1
[0038]參見圖3?圖6，本例的微波功率分配器，為四等分分配器，其腔體結(jié)構(gòu)包括矩形波導(dǎo)腔I和耦合腔2，耦合腔2為正四棱柱，其四條棱進(jìn)行了倒角處理而變得比較圓滑，但保持正四棱柱的基本形狀，見圖3和圖5。耦合腔2的一側(cè)柱面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔I終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔I相接構(gòu)成一個(gè)整體，并且矩形波導(dǎo)腔I和耦合腔2完全聯(lián)通。在率禹合腔2該柱面的對(duì)側(cè)柱面開有4個(gè)窗口，每個(gè)窗口中插入一只稱合器3,用于稱合微波信號(hào)。本例微波功率分配器具有面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其2個(gè)正交的對(duì)稱面(圖4中的虛線P和Q)將本例微波功率分配器分為四部分，每一部分都有一只耦合器3，4只耦合器3具有相同結(jié)構(gòu)和形狀，其在耦合腔2正面上的分布也具有對(duì)稱性，能夠?qū)⒕匦尾▽?dǎo)腔I輸入的微波信號(hào)分成四路相等的信號(hào)輸出，或者反之，將4只耦合器輸入的微波信號(hào)耦合到矩形波導(dǎo)腔I合成一路輸出。圖4中的2個(gè)正交對(duì)稱面P和Q與矩形波導(dǎo)腔I終端短路面垂直。由圖5可以看出，構(gòu)成本例耦合腔2的正四棱柱底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔I的長(zhǎng)度b相等，正四棱柱高度大于矩形波導(dǎo)腔I的寬度e，其兩端分別高出f，如圖6所示。本例矩形波導(dǎo)腔I為微波功率分配器的主路端口，4只耦合器3為微波功率分配器的四等分支路端口。本例的矩形波導(dǎo)腔I和耦合腔2采用金屬材料，經(jīng)過精密加工制作成一體化的整體結(jié)構(gòu)。本例4只耦合器3全部采用制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成，如圖7所示。插入耦合腔2中的部分為探針30，與探針30連接的微帶線31為匹配電路，能夠?qū)Ⅰ詈掀鞯奶卣髯杩蛊ヅ涞?0 Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗，便于與外部電路匹配連接。本例4只耦合器分成上下兩層，其陶瓷基片上制作有微帶線的一面相對(duì)配置，即圖3中位于上層的2只耦合器3陶瓷基片上的微帶線向下，下層的2只耦合器3陶瓷基片上的微帶線向上。上層的2只耦合器3的微帶線部分在圖5中不可見，所以以虛線表示，同樣的，插入耦合腔中的部分也表示為虛線。圖3中，兩層耦合器3中間的部分為耦合器3的屏蔽盒4，主要起屏蔽作用，也用于支撐耦合器3。
[0039]本例矩形波導(dǎo)腔I的具體幾何尺寸，可以根據(jù)微波功率分配器的具體工作頻率，參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，包括矩形波導(dǎo)腔的寬度e和長(zhǎng)度b等。耦合腔2正四棱柱的底面幾何尺寸及其高度，可以根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)確定，包括頻率范圍、插入損耗、駐波比、功率、耦合系數(shù)等。耦合器探針的尺寸，如探針的寬度和長(zhǎng)度，一般根據(jù)最強(qiáng)耦合能力，較小的插入損耗及輸入輸出駐波比的要求確定。
[0040]從圖8的仿真圖中可以看出，在32GHz至39GHz頻率范圍內(nèi)，插入損耗都比較小。圖中四條曲線由于靠得很近，有的地方完全重合，已經(jīng)不能分辯清楚，但上述結(jié)論是清楚的。從圖9的仿真圖中可以看出在32GHz至39GHz頻率范圍內(nèi)的輸入輸出反射都較低。因此，說(shuō)明此結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了寬頻帶、低損耗、高效率的特性。
[0041]實(shí)施例2
[0042]本例微波功率分配器窗口數(shù)量為2，當(dāng)然耦合器也是2只，如圖10所示。這是一只二等分分配器，具有面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱面與波導(dǎo)腔終端短路面垂直，將本例微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有一個(gè)窗口。圖10中2只耦合器為縱向配置關(guān)系，上面的耦合器陶瓷基片上的微帶線向下，下面的耦合器陶瓷基片上的微帶線向上。顯然，圖10中2只耦合器也可以采用橫向配置的結(jié)構(gòu)，其耦合器陶瓷基片上的微帶線相向配置。
[0043]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微波功率分配器，其特征在于，該微波功率分配器包括相互連通成一體的耦合腔和矩形波導(dǎo)腔，以及耦接于耦合腔的偶數(shù)個(gè)耦合器，其中: 耦合腔外形呈正四棱柱形狀，該正四棱柱的一側(cè)面的中央部分在矩形波導(dǎo)腔終端短路面處與矩形波導(dǎo)腔相接并連通，在該側(cè)面的相對(duì)側(cè)面開有偶數(shù)個(gè)窗口，每個(gè)窗口中耦接一個(gè)用于耦合微波信號(hào)的耦合器； 矩形波導(dǎo)腔為該微波功率分配器的主路端口，偶數(shù)個(gè)耦合器為該微波功率分配器的支路端口，且所有支路端口為等分端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述正四棱柱形狀的耦合腔的底面長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)腔側(cè)面長(zhǎng)度相等，正四棱柱形狀的耦合腔側(cè)面高度大于矩形波導(dǎo)腔側(cè)面寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合腔耦接有耦合器的側(cè)面具有面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其對(duì)稱面與矩形波導(dǎo)腔終端短路面相互垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合腔和矩形波導(dǎo)腔由金屬材料一體成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器具有相同的結(jié)構(gòu)和形狀，包括探針和匹配電路，探針和匹配電路由制作在陶瓷基片上的微帶線構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器分為上下兩層，其陶瓷基片上制作有微線帶的一面相對(duì)配置，兩層耦合器中間的部分設(shè)置有屏蔽盒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器的側(cè)面開有2個(gè)窗口，該側(cè)面的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為兩部分，每一部分都有I個(gè)窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波功率分配器，其特征在于，所述耦合器的側(cè)面開有4個(gè)窗口，該側(cè)面的2個(gè)正交的對(duì)稱面將所述微波功率分配器分為四部分，每一部分都有I個(gè)窗□。
【文檔編號(hào)】H01P5/12GK103956552SQ201410156412
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陳曉娟, 吳旦昱, 李濱, 劉新宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所