一种共面波导魔T制造技术

本发明专利技术提供一种共面波导魔T，属于微波器件技术领域，包括从顶部至底部依次同轴连接的输出介质同轴波导、空气同轴波导、圆波导及两个对称的半空气同轴波导；两个对称的半空气同轴波导通过两个金属隔板隔开；还包括与半空气同轴波导底端连接并沿半空气同轴波导H面中心对称的两个输入介质同轴波导、位于两个半空气同轴波导外导体内两个多级阶梯匹配结构与填充高介电常数介质的介质矩形波导。本发明专利技术解决了现有的合成器功率容量低、高插损及合成端口间隔离度、尺寸无法满足要求的问题，可以用于雷达发射机的和差网络以及固态放大器的功率合成。

【技术实现步骤摘要】
一种共面波导魔T
本专利技术涉及微波器件
，特别是一种新型共面波导魔T。
技术介绍
传统的高功率微波一般是通过电真空器件来产生，但电真空器件体积庞大，随着基于半导体结构的小型有源器件的快速发展和输出功率的不断提高，通过大量的半导体有源器件进行组阵，后再通过大规模天线阵列进行辐射可产生与传统电真空器件辐射相比拟的等效辐射功率。为了在等效辐射功率不变的情况下尽量减少有源相控阵天线的单元数量，需要在有限截面尺寸内对多个有源器件进行功率合成，为了保证有源器件的失效性能，增加系统的稳定性同时保证合成效率，需要合成器输入端口间具有高隔离度，各端口需要具有良好的驻波性能，同时需要有较高的合成效率，所有功能需要在有限截面内实现。目前微波领域主要合成器包括二进制功率合成器、波导行波功率合成器、波导径向功率分配合成器和波导空间功率合成器等。基于现有的合成器大都不满足横截面尺寸要求，其中基于电阻隔膜的二进制功率合成器不满足kW级功率容量要求，波导行波功率合成器合成端口间隔离度与回波损耗也无法满足要求，波导径向功率分配合成器无法满足其超紧凑的体积要求和高隔离度低反射要求，空间功率合成技术用于微波频段尺寸较高。常规的依托于介质的平面传输线对于实现kW级功率容量有较大难度，因此现有的微波功率合成技术大都不满足kW级功率容量和低插损、高隔离度以及尺寸体积要求。
技术实现思路
为了解决现有的合成器功率容量低、高插损及合成端口间隔离度、尺寸无法满足要求的问题，本专利技术提供一个新型紧凑共面波导魔T，用来实现有限截面内的功率合成，有效减小波导魔T的体积，同时在较宽的带宽范围内实现各端口的低回波损耗(<-20dB)和输入端口间、和差端口间的高隔离度(>20dB)，使得波导魔T能够在对体积尺寸有更严格要求的场合得以应用。本专利技术的技术解决方案是提供一种共面波导魔T，其特殊之处在于：包括从顶部至底部依次同轴连接的输出介质同轴波导3、空气同轴波导9、圆波导8及两个半空气同轴波导6；两个对称的半空气同轴波导6通过两个金属隔板5隔开(通过在空气同轴波导9的外导体内放置两块金属隔板5分割为两个对称的半空气同轴波导6)；还包括两个输入介质同轴波导1、两个多级阶梯匹配结构7与介质矩形波导4，上述两个输入介质同轴波导1与半空气同轴波导6底端连接并沿半空气同轴波导6H面(与磁场平行的面称为H面)中心对称并相对金属隔板5对称，用来实现和差端口注入微波时两输入端口的等幅同相/反相分配；上述两个多级阶梯匹配结构7分别与两个输入介质同轴波导1内导体共轴连接并分别位于两个半空气同轴波导6外导体内，上述介质矩形波导4与圆波导8底端连接并位于两个半空气同轴波导6内导体内部，且介质矩形波导4长边平行于金属隔板5；上述介质矩形波导4中填充高介电常数的介质。本波导魔T共有四个波导端口，分别是：两个与半空气同轴波导6连接的输入介质同轴波导1输入端口、一个与圆波导8底部连接的介质矩形波导4端口、一个与圆波导8顶部连接的输出介质同轴波导3端口。