小型化T型分支波导宽带功分器

技术领域

本发明涉及一种用于毫米波通信及电子对抗系统的宽带小型化波导功分器。尤其是广泛应用于毫米波频段的高效率大功率功率合成技术。

背景技术

功分器件是一种重要的微波无源器件，广泛用于电子对抗、卫星通信、相控阵雷达、天线馈线系统以及功率放大器等微波设备。功分器主要用来对功率进行分配和合成，也可用作功率调配器和双工器的输入端。但功分器也有着一些难以改善的缺点，传统功分器,频带很窄,限制了更进一步的发挥功能。如若拓展使用频带,往往采用的是多节匹配的方式,这无疑会增加器件的尺寸,给工艺加工和后期系统的整合带来困难,同时过于庞大的体积也与当前微波射频器件的小型化趋势相悖。随着卫星通信、新型雷达以及毫米波宽带通讯技术的快速发展，宽带大功率固态功放在上述领域中的需求与日俱增。在毫米波频段，宽带固态功放器件输出功率较低，难以满足大功率系统的使用需求，为获得更高的输出功率，需要采用功率合成技术对多个放大器的输出信号进行合成，得到更大的输出功率。功分器是大功率功率合成放大器的关键部件，直接决定了系统性能指标的好坏。

二进制功率合成技术是毫米波频段实现多路功率合成常用的合成方式，其基本合成单元为波导T型结功分器。功率合成方式按物理结构主要分为平面型、波导型和准光型功率合成。平面型功率合成尺寸小、易加工，对于常见的威尔金森Wilkinson功率分配器来说，主要通过加入四分之一波长阻抗匹配器和隔离电阻来扩展带宽、增加隔离，但微带功分器容易受工作频率的影响，在高频率段四分之一波长阻抗匹配器的元件尺寸小难加工，由于缺乏高频段可用的隔离电阻这就致使微带功分器的应用受到了很大的限制，同时，由于在毫米波频段电路损耗大，因此难以实现高效大功率的功率合成。准光功率合成分为透射式和反射式，其输入端采用口径天线将能量辐射出去，在距辐射天线一定距离处采用阵列天线对信号进行接收以实现多路功分，各路信号经放大再按照相同的方式合成。但准光功率合成的体积大、成本高，且在毫米波频段合成效率低。相较于平面型和准光型功率合成，波导型功率合成在毫米波频段损耗小、结构紧凑、可合成路数大、散热效果好。由于波导T型结功分器多采用多节阶梯匹配或波导渐变结构进行宽带匹配，造成结构尺寸大、损耗高、成本高，难以兼顾宽带、高效率和小型化这三个要求。

为实现宽带的工作带宽，更加节省有限的频带资源，提高电磁波频谱的利用率，对功率分配器的带宽、通带插损、端口间隔离度以及小型化体积等指标提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种传输频带范围宽，结构上简单紧凑、体积小、插损低和输出端口幅度平坦，便于集成、高效率和小型化的波导功分器，以突破毫米波宽带高效率大功率功率合成的技术瓶颈。

为了实现上述目的，本发明提出的一种小型化T型分支波导宽带功分器，包括：一个T形状的三端口标准矩形波导3，其特征在于：所述标准矩形波导3由上、下两层对称中空波导槽腔体对合而成，在T形结的分支波导臂波导槽腔的上方制有位于中心的矩形容池4和设置在矩形容池4宽边外缘上的感性台阶5，射频信号从标准矩形波导输入端口1馈入标准矩形波导3，经矩形容池4和感性凸台5分支成两路传输至两个标准矩形波导3，矩形容池4对产生的波导不连续性进行电容补偿，通过感性凸台5进行电感补偿，分成左右两路幅度相等的信号，经两个分支标准矩形波导3传输至标准矩形波导输出端口2。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用标准矩形波导端口，可直接应用于毫米波通讯和电子对抗系统中，无需转接波导，便于使用。

插入损耗低、传输带宽宽。本发明采用由一个输入主波导、两个输出波导分支构成的三端口T型结构波导，是由上下两层对称波导构成的波导功分器，将输入标准矩形波导端口1波导槽腔作为主波导，在主波导T型节点处设置位于中心的矩形容池4和感性凸台5，容性台阶和感性台阶对信号分配处产生的波导不连续性进行电容电感补偿，与多级阶梯匹配和渐变匹配结构相比，不仅结构尺寸小，易于加工，而且增加了匹配带宽，实现了跨倍频程的阻抗匹配。

功率容量高。本发明采用的电容电感补偿技术，不需要对矩形波导进行减高过渡，因此功率容量大。

本发明基于电容电感补偿技术的带小型化H面T型波导功分器，不仅体积小、结构简单，而且具有输入驻波好、工作带宽宽、功率容量大等优势。可满足各种不同的应用需求，比如大功率高效率功率合成系统、相控阵馈电网络等，具有极大的应用优势。

本发明适用于毫米波通讯系统和电子对抗技术等领域。

附图说明

图1是本发明小型化T型分支波导宽带功分器宽的外形三维示意图；

图2是图1的下层结构的三维示意图；

图3是图1的频率响应仿真曲线。

图中：1标准矩形波导输入端口，2标准矩形波导输出端口，3标准矩形波导，4矩形容池，5感性凸台。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种小型化T型分支波导宽带功分器，包括：一个T形状的三端口标准矩形波导3，其特征在于：所述标准矩形波导3由上、下两层对称中空波导槽腔体对合而成，在T形结的分支波导臂波导槽腔的上方制有位于中心的矩形容池4和设置在矩形容池4宽边外缘上的感性台阶5，射频信号从标准矩形波导输入端口1馈入标准矩形波导3，经容性矩形凹槽4和感性凸台5分支成两路传输至两个标准矩形波导3，矩形容池4对产生的波导不连续性进行电容补偿，通过感性凸台5进行电感补偿，分成左右两路幅度相等的信号，经两个分支标准矩形波导3传输至标准矩形波导输出端口2。

参阅图3。由频率响应曲线可知在24.6GHz-41.5GHz范围内输入端口的回波损耗为20dB，相对带宽达到51.1％。

本发明的范围并不局限于所描述的具体技术方案。对上述这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。任何对所描述的具体技术方案中的技术要素进行相同或等同替换获得的技术方案或本领域技术人员在所描述的具体技术方案的基础上不经过创造性劳动就可以获得的技术方案，都应当视为落入本发明的保护范围。