一种低无源互调波导法兰及设计方法技术

本发明专利技术公开一种低无源互调波导法兰及设计方法，通过在常规法兰面上设计周期性金属凸体，与另一法兰面以一定间距排列构成非接触结构，通过对金属凸体尺寸及法兰间距等参数进行设计计算，获得合适的电磁禁带特性，实现对法兰间隙中电磁波泄露的抑制，结合机械连接结构形成内部非接触的波导法兰。本发明专利技术所提低无源互调波导法兰，通过构造非接触电磁带隙结构，在不影响波导间电磁波传输的前提下实现了法兰内部非接触，消除了接触非线性，有效抑制了无源互调效应，且降低了对材料、电镀、加工及装配工艺的要求。同时本发明专利技术所提低无源互调波导法兰具有很宽的工作带宽，可完全覆盖相应的波导工作带宽，可应用于各种大功率低互调微波部件及测试系统中。

A low passive intermodulation waveguide flange and its design method

The invention discloses a low passive intermodulation waveguide flange and a design method. A periodic metal convex body is designed on a conventional flange surface, and a non-contact structure is formed by arranging with another flange surface at a certain distance. By designing and calculating parameters such as the size of the metal convex body and the distance between the flanges, the suitable electromagnetic band gap characteristics are obtained. The electromagnetic wave leakage in the flange gap is restrained, and the internal non-contact waveguide flange is formed by combining the mechanical connection structure. The low passive intermodulation waveguide flange of the invention realizes non-contact inside the flange without affecting electromagnetic wave transmission between waveguides by constructing a non-contact electromagnetic band gap structure, eliminates contact nonlinearity, effectively suppresses passive intermodulation effect, and reduces the requirements for materials, electroplating, processing and assembly technology. At the same time, the low passive intermodulation waveguide flange has a wide working bandwidth, can completely cover the corresponding waveguide working bandwidth, and can be applied to various high power low intermodulation microwave components and test systems.

