一种全频带波导魔T

技术领域

本发明属于微波电子技术领域，具体是一种全频带波导魔T。

背景技术

波导魔T被应用于通信、雷达、电磁兼容测试、电磁隐身测试、无线电压制、电子对抗等领域的大功率无线电电子设备，常用波导魔T作多路大功率分配和多路大功率合成。从原理和结构两个维度分析，波导魔T可以分为波导H面魔T和波导E面魔T两种。传统的波导魔T存在结构复杂、占用空间大以及带宽窄等问题。

为解决上述问题，中国专利CN216850280U公开了一种波导魔T包括：和路波导、差路波导、耦合腔、耦合缝隙和支路波导；所述和路波导、耦合腔和支路波导均左右对称；所述和路波导、耦合腔和支路波导依次连接且轴线位于同一竖直平面；所述差路波导、耦合缝隙和耦合腔自上而下依次连接；所述差路波导的宽度方向与耦合缝隙的长度方向对齐。

上述专利的技术方案实现了波导魔T的平面化和宽带化，但是上述专利未在降低损耗和提高隔离等方面提出相应的技术方案，因此不能同时达到大功率、低损耗和高隔离等技术指标。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种全频带波导魔T，既可以同时满足大功率、低损耗和高隔离等技术指标，又易于加工、易于装配、易与微波芯片进行轻小化集成。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种全频带波导魔T，包括波导上腔、波导下腔和圆柱探针，波导上腔和波导下腔开设有同样的横槽和竖槽，横槽和竖槽组合成T形，波导下腔开设有第一开口，波导上腔开设有第二开口，波导下腔的横槽与第一开口之间以及波导上腔的横槽与第二开口之间均设置有若干大小不同的半圆形凹槽。

采用上述方案后实现了以下有益效果：

1、当电磁波从竖槽端输入时，电磁波经过圆柱探针后被一分为二，从横槽的两端等幅反向输出，第一开口无信号输出，此时为波导E面魔T；当电磁波从第一开口端输入时，电磁波经过圆柱探针后被一分为二，从横槽的两端等幅同向输出，竖槽端无信号输出，此时为波导H面魔T。所以可以根据需求将波导魔T设计加工成波导H面魔T也可以设计加工成波导E面魔T，不仅适用于X频段、Ku频段、K频段、Ka频段，并且适用于L频段、S频段、C频段等其它微波频段。

2、波导上腔和波导下腔开设同样的尺寸的横槽和竖槽，且成T形，波导上腔和波导下腔沿着竖槽中心面进行剖分，剖分面平行于电场线而垂直于磁场线，不切割波导内壁电流，不会产生电磁辐射，从而降低电磁波损耗。

3、采用圆柱探针代替传统的微带探针或圆锥柱体，相较于传统的微带探针或圆锥柱体，实现了标准全高波导TE10模电磁波→同轴圆柱探针TEM模电磁波→标准半高波导TE10模电磁波的电磁场模式转换，使波导魔T具有对称结构，使电磁场分布更均匀，并且具有更大功率容量。

4、相较于传统的波导魔T，该方案结构简单，采用铣削、车削等设备即可完成加工，无需焊接、线切割等设备加工，其加工工艺简单，装配便捷。

进一步，圆柱探针包括探针本体和针柄，针柄固定连接于探针本体上端，探针本体上套设有绝缘环，绝缘环由多个圆环组成，圆环与半圆形凹槽相匹配。

有益效果：采用圆柱探针代替传统的微带探针或圆锥柱体，绝缘环可与不同的的阻抗相互匹配，实现了多级阻抗匹配，使波导魔T的工作频率轻易覆盖波导全频带；且该技术方案相较于传统的微带探针或圆锥柱体，无需微组装工艺人员、微组装工艺设备、微组装焊接材料和微组装无尘净化间使装配更加便捷。

