一種波導(dǎo)環(huán)形電橋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，包括四個(gè)長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)和一個(gè)中空的柱體結(jié)構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)作為波導(dǎo)環(huán)，四個(gè)波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心，形成發(fā)散狀的電橋，其中兩個(gè)波導(dǎo)作為輸入波導(dǎo)端口，另外兩個(gè)波導(dǎo)作為輸出波導(dǎo)端口，作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)端口的波導(dǎo)相間設(shè)置；其中，有相鄰的一個(gè)作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與一個(gè)作為輸出波導(dǎo)端口的波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心呈180°設(shè)置；本發(fā)明在基于微帶環(huán)形電橋的基礎(chǔ)上，用長(zhǎng)方體波導(dǎo)代替微帶線實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)的環(huán)形電橋，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工，便于保證機(jī)加精度，從而盡可能小的減小插損；在性能上結(jié)合了微帶線環(huán)形電橋和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的隔離度和功率容量，還改善了反射系數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種波導(dǎo)環(huán)形電橋

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及應(yīng)用于無(wú)線電物理學(xué)、微波與電磁場(chǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】中的無(wú)源四端口網(wǎng)絡(luò)， 具體的是應(yīng)用于功率分配網(wǎng)絡(luò)中的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，在各種雷達(dá)、導(dǎo)航、無(wú)線通信應(yīng)用中，人們對(duì)電磁 波資源利用的需求量正不斷增大，這使得人們不停地尋求利用更高頻段的電磁波，目前毫 米波技術(shù)正得到空前的發(fā)展，各種毫米波頻段的電子系統(tǒng)正逐步得到應(yīng)用。功率放大器作 為電子系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的組件，它的輸出功率始終是人們所關(guān)心的問(wèn)題。在毫米波段， 為了達(dá)到較大的輸出功率，通常采用功率合成的方法。作為一種較常用的組件，環(huán)形電橋已 經(jīng)廣泛使用在各種90°、180°的功率分配合成網(wǎng)絡(luò)中，它的良好的隔離度使得它能夠應(yīng)用 在功率分配和功率合成的結(jié)構(gòu)中。目前的環(huán)形電橋大多數(shù)采用的是微帶線的平面結(jié)構(gòu)，它 的體積小，而且易于與其它器件集成，但是也面臨著損耗大、功率容量小的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明采用波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了一種波導(dǎo)環(huán)形電橋結(jié)構(gòu)，從而能夠獲得較大的功率容量， 而且具有較小的插損。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)同相功率分配的功能，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案： 一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：包括四個(gè)長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)和一個(gè)中空的柱體結(jié)構(gòu)，柱 體結(jié)構(gòu)作為波導(dǎo)環(huán)，四個(gè)波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心，形成發(fā)散狀的電橋，其中兩個(gè)波導(dǎo)作為輸 入波導(dǎo)端口，另外兩個(gè)波導(dǎo)作為輸出波導(dǎo)端口，作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)端口 的波導(dǎo)相間設(shè)置；其中，有相鄰的一個(gè)作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與一個(gè)作為輸出波導(dǎo)端口 的波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心呈180°設(shè)置；所述長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)的形狀均完全相同，每個(gè)波 導(dǎo)通過(guò)相同的端面與柱體結(jié)構(gòu)的側(cè)面連接。
