一种超宽带薄片式90制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带薄片式90

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带薄片式90
°
扭波导


[0001]本专利技术属于微波和毫米波波导系统或波导器件
，涉及一种波导互连器件，具体为一种超宽带薄片式90
°
扭波导。

技术介绍

[0002]扭波导作为一种波导互连器件，主要应用于卫星通信、移动通信、航天航空、雷达、测控、导航、气象等军用和民用领域的微波和毫米波波导系统或波导器件中。扭波导又称为波导扭转接头，其两端通常连接两个极化相互正交的矩形波导，而其作用则是将输入的电磁波(通常为TE10模)的极化方向改变到指定角度(较常见的是90
°
)，而不改变电磁波的传播方向。
[0003]传统的扭波导主要有光滑变化扭波导和阶梯式变化扭波导两种。对于光滑变化扭波导，其加工涉及复杂的扭管工艺，加工成本高。另外，为保证性能，光滑变化扭波导的长度一般为λg/2的整数倍且最短不低于2λg(λg为中心频点波导波长)，因此光滑变化扭波导尺寸大，限制了其在尺寸较紧凑的系统中的应用。至于阶梯式变化扭波导，每个阶梯的长度一般为λg/4。另外，一般而言阶梯越多，阶梯式变化扭波导的性能就越好，但相应成本就越高，且长度越长。
[0004]过去多年，针对尺寸问题，在保证性能满足工程要求(S11≤
‑
20dB)的前提下，世界各地的学者开发出各种双阶和单阶结构的扭波导。
[0005]对于双阶结构扭波导，较为典型的方案有双“Z”字形扭波导、双脊波导，虽然可以实现宽频带，但是相对于单阶结构扭波导而言，存在尺寸大且成本高的缺陷。
[0006]对于单阶结构扭波导，较为典型的方案有：“工”字形、双切角形、蝴蝶结形、双半圆柱形、纺锤形等。这几种单阶结构扭波导虽然能够解决厚度问题，但相对带宽依然不理想，在相对带宽要求更宽的场景应用受限。此外，现有单阶结构扭波导无一例外，均不能与输入矩形波导和输出矩形波导组成一个可一体化加工的部件，即单阶结构扭波导作为独立的一个器件，需配套若干结构紧固件，才能在结构上与端口两侧对接的矩形波导实现组装拼接，这不仅增加了成本和装配精度要求，还限制了其在部分场景的应用。

