一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法技术

本发明专利技术公开一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法，在波导外壁设计周期性金属凸体，作为第一连接部。在另一波导末端设计尺寸相匹配的阶梯波导，作为第二连接部。第一连接部内嵌于第二连接部，通过机械连接构成内部非接触的波导连接结构。对凸体尺寸、连接结构内部间距等参数进行计算，获得合适的电磁禁带特性，实现对结构间隙中电磁泄露的抑制。本发明专利技术所提非接触型低无源互调波导连接结构，在不影响电磁传输的前提下实现波导连接的内部非接触，消除了传统连接的接触非线性，有效抑制了无源互调效应，且降低了对材料、加工及装配工艺的要求。同时具有宽带、结构紧凑、容差性强等优点，可应用于各种大功率低无源互调微波部件及测试系统中。

A non-contact low passive intermodulation waveguide connection structure and design method

The invention discloses a non-contact low-passive intermodulation waveguide connection structure and a design method. A periodic metal convex body is designed on the outer wall of the waveguide as the first connection part. The stepped waveguide at the end of the other waveguide is designed as a second connecting part. The first connection part is embedded in the second connection part, and the inner non-contact waveguide connection structure is formed by mechanical connection. By calculating the size of convex body and the internal spacing of the connecting structure, the suitable characteristics of electromagnetic band gap are obtained, and the electromagnetic leakage in the gap of the structure is restrained. The non-contact low-passive intermodulation waveguide connection structure of the invention realizes the inner non-contact of the waveguide connection without affecting the electromagnetic transmission, eliminates the contact non-linearity of the traditional connection, effectively suppresses the passive intermodulation effect, and reduces the requirements for materials, processing and assembly technology. At the same time, it has the advantages of broadband, compact structure and strong tolerance. It can be used in various high power and low passive intermodulation microwave components and test systems.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法
本专利技术涉及一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法，能够用于各种大功率低无源互调微波部件及测试系统中，属于微波