整个结构沿金属隔板5平行方向和垂直方向对称分布。半空气同轴波导6特定的内半径和外半径尺寸用来实现半空气同轴波导6中准TE10模式的传输和准TE20模式的截止。两个半空气同轴波导6与圆波导8连接，圆波导8底部连接介质矩形波导4从而实现两个半空气同轴波导6中准TE10模式的差耦合输出。圆波导8依次连接空气同轴波导9和输出介质同轴波导3，将两个半空气同轴波导6中的准TE10模式的耦合成为TEM模式并在顶部同轴端口中和耦合输出。同轴波导是和端口耦合输出宽带阻抗匹配的关键。优选地，上述多级阶梯匹配结构7包括依次连接的第一匹配金属块71、第二匹配金属块72、第三匹配金属块73及第四匹配金属块74，第一匹配金属块71与输入介质同轴波导1内导体连接，所述第二至第四匹配金属块的外周侧紧贴半空气同轴波导6外导体内侧；上述第一匹配金属块71的长边和宽边尺寸均小于输入介质同轴波导1外导体直径尺寸，第二至第四金属块的长度依次变小，宽度相同，两个多级阶梯匹配结构宽度方向平面与金属隔板5平行。优选地，上述输出介质同轴波导3从上至下依次包括第一输出介质同轴波导31与第二输出介质同轴波导32，上述第一输出介质同轴波导31的内外径均小于第二输出介质同轴波导32的内外径；空气同轴波导9从上至下依次包括第一空气同轴波导94、第二空气同轴波导93、第三空气同轴波导92及第四空气同轴波导91，第一空气同轴波导94的外径小于第二空气同轴波导93的外径，第二、第三及第四空气同轴波导的外径相等；第一与第二空气同轴波导的内径相等，第二、第三、第四空气同轴波导的内径依次增大；第二输出介质同轴波导32的内外径均小于第一空气同轴波导94的内外径。优选地，第四空气同轴波导91的外径等于圆波导8的外径，圆波导8的外半径小于半空气同轴波导6外导体半径。上述介质矩形波导4中填充的高介电常数的介质，介质矩形波导4中填充的高介电常数介质使得介质波导结构尺寸紧凑，是实现和差端口共面的关键，优选地，该介质可以为微波陶瓷、聚四氟乙烯或聚乙烯。为了保证魔T具有较高的功率容量，优选地，半空气同轴波导6和多级阶梯匹配结构7为金属结构。在7.5-9.5GHz频段范围内，输入介质同轴波导1的内外半径尺寸分别为2.05mm和0.65m；半空气同轴波导6内外半径尺寸分别为16.44mm和8.44mm，半空气同轴波导6的长度为26.6mm；圆波导8腔的半径为15.4mm，长度为2mm；介质矩形波导4的长度为10.51mm，宽度为3.51mm；与圆波导8依次连接的四个空气同轴波导9内外半径分别为(15.4mm,8.14mm)、(15.4mm,5.40mm)、(15.4mm,1.29mm)、(9.16mm,1.29mm)，与圆波导8依次连接的四个空气同轴波导9的长度分别为：6.22mm、4.30mm、5.72mm、6.70mm，与空气同轴波导9依次连接的介质同轴波导与内外半径分别(5.91mm，1.08mm)，(2.05mm，0.65mm)。优选地，两个半空气同轴波导6间金属隔板5的长、宽、高分别为8mm、0.4mm、26.6mm。优选地，第一匹配金属块的长、宽、高尺寸为2.28mm、3.35mm、1.58mm，第二、第三、第四匹配金属块的长、宽、高尺寸为：6.45mm×3.35mm×6.45mm，3.43mm×3.35mm×3.18mm，1.50mm×3.35mm×11.1mm。本专利技术的原理为：与输入介质同轴波导内导体连接的四个匹配金属块分别将两路输入同轴TEM模式转换为半空气同轴波导中的准TE10模式。当输入输入介质同轴波导中的两路TEM模式等幅同相时，四个匹配金属块将输入TEM模式转换后的准TE10模式也等幅同相，等幅同相的TE10模式经过圆波导后在空气同轴波导中合成TEM模式，最后在顶部输出介质同轴波导输出端口(和端口)中输出，介质矩形波导端口被隔离。