一种超宽带二路脊波导功分器的制作方法

本实用新型实施例涉及微波超宽带技术，尤其涉及一种超宽带二路脊波导功分器。

背景技术：

随着微波技术的飞速发展，对信息容量和速率提出了越来越高的要求。超宽带技术可以解决对大数据，高速率通信的需求，其越来越受到重视。

功分器作为关键的微波器件之一，其用于功率分配和功率合成，随着用户的通信需求的提高，对功分器的要求也越来越高。传统矩形波导功分器很难实现电路性能优异的超宽带。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种超宽带二路脊波导功分器，以实现具有优异电路性能的超宽带功分器。

本实用新型实施例提供了一种超宽带二路脊波导功分器，包括：

t型脊波导，包括相对的呈t型的第一波导壁和第二波导壁，且具有位于所述t型脊波导的三个端部的第一端口、第二端口和第三端口，所述t型脊波导的内部形成有波导腔；

至少一个t型波导脊，位于所述波导腔中，且设置于所述第一波导壁和/或所述第二波导壁上；

其中，所述第二端口和所述第三端口相对设置，所述波导脊包括第一脊部和第二脊部，所述第一脊部从所述第二端口向所述第三端口延伸，所述第二脊部由所述第一脊部引出并向所述第一端口延伸；在所述第二脊部的延伸方向上，所述第二脊部包括与所述第一波导壁和/或所述第二波导壁相连的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均为平面且相平行；

所述第一脊部的宽度由所述第一脊部的两端向中间逐渐减小。

可选的，所述第一脊部的两端分别延伸至所述第二端口和所述第三端口，所述第二脊部延伸至所述第一端口。

可选的，所述第一脊部与所述第二脊部相接的第三侧面采用平面设置，远离所述第二脊部的第四侧面采用阶梯状设置，其中，

所述第一脊部在所述第四侧面的中间位置设置有初始台阶，在所述初始台阶的两侧对称设置有至少两个台阶。

可选的，所述初始台阶两侧的台阶数量均为两个，其中，

与所述初始台阶相接的第一台阶的长度小于与所述第一台阶的另一侧相接的第二台阶的长度，且所述第一台阶与所述初始台阶的台阶高度大于所述第二台阶与所述第一台阶的台阶高度。

可选的，所述第一脊部在所述第二端口处和所述第三端口处具有相同的宽度，且所述宽度与所述第二脊部的宽度相同。

可选的，所述第二脊部的宽度为标准宽度。

可选的，所述至少一个t型波导脊包括第一t型波导脊和第二t型波导脊，所述第一t型波导脊设置于所述第一波导壁上，所述第二t型波导脊设置于所述第二波导壁上，所述第一t型波导脊和所述第二t型波导脊正对设置，且所述第一t型波导脊和所述第二t型波导脊相绝缘。

可选的，所述第一t型波导脊和所述第二t型波导脊的形状及尺寸均相同。

可选的，所述超宽带二路脊波导功分器还包括u型金属块；

所述u型金属块位于所述波导腔中，所述u型金属块设置于对应所述第一脊部的中部位置且位于所述第一脊部远离所述第二脊部的一侧；

所述u型金属块的u型面朝向所述第一脊部设置，所述u型金属块与所述t型脊波导电接触且与所述t型波导脊绝缘。

可选的，所述t型脊波导为标准wrd180脊波导。

本实用新型实施例，通过使用t型脊波导，并在t型脊波导上设置t型波导脊，通过将t型波导脊的第一脊部设置为宽度渐变的结构，将第二脊部设置为等宽的结构，从而增加t型波导脊的第一脊部的阻抗，在不改变第二脊部的阻抗的情况下，通过将第一脊部的结构设置为宽度渐变的结构，实现将所设计的t型脊波导的两个支路端口的阻抗与t型脊波导的公共端口的阻抗相匹配，得到优异的回波损耗和插入损耗，实现具有优异电路性能的超宽带功分器。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种超宽带脊波导功分器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的第一台阶与初始台阶具有不同的台阶高度时电路的回波损耗仿真效果图；

图3是本实用新型实施例一提供的s1＝1mm时，第二台阶与第一台阶具有不同的台阶高度时电路的回波损耗仿真图；

图4是本实用新型实施例二提供的一种超宽带二路脊波导功分器的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种超宽带二路脊波导功分器的结构示意图，该功分器包括：t型脊波导7，包括相对的呈t型的第一波导壁和第二波导壁，且具有位于t型脊波导7的三个端部的第一端口1、第二端口2和第三端口3，t型脊波导7的内部形成有波导腔；