[0005] 所述中空的柱體結(jié)構(gòu)的橫截面呈圓環(huán)狀，在中空的柱體結(jié)構(gòu)中進(jìn)行完成電磁場(chǎng)的 分配、相互抵消，實(shí)現(xiàn)功率分配輸出的功能。
[0006] 四個(gè)波導(dǎo)中，第一輸入波導(dǎo)端口與第一輸出波導(dǎo)端口之間夾角為60°，第一輸入 波導(dǎo)端口與第二輸入波導(dǎo)端口之間夾角為60°，第二輸入波導(dǎo)端口與第二輸出波導(dǎo)端口之 間夾角為60°。
[0007] 所述波導(dǎo)的尺寸根據(jù)工作頻段決定，柱體結(jié)構(gòu)的中心周長(zhǎng)（即柱體結(jié)構(gòu)的環(huán)形的 內(nèi)、夕卜圓之間的一半處對(duì)應(yīng)的圓周長(zhǎng)）為工作波長(zhǎng)的1. 5倍。
[0008] 該結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)環(huán)性電橋的具體工作過(guò)程如下： 電磁波從第一輸入波導(dǎo)端口輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)耦合到第一輸出波導(dǎo)端口、第 二輸出波導(dǎo)端口，兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相同，所以第一輸入波導(dǎo)端口為同相輸 入波導(dǎo)端口，第二輸入波導(dǎo)端口無(wú)輸出； 電磁波從第二輸入波導(dǎo)端口輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)耦合到第一輸出波導(dǎo)端口、第 二輸出波導(dǎo)端口，這時(shí)兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相差I(lǐng)SO。，即反相輸出，所以第二 輸入波導(dǎo)端口為反相輸入波導(dǎo)端口，而第一輸入波導(dǎo)端口無(wú)輸出。 7 ^
[0009] 其中一個(gè)波導(dǎo)上設(shè)置有銷釘柱，銷釘柱用于優(yōu)化匹配，減小反射系數(shù)。銷釘柱為金 屬圓柱結(jié)構(gòu)，整個(gè)波導(dǎo)環(huán)形電橋可以通過(guò)銑工加工。
[0010] 本發(fā)明的有益效果如下： 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工，便于保證機(jī)加精度，從而盡可能小的減小插損；在性能上， 本發(fā)明結(jié)合了微帶線環(huán)形電橋和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的隔離度和功率容量，還改善 了反射系數(shù)；采用本發(fā)明中的方法，能實(shí)現(xiàn)毫米波的功率分配，在Q波段內(nèi)，環(huán)形電橋的反 射小于_20dB，輸出端口的傳輸系數(shù)均大于- 3_ 4dB，隔離度大于2〇dB，輸出相位不平衡度小 于 ±5°。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的截面結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明的工作信號(hào)示意圖 其中，附圖標(biāo)記為：1輸入波導(dǎo)端口，2輸出波導(dǎo)端口，3輸出波導(dǎo)端口，4輸入波導(dǎo)端口， 5銷釘柱，6波導(dǎo)環(huán)。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 如圖1-2所示，基于微帶線環(huán)形電橋的原理，通過(guò)四個(gè)長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)和一個(gè)中 空的柱體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)波導(dǎo)環(huán)形電橋。