【技术实现步骤摘要】
一种低无源互调波导法兰及设计方法
本专利技术属于微波
，尤其涉及一种低无源互调波导法兰及设计方法。
技术介绍
无源互调(PassiveIntermodulation，PIM)效应是通信系统中的一种重要的干扰现象，广泛存在于各种大功率微波无源部件及连接结构中。为了保证通信系统的正常工作，需采取有效的无源互调抑制措施。产生无源互调的主要机理为接触非线性和材料非线性，其中材料非线性可以通过选择合适的材料而避免，而接触非线性则普遍存在于各种微波无源结构中。波导结构是各种大功率微波系统中最广泛应用的结构形式之一，而波导法兰连接是波导结构中产生无源互调的首要因素，目前常用的标准波导法兰采用物理连接方式，法兰的连接部分由于电镀、粗糙度、脏污以及材料界面过渡等多种因素的存在，会引起接触非线性，从而产生无源互调效应。目前已有的针对波导法兰的无源互调抑制措施主要有高压法兰和介质膜隔离方式。高压法兰除了增压台结构外，还需要保证接触面足够高的光洁度和精确的力矩紧固，对于加工装配工艺有着很高的要求，且由于存在着接触，无法从根本上消除接触非线性，存在着长期可靠性问题。介质膜隔离方式由于可靠性问题目前尚无法用于实际产品中。此外，目前存在的扼流(choke)式法兰，虽然避免了一部分电接触，但是由于其主要结构为四分之一波长扼流槽，无法实现宽带性能，工作带宽较窄，实际应用中也受限制。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种低无源互调波导法兰及设计方法，通过在法兰面上构造非接触电磁带隙结构实现对电磁波的束缚，实现了法兰面的内部非接触，代替了传统的物理连接电壁，大幅降低了法兰面的电接触面积，大幅消除了接触非线性，有效抑制了无源互调效应，且降低了对材料、电镀、加工及装配工艺的要求。同时本专利所提出的低无源互调波导法兰可以实现很宽的工作带宽，可完全覆盖相应的波导工作带宽，可以应用于大功率低互调微波部件及测试系统中。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种低无源互调波导法兰，包括：法兰A和法兰B；其中，所述法兰A的法兰面上按照一定的规则设置有若干个金属凸体；所述法兰A和所述法兰B以一定间距排列构成非接触的间隙结构；其中，所述法兰A的设置有所述金属凸体的法兰面和所述法兰B的法兰面相对；所述法兰A和所述法兰B四周通过机械连接结构连接以构成低无源互调波导法兰。上述低无源互调波导法兰中，若干个金属凸体按照成行成列的规则设置于所述法兰A的法兰面上。上述低无源互调波导法兰中，所述金属凸体为立方体、圆柱体或正方体。上述低无源互调波导法兰中，所述法兰B的法兰面的四周设置与所述法兰A的法兰面的尺寸相匹配的第一凸台；所述第一凸台与所述法兰A的设置有所述金属凸体的法兰面通过螺钉相连接；其中，所述第一凸台的高度大于所述金属凸体的高度。上述低无源互调波导法兰中，所述法兰A的设置有所述金属凸体的法兰面的四周设置有第二凸台；所述第二凸台与所述法兰B的法兰面通过螺钉相连接；其中，所述第二凸台的高度大于所述金属凸体的高度。上述低无源互调波导法兰中，每个金属凸体的高度为h、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体的横向间距为g1、纵向间距为g2；金属凸体的上表面与法兰B的法兰面的间距为d；上述各个参数值的获取步骤如下：(1)在电磁仿真程序中建立法兰A中每个金属凸体的仿真模型，设置周期性边界条件，设置本征求解模式；(2)通过本征值求解获得色散特性曲线，调整各个参数值，使得色散特性曲线中的频率禁带落入所需的工作频带范围内；(3)根据获得的各个参数值，在电磁仿真程序中建立整体的波导法兰初步仿真模型；(4)设置传输功率，根据传输功率大小选择法兰A中金属凸体的数量，以保证足够的电磁波传输抑制性能；(5)仿真获得插损及驻波结果，微调尺寸参数，获得满足的插损及驻波特性。上述低无源互调波导法兰中，所述金属凸体的上表面与法兰B的法兰面的间距d小于工作频率对应的四分之一波长。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种低无源互调波导法兰设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：若干个金属凸体按照一定的规则设置在法兰A的法兰面上；步骤二：将法兰A和法兰B以一定间距排列构成非接触的间隙结构；其中，法兰A的设置有金属凸体的法兰面和法兰B的法兰面相对；步骤三：将法兰A和法兰B四周通过机械连接结构连接以构成低无源互调波导法兰。上述低无源互调波导法兰设计方法中，每个金属凸体的高度为h、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体的横向间距为g1、纵向间距为g2；金属凸体的上表面与法兰B的法兰面的间距为d；上述各个参数值的获取步骤如下：(1)在电磁仿真程序中建立法兰A中每个金属凸体的仿真模型，设置周期性边界条件，设置本征求解模式；(2)通过本征值求解获得色散特性曲线，调整各个参数值，使得色散特性曲线中的频率禁带落入所需的工作频带范围内；(3)根据获得的各个参数值，在电磁仿真程序中建立整体的波导法兰初步仿真模型；(4)设置传输功率，根据传输功率大小选择法兰A中周期性金属凸体的数量，以保证足够的电磁波传输抑制性能；(5)仿真获得插损及驻波结果，微调尺寸参数，获得满足的插损及驻波特性。上述低无源互调波导法兰设计方法中，所述金属凸体的上表面与法兰B的法兰面的间距d小于工作频率对应的四分之一波长。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术通过在法兰面上构造非接触电磁带隙结构实现对电磁波的束缚，实现了法兰面的内部非接触，代替了传统的物理连接电壁，大幅降低了法兰面的电接触面积，大幅消除了接触非线性，有效抑制了无源互调效应。(2)本专利技术相比现有技术，降低了对波导法兰材料、电镀、加工及装配工艺的要求。(3)本专利技术相比现有技术，可以实现很宽的工作带宽，可完全覆盖相应的波导工作带宽。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的低无源互调波导法兰结构尺寸示意图；图1-1为法兰A中周期性凸体结构尺寸示意图；图2为本专利技术一种低无源互调波导法兰及设计方法中法兰A单个周期性金属凸体结构单元的仿真计算模型示意图；图3(a)为本专利技术的在以Ku频段BJ120(WR75)波导为例实施过程中，法兰A周期性凸体在一种尺寸参数下的色散特性仿真曲线；图3(b)为本专利技术的在以Ku频段BJ120(WR75)波导为例实施过程中，法兰A周期性凸体在另一种尺寸参数下的色散特性仿真曲线；图4为本专利技术一种低无源互调波导法兰及设计方法在以Ku频段BJ120(WR75)波导为例实施过程中所采用的两种不同机械连接结构形式；其中，图4(a)和图4(b)分别是第一种机械连接形式所对应的法兰A和法兰B部分，图4(c)和图4(d)分别是第二种机械连接形式所对应的法兰A和法兰B部分；图5为依据本专利技术设计实现的Ku频段BJ120(WR75)低无源互调波导法兰的实测无源互调结果。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低无源互调波导法兰，其特征在于包括：法兰A(1)和法兰B(2)；其中，所述法兰A(1)的法兰面上按照一定的规则设置有若干个金属凸体(3)；所述法兰A(1)和所述法兰B(2)以一定间距排列构成非接触的间隙结构；其中，所述法兰A(1)的设置有所述金属凸体(3)的法兰面和所述法兰B(2)的法兰面相对；所述法兰A(1)和所述法兰B(2)四周通过机械连接结构连接以构成低无源互调波导法兰。