技术实现思路

[0007]针对传统技术方案(光滑变化扭波导和阶梯式变化扭波导)尺寸大、成本高的痛点，以及现有技术方案(双阶和单阶结构扭波导)应用局限性问题，又为追求更优的驻波带宽，本专利技术提供一种超宽带薄片式90
°
扭波导。
[0008]本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种超宽带薄片式90
°
扭波导，其特征在于，所述90
°
扭波导为中心对称结构，其两端分别接极化正交的输入矩形波导和输出矩形波导；
[0010]所述90
°
扭波导在方波导的一对角处切除尺寸相同的小长方体，在另一对角处切除尺寸相同的大长方体；所述小长方体垂直于方波导中轴线的任意横截面为边长为L2的正
方形，所述大长方体垂直于方波导中轴线的任意横截面为边长为L1的正方形，且L2＜L1。
[0011]进一步地，所述方波导的边长a等于输入矩形波导和输出矩形波导的长边a，输入矩形波导的短边b等于输出矩形波导的短边b，方波导的高h为四分之一中频点波导波长。
[0012]进一步地，在大长方体邻近方波导中轴线的棱处再向内切除一个三棱柱状凹陷，该三棱柱垂直于方波导中轴线的的任意横截面为尺寸相同的等腰三角形；切除三棱柱能够进一步优化驻波带宽。
[0013]进一步地，所述等腰三角形的顶角θ＜90
°
；两个三棱柱之间的间距D的取值范围为D＜0.707
×
(a
‑2×
L1)；一般而言，当只有θ和D为变量，其余参量为定值时，θ和D越小(且不为0)时，驻波带宽越优异；但θ和D不能过小，需兼顾实际加工工艺和结构强度。
[0014]进一步地，所述90
°
扭波导除去小长方体邻近方波导中轴线的棱外，其他平行于方波导中轴线的棱均倒圆角处理，方便加工实现。
[0015]进一步地，当所述90
°
扭波导在输出端口/输入端口的投影均位于输入矩形波导和输出矩形波导投影的范围内，则所述90
°
扭波导能够与输入矩形波导和输出矩形波导一体化加工成型。
[0016]本专利技术提供的超宽带薄片式90
°
扭波导是在方波导基础上演变而成的，外形呈“X”型，当其两端分别接两极化正交的矩形波导时，其对角线分别与所述两矩形波导的宽边夹角为45
°
。本专利技术之所以能获得优异的驻波带宽，主要得益于切除了4个长方体和2个三棱柱，此举不但增加了谐振点，而且抑制了高次模，从而大大地拓展了带宽。一般而言，当L2≥(a
‑
b)/2、L1＞L2、θ＜90
°
、D＜0.707
×
(a
‑2×
L1)时，驻波带宽更佳。根据现有加工工艺水平，本专利技术结构更适用于W
‑
Band(75GHz～110GHz)及以下的微波毫米波频段，在适用频段均能获得非常宽的驻波带宽，具体性能表现见本文实施例。
[0017]本专利技术的有益效果如下：
[0018](1)性能优异，在实施例1中，其S11≤
‑
20dB的相对带宽能高达71.92％，而S11≤
‑
25dB的相对带宽不低于67.12％，优于现有单阶结构方案。
[0019](2)结构简单、尺寸紧凑，其厚度为四分之一中频点波导波长，与现有单阶结构技术方案相当，比传统方案尺寸紧凑。
[0020](3)如图5所示，当本专利技术提供的超宽带薄片式90
°
扭波导的横截面(实线)外形尺寸不超出两极化正交的矩形波导横截面(虚线)合并的区域时，该超宽带薄片式90
°
扭波导便可与两极化正交的矩形波导组成一个可一体化加工的新90
°
扭波导，即三者可一体化加工成型，无需紧固件进行组装拼接。本专利技术可一体化加工这一特点，是现有单阶结构方案所不具有的功能，不但能有效解决微波毫米波电路或器件中布局紧凑的痛点，而且在大幅降低成本的同时，仍能实现优异的性能——实施例3中的可一体化加工新90
°
扭波，其S11≤
‑
20dB的相对带宽也能高达45.70％，优于现有单阶结构方案的性能。
[0021]综上，本专利技术提供的超宽带薄片式90
°
扭波导，其特点为：结构简单紧凑，性能优异，以及在特定条件下能与两极化正交的矩形波导组成一个一体化加工的90
°
扭波导等，而其中“超宽带”和“一体化加工”两大特点，是本专利技术对传统技术和现有技术的一种重要突破，有较大的工程价值。
附图说明
[0022]图1本专利技术提供的超宽带薄片式90
°
扭波导的腔体部分仿真模型三维图、俯视图(倒角前)和俯视图(倒角后)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带薄片式90
°
扭波导，其特征在于，所述90
°
扭波导为中心对称结构，其两端分别接极化正交的输入矩形波导和输出矩形波导；所述90
°
扭波导在方波导的一对角处切除尺寸相同的小长方体，在另一对角处切除尺寸相同的大长方体；所述小长方体垂直于方波导中轴线的任意横截面为边长为L2的正方形，所述大长方体垂直于方波导中轴线的任意横截面为边长为L1的正方形，且L2＜L1。2.如权利要求1所述的一种超宽带薄片式90
°
扭波导，其特征在于，所述方波导的边长a等于输入矩形波导和输出矩形波导的长边a，输入矩形波导的短边b等于输出矩形波导的短边b，方波导的高h为四分之一中频点波导波长。3.如权利要求2所述的一种超宽带薄片式90
°
扭波导，其特征在于，在大长方体邻近方波导中轴线的棱处再向内切除一个三棱柱状凹陷，该三棱柱垂直于方波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅响，王秉中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：