本實用新型涉及一種波導多工器，特別涉及一種基于波導魔T的寬帶毫米波段波導多工器。

背景技術(shù)：

在進行氣象探測時，水汽分子在1.35cm～1.6mm波段有強吸收帶(頻率22～32GHz屬K波段)，通常使用微波遙感反演對大氣在22GHz～200GHz的頻率帶中的微波輻射進行測量。通過觀測來自于水汽線壓力增寬的輻射的強度和形狀的信息，可以得到水汽廓線。水汽線型也只需要測量5個相關(guān)度最小的通道數(shù)據(jù)即可確定，為了減少同時觀測時的噪聲與預(yù)防外部干擾，需要采用冗余設(shè)計，其關(guān)鍵器件是波導多工器的選擇。氧分子在2.52mm～5mm波段有強吸收帶(頻率60GHZ屬V波段)，通過測量氧氣在60GHz附近的輻射強度或亮度溫度得出溫度分布。氧氣譜線最多存在5個自由度，選取5個相關(guān)度最小通道完全獲取氧氣線型所有信息，為了減少同時觀測時的噪聲與預(yù)防外部干擾，也需要采用冗余設(shè)計，其關(guān)鍵器件是波導多工器的選擇。

多工器的主要功能是將寬帶信號分成不同的窄帶信號，不同波段的波導多工器的涉及難點不同，例如V波段波導多工器的設(shè)計有三個難點：工作頻段高(51～59GHz)，器件尺寸小，加工難度大；多個通道相互交疊；分頻路數(shù)多。K波段波導多工器的設(shè)計也有三個難點：工作頻段高(22～32GHz)；相對工作帶寬寬(37％)；分頻路數(shù)多。如果用多級威爾金森微帶功分網(wǎng)絡(luò)加微帶濾波器方案，由于微帶線和隔離用貼片電阻在V波段或K波段會產(chǎn)生寄生分布參數(shù)不可控，所以也不是適合的方案。

傳統(tǒng)波導多工器也有很多種，常見的是采用波導T頭加濾波器的方案，無論是直線型串聯(lián)，還是星型并聯(lián)方案，通道間隔離是依靠波導T頭和波導濾波器第一個膜片間的耦合，使其形成對其他頻率的等效短路面，即使其他頻率截止，這個尺寸的選擇跟波導波長相關(guān)，且具有周期性，當通道超過3個時，通道間隔離很難控制，各個通道間互相干擾，而且在這么高的頻段，參數(shù)變得敏感，機加工難以實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于波導魔T的寬帶毫米波段波導多工器，本實用新型的各信道之間相互隔離，互不干擾，各通道之間的插損小。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)措施：

一種基于波導魔T的波導多工器包括其輸入端作為本波導多工器的信號輸入端的隔離器，所述隔離器的信號輸出端連接一個具備2ⁿ個輸出端口的功分網(wǎng)絡(luò)，n為大于1的整數(shù)，所述功分網(wǎng)絡(luò)的信號輸出端連接波導濾波器和/或匹配負載。

優(yōu)選的，所述功分網(wǎng)絡(luò)采用波導魔T的2ⁿ階梯并聯(lián)形式即任意一個波導魔T的兩個信號輸出端分別連接另外兩個波導魔T的信號輸入端，所述隔離器的信號輸出端連接公共端口的波導魔T的信號輸入端，信道端口的波導魔T的信號輸出端連接波導濾波器和/或匹配負載。

優(yōu)選的，所述波導魔T包括輸入矩形波導、魔T隔離端口以及輸出矩形波導，所述輸出矩形波導的內(nèi)部設(shè)置有匹配結(jié)構(gòu)，所述匹配結(jié)構(gòu)部分延伸進入魔T隔離端口內(nèi)部。

優(yōu)選的，所述匹配結(jié)構(gòu)包括至少一個圓柱，以及一個頂面與圓柱底面相連的圓臺。

進一步的，所述匹配結(jié)構(gòu)的材料為金屬。

進一步的，各個所述波導濾波器的頻帶各不相同。

更進一步的，所述波導濾波器為H面膜片耦合波導濾波器。

本實用新型的有益效果在于：

1)、本實用新型包括其輸入端作為本波導多工器的信號輸入端的隔離器，隔離器的信號輸出端連接一個具備2ⁿ個輸出端口的功分網(wǎng)絡(luò)，所述功分網(wǎng)絡(luò)的信號輸出端連接波導濾波器和/或匹配負載，根據(jù)實際需要來設(shè)置波導濾波器和匹配負載，不需要的通道可以設(shè)置匹配負載，因此本實用新型可以實現(xiàn)奇數(shù)或偶數(shù)任意個通道的多工器。所述隔離器位于整個結(jié)構(gòu)的最前端，用于阻擋各信道的回波信號對于功分器前端的低噪聲放大器造成危害；不同頻率的波導濾波器，在輸入、輸出端具有較好的回波特性，輸出端口之間有較高的隔離度，防止信道之間的信號串擾。因此本實用新型的各信道之間相互隔離，互不干擾，頻帶與頻帶之間可重疊；各通道的傳輸路徑長度相同，插損小，等幅同相，不需要額外的相位補償；本實用新型適用于毫米波段甚至更高頻段多工器的設(shè)計；各部分器件的加工工藝成熟、加工精度要求較低，便于工程可實現(xiàn)。