【技术特征摘要】
1.一种低无源互调波导法兰，其特征在于包括：法兰A(1)和法兰B(2)；其中，所述法兰A(1)的法兰面上按照一定的规则设置有若干个金属凸体(3)；所述法兰A(1)和所述法兰B(2)以一定间距排列构成非接触的间隙结构；其中，所述法兰A(1)的设置有所述金属凸体(3)的法兰面和所述法兰B(2)的法兰面相对；所述法兰A(1)和所述法兰B(2)四周通过机械连接结构连接以构成低无源互调波导法兰。2.根据权利要求1所述的低无源互调波导法兰，其特征在于：若干个金属凸体(3)按照成行成列的规则设置于所述法兰A(1)的法兰面上。3.根据权利要求1所述的低无源互调波导法兰，其特征在于：所述金属凸体(3)为立方体、圆柱体或正方体。4.根据权利要求1所述的低无源互调波导法兰，其特征在于：所述法兰B(2)的法兰面的四周设置与所述法兰A(1)的法兰面的尺寸相匹配的第一凸台(21)；所述第一凸台(21)与所述法兰A(1)的设置有所述金属凸体(3)的法兰面通过螺钉相连接；其中，所述第一凸台(21)的高度大于所述金属凸体(3)的高度。5.根据权利要求1所述的低无源互调波导法兰，其特征在于：所述法兰A(1)的设置有所述金属凸体(3)的法兰面的四周设置有第二凸台(11)；所述第二凸台(11)与所述法兰B(2)的法兰面通过螺钉相连接；其中，所述第二凸台(11)的高度大于所述金属凸体(3)的高度。6.根据权利要求1所述的低无源互调波导法兰，其特征在于：每个金属凸体(3)的高度为h、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体(3)的横向间距为g1、纵向间距为g2；金属凸体(3)的上表面与法兰B(2)的法兰面的间距为d；上述各个参数值的获取步骤如下：(1)在电磁仿真程序中建立法兰A(1)中每个金属凸体(3)的仿真模型，设置周期性边界条件，设置本征求解模式；(2)通过本征值求解获得色散特性曲线，调整各个参数值，使得色散特性曲线中的频率禁带落入所需的工作频带范围内；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，孙东全，崔万照，双龙龙，王瑞，周强，胡少光，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61