进一步，第一开口贯穿波导上腔，第二开口不贯穿波导下腔。

有益效果：第一开口在波导下腔上不贯穿波导下腔只具有一定深度，而第二开口贯穿波导上腔，一方面是阻挡电磁波向第一开口内传导；另一方面是便于设计为波导H面魔T时电磁波从第二开口输入。

进一步，波导上腔、波导下腔和圆柱探针表面均电镀有镍金层。

有益效果：镍金具有较强的抗氧化以及防腐蚀能力，可以防止长时间使用波导魔T后波导上腔、波导下腔和圆柱探针被氧化或腐蚀；从而延长波导魔T的使用寿命。

进一步，横槽两端分别为第一端口和第二端口，竖槽远离半圆形凹槽的一端为E臂端口，第二开口为H臂端口，第一端口与第二端口相互匹配且相互隔离，E臂端口与H臂端口相互匹配且相互隔离。

有益效果：当从E臂端口输入电磁波时，第一端口、第二端口以及H臂端口会产生一定的功率反射对电磁波造成损耗，当第一端口与第二端口相互匹配且相互隔离，E臂端口与H臂端口相互匹配且相互隔离时，可以有效的减少E臂端口输入的电磁波产生的功率反射，进而减少电磁波的损耗。

进一步，波导上腔和波导下腔设置有若干销钉孔，波导上腔的销钉孔与波导下腔的销钉孔一一对应。

有益效果：在销钉孔内插入销钉对波导上腔和波导下腔进行定位，确保波导上腔和波导下腔的横槽和竖槽位置相互对应，波导上腔和波导下腔的半圆形凹槽与绝缘环相匹配；从而增强波导魔T的对称性，使电磁场分布更均匀。

进一步，波导上腔和波导下腔均设置有若干第一螺纹孔，波导上腔和波导下腔的第一螺纹孔一一对应。

有益效果：用销钉将波导上腔和波导下腔进行初步定位后，在通过第一螺纹孔和第一沉头孔安装螺钉，螺钉对波导上腔和波导下腔的位置进行固定，加强波导魔T使用时的稳定性，保证使用时能够发挥其更高的性能。

进一步，第一端口、第二端口和E臂端口旁均设置有若干第二螺纹孔。

有益效果：通过第二螺纹孔便于与其他设备进行连接，或者波导魔T的级联或者组合，便于实现更多功能。

进一步，竖槽中部设置有弧形凹口。

有益效果：弧形凹口可以减少功率反射回E臂端口输入端，减少因为功率的反射对电磁波造成的损耗。

附图说明

图1为本发明全频带波导魔T实施例的波导下腔示意图；

图2为本发明全频带波导魔T实施例的波导上腔示意图；

图3为本发明全频带波导魔T实施例的圆柱探针示意图；

图4为本发明全频带波导魔T实施例的爆炸示意图；

图5为本发明全频带波导魔T实施例的三维电磁模型示意图；

图6为本发明全频带波导魔T实施例安装在发射机单元模块内的结构示意图；

图7为本发明全频带波导魔T实施例的各端口反射系数曲线图；

图8为本发明全频带波导魔T实施例的第一端口和第二端口的幅度差曲线图；

图9为本发明全频带波导魔T实施例的第一端口和第二端口的相位差曲线图；

图10为本发明全频带波导魔T实施例的E臂端口和H臂端口的隔离度曲线图；

图11为本发明全频带波导魔T实施例的第一端口和第二端口的隔离度曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：波导下腔1、第一螺纹孔2、销钉孔3、第二螺纹孔4、竖槽5、弧形凹口6、横槽7、第二开口8、半圆形凹口9、波导上腔10、第一开口11、第一沉头孔12、圆柱探针13、绝缘环14、针柄15、波导E面魔T负载端口101、波导E面魔T102、微波功率放大器芯片103。

实施例基本如附图1～5所示：一种全频带波导魔T，包括波导上腔10、波导下腔1和圆柱探针13。

波导下腔1开设有横槽7和竖槽5，横槽7和竖槽5组合成T形；波导下腔1开设有第一开口11，第一开口11不贯穿波导下腔1，波导下腔1的横槽7与第二开口8之间设置有若干大小不同的半圆形凹槽。波导下腔1设置有四个销钉孔3和四个第一螺纹孔2。