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。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连接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。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，提出了一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法，通过在常规标准波导外壁构造非接触电磁带隙结构实现对电磁波的束缚，实现了波导连接的内部非接触，代替了传统波导法兰的物理连接电壁，大幅降低了波导连接结构的电接触面积，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连接结构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，且具有体积小、结构紧凑、容差性强等优点，可以应用于各种大功率低无源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，提供了一种非接触型低无源互调波导连接结构，包括：第一连接部和第二连接部；其中，所述第一连接部包括第一波导和若干个金属凸体；其中，若干个金属凸体按照一定的规则均匀地设置于所述第一波导一端的外壁；所述第二连接部包括第二波导和空心阶梯波导结构；其中，所述空心阶梯波导结构设置于所述第二波导的末端；所述第一连接部设置有金属凸体的一端嵌设于所述空心阶梯波导结构。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，若干个金属凸体分成并行排列的m组，并且每组中的金属凸体沿着第一波导的周向均匀分布。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，所述金属凸体为立方体、圆柱体或正方体。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，所述第一连接部还包括第一机械连接部；其中，所述第一机械连接部与所述第一波导的外壁相连接，并且所述第一机械连接部位于金属凸体的后部；所述第一机械连接部与所述空心阶梯波导结构的第二机械连接部通过螺钉或销钉相连接。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，所述第一连接部和所述第二连接部的材料相同，均为金属材料。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，所述第一连接部的中心轴线和所述第二连接部的中心轴线相重合。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，每个金属凸体的高度为hp、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体横向间距为g1，相邻金属凸体纵向间距为g2；金属凸体上表面与空心阶梯波导结构内表面法向间距为ha；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每个金属凸体的仿真模型；(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非接触型波导连接结构初步仿真模型；(4)设置传输功率，根据传输功率大小选择周期性金属凸体数量，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。上述非接触型低无源互调波导连接结构中，金属凸体上表面与空心阶梯波导结构内表面法向间距ha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，还提供了一种非接触型低无源互调波导连接结构设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：通过第一波导和若干个金属凸体组成第一连接部；其中，若干个金属凸体按照一定的规则均匀地设置于所述第一波导一端的外壁；步骤二：通过第二波导和与空心阶梯波导结构组成第二连接部；其中，所述空心阶梯波导结构设置于所述第二波导的末端；步骤三：将第一连接部设置有金属凸体的一端插入空心阶梯波导结构。上述非接触型低无源互调波导连接结构设计方法中，每个金属凸体的高度为hp、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体横向间距为g1，相邻金属凸体纵向间距为g2；金属凸体上表面与空心阶梯波导结构内表面法向间距为ha；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每个金属凸体的仿真模型；(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非接触型波导连接结构初步仿真模型；(4)设置传输功率，根据传输功率大小选择周期性金属凸体数量，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。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术通过在常规标准波导外壁构造非接触电磁带隙结构实现对电磁波的束缚，实现了波导连接的内部非接触，代替了传统波导法兰的物理连接电壁，大幅降低了波导连接结构的电接触面积，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，降低了对波导连接结构的材料、电镀、加工及装配工艺的要求。(3)本专利技术相比现有技术，可以实现体积更小，结构更紧凑，且具有较好的容差性。(4)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为本专利技术一种非接触型低无源互调波导连接结构截面尺寸示意图；图1-1为本专利技术的第一连接部中周期性金属凸体结构尺寸示意图；图2为本专利技术一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法中第一连接部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为本专利技术一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法在以S频段WR430波导为例实施过程中第一连接部周期性凸体的色散特性仿真曲线；图4为本专利技术一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法在以S频段WR430波导为例实施过程中所采用的具体结构形式，其中，图4(a)为第一连接部的结构示意图，图4(b)为第二连接部的结构示意图，图4(c)为整体的连接结构示意图；图5为本专利技术一种非接触型低无源互调波导连接结构及设计方法在以S频段WR430波导为例实施过程中，纵向波导端口间隙d在1～7mm范围变化时的插损及驻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于包括：第一连接部(1)和第二连接部(2)；其中，所述第一连接部(1)包括第一波导(11)和若干个金属凸体(13)；其中，若干个金属凸体(13)按照一定的规则均匀地设置于所述第一波导(11)一端的外壁；所述第二连接部(2)包括第二波导(21)和空心阶梯波导结构(22)；其中，所述空心阶梯波导结构(22)设置于所述第二波导(21)的末端；所述第一连接部(1)设置有金属凸体(13)的一端嵌设于所述空心阶梯波导结构(22)。

【技术特征摘要】
1.一种非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于包括：第一连接部(1)和第二连接部(2)；其中，所述第一连接部(1)包括第一波导(11)和若干个金属凸体(13)；其中，若干个金属凸体(13)按照一定的规则均匀地设置于所述第一波导(11)一端的外壁；所述第二连接部(2)包括第二波导(21)和空心阶梯波导结构(22)；其中，所述空心阶梯波导结构(22)设置于所述第二波导(21)的末端；所述第一连接部(1)设置有金属凸体(13)的一端嵌设于所述空心阶梯波导结构(22)。2.根据权利要求1所述的非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于：若干个金属凸体(13)分成并行排列的m组，并且每组中的金属凸体(13)沿着第一波导(11)的周向均匀分布。3.根据权利要求1所述的非接触型低无源互调波导连接结构，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所述的非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于：所述第一连接部(1)还包括第一机械连接部(12)；其中，所述第一机械连接部(12)与所述第一波导(11)的外壁相连接，并且所述第一机械连接部(12)位于金属凸体(13)的后部；所述第一机械连接部(12)与所述空心阶梯波导结构(22)的第二机械连接部(221)通过螺钉或销钉相连接。5.根据权利要求1所述的非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于：所述第一连接部(1)和所述第二连接部(2)的材料相同，均为金属材料。6.根据权利要求1所述的非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于：所述第一连接部(1)的中心轴线和所述第二连接部(2)的中心轴线相重合。7.根据权利要求1所述的非接触型低无源互调波导连接结构，其特征在于：每个金属凸体(3)的高度为hp、宽度为w、厚度为t；相邻金属凸体(3)横向间距为g1，相邻金属凸体(3)纵向间距为g2；金属凸体(3)上表面与空心阶梯波导结构(22)内表面法向间距为ha；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每个金属凸体(13)的仿真模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，孙东全，崔万照，
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