至少一个t型波导脊8，位于波导腔中，且设置于第一波导壁和/或第二波导壁上；

其中，第二端口2和第三端口3相对设置，波导脊包括第一脊部4和第二脊部5，第一脊部4从第二端口2向第三端口3延伸，第二脊部5由第一脊部4引出并向第一端口延伸；在第二脊部5的延伸方向上，第二脊部5包括与第一波导壁和/或第二波导壁相连的第一侧面和第二侧面，第一侧面和第二侧面均为平面且相平行；

第一脊部4的宽度由第一脊部4的两端向中间逐渐减小。

其中，通过设置第一端口1、第二端口2和第三端口3，形成具有三端口的功分器或合成器，第二端口2和第三端口3相对设置，是指这两个端口作为功分器的输出端口或者作为合成器的两个输入端口；其中，当作为功分器使用时，第一端口1作为输入端口，第二端口2和第三端口3作为输出端口，此时，能够实现对单一信号的功率分配；当作为合成器使用时，第二端口2和第三端口3作为两个输入端口，第一端口1作为输出端口，此时，能够实现对两个同相或者反相信号的功率合成。

t型波导脊8是指波导脊在t型脊波导7的一个侧壁上呈t型设置。至少一个t型波导脊8，设置于第一波导壁和/或第二波导壁上，是指当t型波导脊8的数量为一个时，该波导脊可以设置在第一波导壁上或者设置在第二波导壁上；当t型波导脊8的数量为两个时，这两个t型波导脊分别设置在第一波导壁上和第二波导壁上。同时，本实施例中的t型波导脊8设置在t型脊波导7侧壁的中间位置，具体地，当t型波导脊8的数量为一个时，该t型波导脊8正中设置在t型脊波导7的第一侧或第二侧壁上；当t型波导脊8的数量为两个时，两个t型波导脊分别正中设置在t型脊波导7的两个侧壁上。

可选的，本实施例中的t型波导脊8的数量可以为一个或两个，其中，当t型波导脊8为一个时，t型脊波导7即为单脊波导；当t型波导脊8的数量为两个时，t型脊波导7即为双脊波导。当t型波导脊8的数量为两个时，两个t型波导脊分别设置在t型脊波导7的第一波导壁和第二波导壁上。

t型波导脊8均包含有两个脊部，其中一个脊部设置在第二端口2和第三端口3之间的波导壁上，即本实施例中的第一脊部4；另一个脊部设置在沿第一脊部4的中间位置向第一端口1处延伸的波导壁上，即为本实施例中的第二脊部5。其中，第二脊部5具有两个侧面，两个侧面相互平行，从而使得第二脊部5从与第一脊部4相接的地方至第一端口处具有相同的宽度。

第一脊部4由第一脊部4的两端向中间逐渐减小，是指第一脊部4采用宽度渐变的结构设置。

脊波导功分器中输入阻抗与输出阻抗的匹配程度对功分器的散射参数影响较大，为了让电路具有良好的传输特性，得到优异的回波损耗和插入损耗，功分器的输入端和输出端的阻抗需要匹配。

可以知道的是，三端口t型脊波导构成的功分器的输出端阻抗由t型脊波导的两个支路的阻抗并联而成(其中作为合成器时，即为两个支路的阻抗并联构成合成器的输入端阻抗)，因而本实施例中的第一脊部4和第二脊部5采用不同的结构设置是为了让t型波导脊和t型波导脊所构成的功分器的输入端与输出端能够形成阻抗匹配，以使得功分器的电路结构具有良好的传输特性，得到优异的回波损耗和插入损耗。

作为本实施例的一可选实施方式，第一脊部4和第二脊部5的结构可以采用如下结构进行设置：

将第二脊部5的宽度设置标准宽度；将第一脊部4在两个端口处设置为标准宽度，然后将第一脊部4由两个端口处向中间通过阶梯式设置呈现宽度渐变的结构。

本实施例中，对功分器的公共端口的宽度不作调整，即将t型波导脊的第二脊部5的宽度采用等宽设置，并设置为标准宽度，使得输入端口具有标准的阻抗特性。而功分器的输出端口的阻抗由两个支路的阻抗并联而成，当两个支路都具有标准阻抗时，并联而成的输出端口的阻抗必然小于公共端的阻抗，因而通过改变支路波导脊的宽度的方式来调整输出端的阻抗。因为波导脊的宽度越小，波导脊的阻抗越大，因而通过将第一脊部4设置为宽度渐变的结构，提高了t型脊波导的支路端的阻抗特性，从而使得所形成的支路端口的阻抗与公共端口的阻抗相匹配。