[0013] 每個(gè)波導(dǎo)的一個(gè)端面均與柱體結(jié)構(gòu)的側(cè)面連接；四個(gè)波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為連接中心 形成呈發(fā)散狀的電橋，其中柱體結(jié)構(gòu)作為波導(dǎo)環(huán)6,兩個(gè)波導(dǎo)作為輸入波導(dǎo)端口 1、4,另外 兩個(gè)波導(dǎo)作為輸出波導(dǎo)端口 2、3,作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)端口的波導(dǎo)相間設(shè) 置。
[0014] 所述中空的柱體結(jié)構(gòu)的橫截面呈圓環(huán)狀，在中空的柱體結(jié)構(gòu)中進(jìn)行完成電磁場(chǎng)的 分配、相互抵消，實(shí)現(xiàn)功率分配輸出的功能。
[0015] 所述同相功率分配的具體過(guò)程為：電磁波從環(huán)形電橋的同相輸入波導(dǎo)端口 1輸入 并沿矩形波導(dǎo)傳輸，在波導(dǎo)與波導(dǎo)環(huán)6交界面進(jìn)行功率分配，因?yàn)榻唤缑媸菍?duì)稱的，因此電 磁波分成功率相等、相位相差180°的兩束，沿相反方向在波導(dǎo)環(huán)6內(nèi)傳輸。當(dāng)兩束電磁波 分別到達(dá)波導(dǎo)環(huán)6與第二、第三個(gè)波導(dǎo)的交界面時(shí)，電磁波各自耦合到矩形波導(dǎo)內(nèi)并輸出 到輸出波導(dǎo)端口 2、3,其中一路電磁波比另一路電磁波多傳輸了半個(gè)波長(zhǎng)的傳輸路徑，這一 效果疊加在反相電磁波上使得電磁波變?yōu)橥?，因此兩路波?dǎo)中獲得等功率同相電磁波輸 出，實(shí)現(xiàn)同相功率分配功能。未耦合的電磁波傳輸?shù)降谒膫€(gè)波導(dǎo)，由于兩束電磁波傳輸?shù)降?四個(gè)波導(dǎo)的路徑也相差半個(gè)波長(zhǎng)，并且交界面會(huì)對(duì)兩束電磁波造成180°的相對(duì)相移，因此 在第四個(gè)波導(dǎo)中輸出功率為零。根據(jù)以上分析，并結(jié)合波導(dǎo)無(wú)損特性，可以計(jì)算得到，兩個(gè) 輸出端口輸出功率均為輸入功率的二分之一。
[0016] 所述反相功率分配的具體過(guò)稱謂：電磁波從環(huán)形電橋的反相輸入波導(dǎo)端口 4輸入 并沿矩形波導(dǎo)傳輸，在波導(dǎo)與波導(dǎo)環(huán)6交界面進(jìn)行功率分配，因?yàn)榻唤缑媸菍?duì)稱的，因此電 磁波分成功率相等、相位相差180°的兩束，沿相反方向在波導(dǎo)環(huán)6內(nèi)傳輸。當(dāng)兩束電磁波 分別到達(dá)波導(dǎo)環(huán)6與第二、第三個(gè)波導(dǎo)的交界面時(shí)，電磁波各自耦合到矩形波導(dǎo)內(nèi)并輸出 到輸出波導(dǎo)端口 2、3，因?yàn)閮墒姶挪ǖ墓β氏嗟?、相位相反，而且?jīng)過(guò)了一樣長(zhǎng)度的傳輸 路徑，因此得到的是等功率的反相電磁波輸出，實(shí)現(xiàn)反相功率分配功能。未耦合的電磁波傳 輸?shù)降谒膫€(gè)波導(dǎo)，由于兩束電磁波傳輸?shù)降谒膫€(gè)波導(dǎo)的路徑也相差半個(gè)波長(zhǎng)，并且交界面 會(huì)對(duì)兩束電磁波造成180°的相對(duì)相移，因此在第四個(gè)矩形波導(dǎo)中輸出功率為零。根據(jù)以上 分析，并結(jié)合波導(dǎo)無(wú)損特性，可以計(jì)算得到，兩個(gè)輸出端口輸出功率均為輸入功率的二分之 〇
[0017] 輸入波導(dǎo)端口 1、4和輸出波導(dǎo)端口 2、3共四個(gè)波導(dǎo)，均為截面尺寸相同的長(zhǎng)方體 狀的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)6的縱向截面與四個(gè)波導(dǎo)1、2、3、4的端面尺寸相同。
[0018] 所述中空的柱體結(jié)構(gòu)的橫截面呈圓環(huán)狀，在中空的柱體結(jié)構(gòu)中進(jìn)行完成電磁場(chǎng)的 分配、相互抵消，實(shí)現(xiàn)功率分配輸出的功能。四個(gè)波導(dǎo)中，第一輸入波導(dǎo)端口與第一輸出波 導(dǎo)端口之間夾角為60°，第一輸入波導(dǎo)端口與第二輸入波導(dǎo)端口之間夾角為60。，第二輸 入波導(dǎo)端口與第二輸出波導(dǎo)端口之間夾角為60°。
[0019] 如圖3所示，該結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)環(huán)性電橋的具體工作過(guò)程如下： 電磁波從第一輸入波導(dǎo)端口 1輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)6耦合到第一輸出波導(dǎo)端口 2、第二輸出波導(dǎo)端口 3,兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相同，所以第一輸入波導(dǎo)端口 1為 同相輸入波導(dǎo)端口，第二輸入波導(dǎo)端口 4無(wú)輸出； 電磁波從第二輸入波導(dǎo)端口 4輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)6耦合到第一輸出波導(dǎo)端口 2、第二輸出波導(dǎo)端口 3,這時(shí)兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相差180°，即反相輸出，所 以第二輸入波導(dǎo)端口 4為反相輸入波導(dǎo)端口，而第一輸入波導(dǎo)端口 1無(wú)輸出。