2)、波導魔T的內(nèi)部采用圓臺加圓柱的匹配結(jié)構(gòu)不僅能使魔T達到輸入阻抗匹配，而且能拓展魔T的帶寬，由于寬帶魔T兩臂輸出隔離效果，使得輸出通帶交疊得以實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的波導多工器原理圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的波導多工器原理圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的波導多工器原理圖；

圖4為本實用新型一個實施例的波導七工器原理框圖；

圖5為本實用新型一個實施例的K波段寬帶波導魔T的三維仿真模型；

圖6為本實用新型一個實施例的V波段寬帶波導魔T的三維仿真模型；

圖7為本實用新型一個實施例的K波段寬帶波導七工器的三維仿真模型；

圖8為本實用新型一個實施例的V波段寬帶波導七工器的三維仿真模型；

圖9為本實用新型一個實施例的K波段寬帶波導七工器傳輸曲線圖；

圖10為本實用新型一個實施例的V波段寬帶波導七工器傳輸曲線圖；

圖11為本實用新型一個實施例的K波段寬帶波導七工器輸出端口的反射曲線圖；

圖12為本實用新型一個實施例的V波段寬帶波導七工器輸出端口的反射曲線圖；

圖13為本實用新型一個實施例的K波段寬帶波導七工器各輸出端口隔離曲線圖；

圖14為本實用新型一個實施例的V波段寬帶波導七工器各輸出端口隔離曲線圖。

圖中的附圖標記含義如下：

10—隔離器 20—功分網(wǎng)絡(luò)

21～27—第一波導魔T～第七波導魔T

211—輸入矩形波導 212—魔T隔離端口 213—輸出矩形波導

214—匹配結(jié)構(gòu) 30—波導濾波器 40—匹配負載

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1、2、3所示，常用的波導多工器方案有三種，其中圖1所示的每個通道由一個環(huán)形器和一個濾波器組成，環(huán)形器的單向性使得通道間的相互隔離性較好，缺點是第N個通道的損耗是前面N個環(huán)形器的損耗加上濾波器的損耗，所以后面通道的損耗過大，且各路輸出幅度一致性差。圖2所示的多支節(jié)耦合型多工器是由一個主波導，在上面依次排列N個波導T頭，連接各頻段波導濾波器組成，但是工作帶寬窄，通道間隔離是依靠波導T頭和波導濾波器第一個膜片間的耦合，使其形成對其他頻率的等效短路面，或頻率截止。當通道超過3個時，通道間隔離很難控制，參數(shù)變得敏感，機加工難以實現(xiàn)。各路輸出相位一致性差，需要額外做相位補償。圖3所示的方案與圖2類似，只是將結(jié)構(gòu)從串聯(lián)改為并聯(lián)，波導T頭的帶寬窄，隔離差，不適用通道超過3個，只是各路路徑相同，等幅同相。

圖4為一個實施例的波導七工器原理框圖，選取隔離器10為1個、波導魔T為7個、波導濾波器30為7個，匹配負載40為1個。

波導七工器包括其輸入端作為本波導多工器的信號輸入端的隔離器10，所述隔離器10的信號輸出端連接第一波導魔T21的信號輸入端，所述第一波導魔T21的兩個信號輸出端分別連接第二波導魔T22的信號輸入端、第三波導魔T23的信號輸入端，所述第二波導魔T22的兩個信號輸出端分別連接第四波導魔T24的信號輸入端、第五波導魔T25的信號輸入端，所述第三波導魔T23的兩個信號輸出端分別連接第六波導魔T26的信號輸入端、第七波導魔T27的信號輸入端，所述第四波導魔T24的兩個信號輸出端、第五波導魔T25的兩個信號輸出端、第六波導魔T26的兩個信號輸出端、第七波導魔T27的一個信號輸出端均連接波導濾波器30，第七波導魔T27的另一個信號輸出端連接匹配負載40。

所述隔離器、波導濾波器30均為可定制芯片。

改變隔離器10、波導魔T20、波導濾波器30的尺寸大小，能夠形成應(yīng)用于不同波段的寬帶波導多工器。

隔離器10的工作頻段為全頻段，利用其反相信號與正向傳輸信號間相互隔離的特性防止波導濾波器30反射信號對隔離器10前端的低噪聲放大器造成干擾和損害，隔離器10對多工器的性能起到一個保障作用。