可选的，上述对第一脊部4宽度采用渐变式设置的具体方法为：

第一脊部4与第二脊部5相接的第三侧面采用平面设置，远离第二脊部5的第四侧面采用阶梯状设置，其中，

第一脊部4在第四侧面的中间位置设置有初始台阶，在初始台阶的两侧对称设置有至少两个台阶。

其中，对第一脊部4的一个侧面采用阶梯设置，可以方便调整电路的阻抗特性。在第一脊部4设置有阶梯的侧面的中间位置设置一个初始台阶，将初始台阶的两侧采用对称式设置的方式分别设置多个台阶。为了方便对由第一脊部4构成的功分器的支路端口的阻抗调节至期望状态，本实施例中，在第一脊部4的初始台阶的两侧分别设置两个台阶，并且将初始台阶两侧的台阶对称式设置在初始台阶的两侧，其中，与初始台阶相接的第一台阶的长度小于与第一台阶的另一侧相接的第二台阶的长度，且第一台阶与初始台阶的台阶高度大于第二台阶与第一台阶的台阶高度。

下面结合一具体示例对本实施例中通过改变t型波导脊的渐变宽度调节输出端的阻抗，进行阻抗匹配的过程中，不同的台阶高度对等效电路的散射参数的影响情况进行说明。如图2所示为本实施例提供的第一台阶与初始台阶具有不同的台阶高度时电路的回波损耗仿真效果图，图中，s1表示第一台阶与初始台阶间的台阶高度，s(1,1)表示回波损耗曲线，x轴表示传输信号的频率，y轴表示回波损耗值，从图2可以看出，当s1＝0.5mm时，所得到的回波损耗曲线在低频段具有较高的回波损耗，在高频段具有较低的回波损耗；当s1＝1.5mm时，在低频段具有较低的回波损耗，而在高频段具有较高的回波损耗；当s1＝1mm时，在全频段都具有低于-22db的回波损耗，性能最好。

图3所示为本实施例提供的s1＝1mm时，第二台阶与第一台阶具有不同的台阶高度时电路的回波损耗仿真图，图中，s2表示第二台阶与第一台阶的台阶高度，s(1,1)表示回波损耗曲线，x轴表示传输信号的频率，y轴表示回波损耗值，图中最上面的曲线为s2＝0.6mm所对应的回波损耗曲线，中间的为s2＝0.4mm时所对应的回波损耗曲线，最下面的为s2＝0.2mm时所对应的回波损耗曲线，可以看出，s2参数越小，所得到的回波损耗性能越好。

考虑到实际加工的难度，在本实施例的某一可选实施方式中，将初始台阶的长度设置为3.0000mm，将第一台阶的长度设置为3.500mm；将初始台阶与第一台阶的台阶高度设置为0.8000mm，将第二台阶与第一台阶的台阶高度设置为0.2000mm。初始台阶的台阶高度以及两个第二台阶的长度根据所采用的标准脊波导的尺寸，以及上述台阶的长度和台阶高度可以对应得到。

为了更优地实现电路匹配，本实施例中的超宽带二路脊波导功分器还包括u型金属块6，且u型金属块6正对t型波导脊8的第一脊部4，具体地，u型金属块6位于波导腔中，u型金属块6设置于对应第一脊部4中部的位置且位于第一脊部4远离第二脊部5的一侧；

u型金属块6的u型面朝向第一脊部4设置，u型金属块6与t型脊波导7电接触且与t型波导脊8绝缘。即将u型金属块6的一侧贴合t型脊波导7的内壁设置，另一侧与t型波导脊8之间留有间隙，且间隙之间填充空气，实现u型金属块6与t型波导脊8之间的电绝缘。

本实用新型实施例的工作原理为：通过使用t型脊波导7，并在t型脊波导7上设置t型波导脊8，通过将t型波导脊8的第一脊部4设置为宽度渐变的结构，来提高脊波导的支路阻抗，并将t型波导脊8的第二脊部5采用等宽设置，以此通过对第二脊部5的宽度的调节，来实现将由t型脊波导和t型波导脊所构成的功分器的输出端口与输入端口的阻抗匹配，从而使得功分器电路具有优异的回波损耗和插入损耗特性。