[0020] 所述波導(dǎo)的尺寸根據(jù)工作頻段決定，柱體結(jié)構(gòu)的中心周長(zhǎng)為工作波長(zhǎng)的1. 5倍。
[0021] 所述其中一個(gè)波導(dǎo)設(shè)置有銷釘柱5,銷釘柱5用來(lái)優(yōu)化匹配，減小反射系數(shù)。銷釘 柱5為金屬圓柱結(jié)構(gòu)，整個(gè)波導(dǎo)環(huán)形電橋可以通過(guò)銑工加工。
【權(quán)利要求】
1. 一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：包括四個(gè)長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)和一個(gè)中空的柱體結(jié) 構(gòu)，柱體結(jié)構(gòu)作為波導(dǎo)環(huán)（ 6)，四個(gè)波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心，形成發(fā)散狀的電橋，其中兩個(gè)波 導(dǎo)作為輸入波導(dǎo)端口（l·、4)，另外兩個(gè)波導(dǎo)作為輸出波導(dǎo)端口（ 2、3)，作為輸入波導(dǎo)端口的 波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)端口的波導(dǎo)相間設(shè)置；其中，有相鄰的一個(gè)作為輸入波導(dǎo)端口的波導(dǎo)與一 個(gè)作為輸出波導(dǎo)端口的波導(dǎo)以柱體結(jié)構(gòu)為中心呈 180°設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：所述長(zhǎng)方體狀的波導(dǎo)的形 狀均完全相同，每個(gè)波導(dǎo)通過(guò)相同的端面與柱體結(jié)構(gòu)的側(cè)面連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：所述中空的柱體結(jié)構(gòu)的橫 截面呈圓環(huán)狀，在中空的柱體結(jié)構(gòu)中完成電磁場(chǎng)的分配、相互抵消，實(shí)現(xiàn)功率分配輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：四個(gè)波導(dǎo)中，第一輸入波導(dǎo) 端口與第一輸出波導(dǎo)端口之間夾角為60°，第一輸入波導(dǎo)端口與第二輸入波導(dǎo)端口之間夾 角為60°，第二輸入波導(dǎo)端口與第二輸出波導(dǎo)端口之間夾角為60°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：所述波導(dǎo)的尺寸根據(jù)工作 頻段決定，柱體結(jié)構(gòu)的中心周長(zhǎng)為工作波長(zhǎng)的1.5倍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：四個(gè)波導(dǎo)中的一個(gè)波導(dǎo)上 設(shè)置有銷釘柱（5)，所述銷釘柱（5)為金屬圓柱結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波導(dǎo)環(huán)形電橋，其特征在于：所述波導(dǎo)環(huán)性電橋的具體 工作過(guò)程如下： 電磁波從第一輸入波導(dǎo)端口輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)（6)耦合到第一輸出波導(dǎo)端口、 第二輸出波導(dǎo)端口，兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相同，所以第一輸入波導(dǎo)端口為同相 輸入波導(dǎo)端口，第二輸入波導(dǎo)端口無(wú)輸出； 電磁波從第二輸入波導(dǎo)端口輸入時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)波導(dǎo)環(huán)（6)耦合到第一輸出波導(dǎo)端口、 第二輸出波導(dǎo)端口，這時(shí)兩個(gè)輸出波導(dǎo)端口的電磁波相位相差180。，即反相輸出，所以第 二輸入波導(dǎo)端口為反相輸入波導(dǎo)端口，而第一輸入波導(dǎo)端口無(wú)輸出。
【文檔編號(hào)】H01P5/12GK104218295SQ201410510885
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】謝曉峰, 肖仕偉, 鄭貴強(qiáng), 吳尚昀 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所