波导上腔10开设有与波导下腔1相同的横槽7和竖槽5，横槽7和竖槽5组合成T形，波导上腔10开设有第二开口8，第二开口8贯穿波导上腔10，波导上腔10的横槽7与第一开口11之间设置有若干大小不同的半圆形凹槽。波导上腔10和波导下腔1均设置有销钉孔3和第一螺纹孔2，波导上腔10和波导下腔1的销钉孔3一一对应，波导上腔10和波导下腔10的第一螺纹孔2一一对应；通过销钉对波导上腔10和波导下腔1进行定位，再通过第一沉头孔12和第一螺纹孔2对波导魔T进行固定。

横槽7两端分别为第一端口和第二端口，竖槽5远离半圆形凹槽的一端为E臂端口，第二开口8为H臂端口；第一端口与第二端口相互匹配且相互隔离，E臂端口与H臂端口相互匹配且相互隔离。

横槽7中心面将竖槽5分隔成相互对称的两个横槽7，横槽7中心面平行于电场线而垂直于磁场线，不切割波导内壁电流，不会产生电磁辐射。竖槽5中部还设置有用于减少电磁波反射的弧形凹口6。

圆柱探针13包括探针本体和针柄15，针柄15固定连接于探针本体上端，探针本体上套设有绝缘环14，绝缘环14由多个圆环组成，圆环与半圆形凹槽相匹配，绝缘环14安装在波导上腔10和波导下腔1的半圆凹槽形成的圆形槽中。绝缘环14的多个圆环结构可与多级阻抗匹配。

波导上腔10、波导下腔1和圆柱探针13表面均电镀有镍金层，镍金层可有效的防止波导上腔10、波导下腔1和圆柱探针13被氧化和腐蚀。

具体实施过程如下：

E臂端口采用标准全高波导，第一端口、第二端口和H臂端口采用标准半高波导。波导E面魔T102，电磁波从E臂端口输入，电磁波经过圆柱探针13后被一分为二，从第一端口和第二端口输出电磁波。波导H面魔T，电磁波从H臂端口输入，电磁波经过圆柱探针13后被一分为二，从第一端口和第二端口输出电磁波。上述两种魔T电磁波都会产生功率反射，圆柱探针13将反射的功率减小，从而减小电磁波的损耗。

如图6所示，安装在发射机单元模块内时，由两个波导E面魔T102组成，一个波导E面魔T102为分配器，另一个波导E面魔T102为合成器，分配器与合成器之间设置有微波功率放大器芯片103。先采用波导E面魔T102作功率分配器把输入的电磁波信号等幅反相一分为二，分别经过微波功率放大器芯片103，后采用波导E面魔T102作功率合成器把等幅反相的电磁波信号二合为一输出，在Ka频段26GHz～40GHz频率范围内，饱和输出功率达到20W连续波。

如图7所示，在Ka频段全频带(26GHz～40GHz)内，波导魔T第1端口的反射系数S11≤－28dB，第2端口、第3端口的反射系数S22和S33≤－26dB，第4端口的反射系数S44≤－24dB，四个端口都达到了理想匹配状态。

如图8和图9所示，当电磁波信号从第1端口输入时，在Ka频段全频带(26GHz～40GHz)内，第2端口、第3端口与第1端口之间的传输系数S21和S31接近理想的-3dB数值，第2端口、第3端口与第1端口之间的传输系数S21和S31的幅度差几乎为零，接近理想的等幅关系；而两者的相位差则小于±180°±0.1°，接近理想的反相关系。

如图10所示，第1端口和第4端口的隔离度S14、S41大于68dB，即相互之间的信号能量传输小于百万分之八(8ppm)，几乎可以忽略不计。

如图11所示，第2端口和第3端口的隔离度S23、S32大于28dB，即相互之间的信号能量传输小于千分之二(2‰)，几乎可以忽略不计。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。