本实施例的技术方案，通过使用t型脊波导7，在t型脊波导7上设置t型波导脊8，通过将第一脊部4采用宽度由中间向两端逐渐增加的渐变结构，实现对功分器的输出端口的阻抗进行调整；通过将第二脊部5采用等宽设置，使得功分器的输入端口的阻抗保持标准阻抗，最终使得功分器的输出端口的阻抗与输入端口的阻抗相匹配，使得功分器电路具有较低的回波损耗，以及接近于零的插入损耗特性，从而提高了电路的传输特性，进而由此构成具有优异电路性能的超宽带三端口功分器。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上对t型脊波导7的电路结构进行了进一步的优化，具体地，该t型脊波导7包括：第一t型波导脊81和第二t型波导脊82，第一t型波导脊81设置于第一波导壁上，第二t型波导脊82设置于第二波导壁上，第一t型波导脊81和第二t型波导脊82正对设置，且第一t型波导脊81和第二t型波导脊82相绝缘；

第一t型波导脊81和第二t型波导脊82的形状及尺寸均相同。

其中，设置两个t型波导脊，将两个t型波导脊设置在t型脊波导7的两个侧壁上，并且保持两个t型波导脊之间不接触，实现两个t型波导脊之间的绝缘。

可选的，本实施例中将第一t型波导脊81和第二t型波导脊82之间填充空气，通过填充空气，实现两个t型波导脊之间的绝缘。

同时，考虑到制作和实现方便，本实施例中将两个t型波导脊设置为对称的结构，具体地，将第一t型波导脊81和第二t型波导脊82的形状和尺寸设置为相同，使得两个t型波导脊呈现镜面对称式设置在t型脊波导7的两个侧壁上。

同时，本实施例采用标准wrd180脊波导作为t型脊波导7，使得设置有t型波导脊的t型波导脊所形成的功分器具有标准的电路接口，通过对t型波导脊8的第一脊部4采用宽度渐变式的结构设置，拓宽了电路的传输带宽，使得功分器能够实现18-40ghz超宽带。

本实施例中的t型脊波导7和t型波导脊8采用上下两层相同的结构设置，整个电路结构较为简单紧凑，有利于进行结构加工，易于机械加工实现。

为了保证功分器具有较高的功率容量，本实施例中的t型脊波导7均为金属结构，例如，可以采用铝或铜材料制作该t型脊波导7。

在本实施例的某一可选实施方式中，将初始台阶的长度设置为3.0000mm，将第一台阶的长度设置为3.500mm；将初始台阶与第一台阶的台阶高度设置为0.8000mm，将第二台阶与第一台阶的台阶高度设置为0.2000mm。初始台阶的台阶高度以及两个第二台阶的长度根据所采用的标准脊波导的尺寸进行相应设置。两个t型波导脊采用对称式设置，在第一脊部具有相同的宽度渐变结构。

为了对通过采用上述结构设置后所得到的电路的传输性能进行说明，本实施例提供了仿真结果图，如图4所示为本实施例提供的一种超宽带二路脊波导功分器的仿真结果示意图，图中，x轴表示传输信号的频率，单位为ghz；y轴表示各个散射参数值，单位为db，其中，s(1,1)表示回波损耗曲线，s(2,1)表示第二端口插入损耗曲线，s(3,1)表示第三端口插入损耗曲线，本实施例中因为使用的三端口电路结构，因而s(2,1)和s(3,1)曲线重合，具有相同的插入损耗特性。从图4中可以看出，本实施例中的超宽带二路脊波导功分器的传输回波损耗小于-22db；可以知道的是，针对三端口功分器，其插入损耗的理想值为-3db，从图4中可以看出，在本实施例提供的超宽带二路脊波导的插入损耗相对于理想值-3db小于0.5db，因而具有良好的插入损耗。可以看出，本实施例通过对两个t型波导脊采用上述尺寸设置后，所构成的电路的输出端与输入端具有良好的阻抗匹配特性，该电路结构在较宽的带宽范围内实现了输入输出端的低回波损耗，具有良好的电路传输特性，使得本实施例提供的二路功分器能够适用于对体积尺寸有更严格要求的场合。

本实施例的计数法方案，通过使用标准wrd180脊波导作为两个t型脊波导7，通过在t型脊波导7的两个侧壁上分别设置t型波导脊8，且将两个t型波导脊设置为上下对称的结构，并通过对t型波导脊8的两个脊部的宽度采用上述结构设置，使得本实施例提供的功分器能够实现电路性能优异的18-40ghz的超宽带。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。