当输入输入介质同轴波导中的两路的TEM模式等幅反相时，四个匹配金属块将输入TEM模式转换后的准TE10模式也等幅反相，两个半空气同轴波导的准TE10模式相位差为180°，经过圆波导后在介质矩形波导中耦合形成TE10模式输出，顶部的输出介质同轴波导被隔离。因此，顶部同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共面波导魔T，其特征在于：包括从顶部至底部依次同轴连接的输出介质同轴波导(3)、空气同轴波导(9)、圆波导(8)及两个对称的半空气同轴波导(6)；两个对称的半空气同轴波导(6)通过两个金属隔板(5)隔开；还包括两个输入介质同轴波导(1)、两个多级阶梯匹配结构(7)与介质矩形波导(4)，所述两个输入介质同轴波导(1)与半空气同轴波导(6)底端连接并沿半空气同轴波导(6)H面中心对称；所述两个多级阶梯匹配结构(7)分别与两个输入介质同轴波导(1)内导体共轴连接并分别位于两个半空气同轴波导(6)外导体内；所述介质矩形波导(4)顶端与圆波导(8)底端连接并位于两个半空气同轴波导(6)内导体内部，且介质矩形波导(4)长边平行于金属隔板(5)；所述介质矩形波导(4)中填充高介电常数的介质。

【技术特征摘要】
1.一种共面波导魔T，其特征在于：包括从顶部至底部依次同轴连接的输出介质同轴波导(3)、空气同轴波导(9)、圆波导(8)及两个对称的半空气同轴波导(6)；两个对称的半空气同轴波导(6)通过两个金属隔板(5)隔开；还包括两个输入介质同轴波导(1)、两个多级阶梯匹配结构(7)与介质矩形波导(4)，所述两个输入介质同轴波导(1)与半空气同轴波导(6)底端连接并沿半空气同轴波导(6)H面中心对称；所述两个多级阶梯匹配结构(7)分别与两个输入介质同轴波导(1)内导体共轴连接并分别位于两个半空气同轴波导(6)外导体内；所述介质矩形波导(4)顶端与圆波导(8)底端连接并位于两个半空气同轴波导(6)内导体内部，且介质矩形波导(4)长边平行于金属隔板(5)；所述介质矩形波导(4)中填充高介电常数的介质。2.根据权利要求1所述的共面波导魔T，其特征在于：所述多级阶梯匹配结构(7)包括依次连接的第一匹配金属块(71)、第二匹配金属块(72)、第三匹配金属块(73)及第四匹配金属块(74)，第一匹配金属块(71)与输入介质同轴波导(1)内导体连接，所述第二至第四匹配金属块的外周侧紧贴半空气同轴波导(6)外导体内侧；所述第一匹配金属块(71)的长边和宽边尺寸均小于输入介质同轴波导(1)外导体直径尺寸，第二至第四金属块的长度依次变小，宽度相同，两个多级阶梯匹配结构宽度方向平面与金属隔板(5)平行。3.根据权利要求2所述的共面波导魔T，其特征在于：所述输出介质同轴波导(3)从上至下依次包括第一输出介质同轴波导(31)与第二输出介质同轴波导(32)，所述第一输出介质同轴波导(31)的内外径均小于第二输出介质同轴波导(32)的内外径；所述空气同轴波导(9)从上至下依次包括第一空气同轴波导(94)、第二空气同轴波导(93)、第三空气同轴波导(92)及第四空气同轴波导(91)，第一空气同轴波导(94)的外径小于第二空气同轴波导(93)的外径，第二、第三及第四空气同轴波导的外径相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭乐田，黄文华，邵浩，巴涛，李佳伟，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61