圖5為K波段寬帶波導魔T的三維仿真模型，匹配結(jié)構(gòu)214包括一個圓柱，以及一個頂面與圓柱底面相連的圓臺。

圓臺加圓柱的匹配結(jié)構(gòu)不僅能使波導魔T達到輸入阻抗匹配，而且能拓展波導魔T的帶寬，波導魔T作為功分器使用，兩分支臂間可以產(chǎn)生20dB左右的隔離，正是由于寬帶波導魔T兩臂輸出隔離效果，使得輸出通帶交疊得以實現(xiàn)。用7個寬帶波導魔T采用2³階梯并聯(lián)形式實現(xiàn)一個8端口輸出的功分網(wǎng)絡(luò)，用匹配負載連接其中一路輸出，其他7路輸出都是寬帶，且通道間互不干擾。

圖6為V波段寬帶波導魔T的三維仿真模型，所述波導魔T包括輸入矩形波導211、魔T隔離端口212以及輸出矩形波導213，所述輸出矩形波導213的內(nèi)部設(shè)置有匹配結(jié)構(gòu)214，所述匹配結(jié)構(gòu)214部分延伸進入魔T隔離端口212內(nèi)部。所述匹配結(jié)構(gòu)214包括依次相連的兩個圓柱，以及一個頂面與圓柱底面相連的圓臺。

具體的，所述匹配結(jié)構(gòu)24的材料為金屬；所述波導濾波器30為H面膜片耦合波導濾波器。

如圖7所示，由于多工器工作帶寬達到近40％，為防止最低頻波導濾波器F1通道的寄生通道落在最高頻波導濾波器F7通道的附近，將波導濾波器F1通道的波導口長邊尺寸縮小，可有效將波導濾波器F1最近的寄生通帶推移到波導濾波器F7通道外更高頻，減少對波導濾波器F7通道的干擾。

輸入信號經(jīng)過隔離器10后進入第一波導魔T21的信號輸入端，所述第一波導魔T21將輸入信號功分成兩路信號分別送入第二波導魔T22的信號輸入端、第三波導魔T23的信號輸入端，所述第二波導魔T22將其中的一路信號功分成兩路信號分別送入第四波導魔T24的信號輸入端、第五波導魔T25的信號輸入端，所述第三波導魔T23將另一路信號功分成兩路信號分別送入第六波導魔T26的信號輸入端、第七波導魔T27的信號輸入端，所述第四波導魔T24的兩個信號輸出端、第五波導魔T25的兩個信號輸出端、第六波導魔T26的兩個信號輸出端、第七波導魔T27的一個信號輸出端分別輸出信號至不同頻率的波導濾波器F1～F7的信號輸入端，第七波導魔T27的另一個信號輸出端連接匹配負載40。

如圖8所示，7個波導濾波器的頻帶各不相同，F(xiàn)1到F4四個波導濾波器的相對帶寬較窄，相對帶寬為0.4％左右，F(xiàn)5、F6、F7三個波導濾波器帶寬分別為1％，1.7％，3.4％，且相互交疊，為提高腔體Q值，采用H面膜片耦合波導濾波器，不同頻率的波導濾波器，在輸入、輸出端具有較好的回波特性，輸出端口之間有較高的隔離度，防止信道之間的信號串擾。

圖9為K波段寬帶波導七工器傳輸曲線圖，為7個通道的S21曲線，每個通道的波形良好，互不干擾，帶內(nèi)平坦，理論損耗為9分貝。

圖10為V波段寬帶波導七工器傳輸曲線圖，為7個信號輸出通道的S21曲線，每個通道的波形良好，即使波導濾波器F5，F(xiàn)6,F7的三個通道相互交疊，通道間互不干擾，帶內(nèi)平坦，理論損耗為9分貝。

圖11為K波段寬帶波導七工器各輸出端口反射曲線圖，每個通道的波形良好，互不干擾，回波損耗小于-22dB，相當于駐波小于1.15。

圖12為V波段寬帶波導七工器各輸出端口反射曲線圖，每個通道的波形良好，波導濾波器F5、F6、F7三個通道相互交疊，通道間互不干擾，回波損耗小于-19dB，相當于駐波小于1.2。

圖13為K波段寬帶波導七工器各輸出端口隔離曲線圖，兩兩相鄰輸出端口間隔離度大于-40dB，跨接端口隔離度會優(yōu)于兩兩相鄰輸出端口。

圖14為V波段寬帶波導七工器各輸出端口隔離曲線圖，兩兩相鄰輸出端口間隔離度大于-40dB，跨接端口隔離度會優(yōu)于兩兩相鄰輸出端口。

本實用新型的各信道之間相互隔離，互不干擾，頻帶與頻帶之間可重疊；各通道的傳輸路徑長度相同，插損小，等幅同相，適用于毫米波段甚至更高頻段多工器的設(shè)計。