一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置

本发明涉及微波测量领域，尤其涉及一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置。

背景技术：

1、在射频系统中，功率分配器是必不可少的重要组成器件，它可以平均分配一路信号为多路输出，并且保持相位和振幅的稳定性；其根据输出端口的多少可以分为二分器、四分器等结构，以满足不同射频系统输出的性能。

2、最典型的功分器结构就是威尔金斯功分器，是射频功率放大器设计中用到的最多的射频微带功分器；这类功分器主要采用平面微带结构，在平面上对称，通过设计微带线的宽度和长度使得功分器能够满足功率均匀分配，且端口之间分离性能良好的特性。但是微带结构避免不了能量的传输损耗，因此此类功分器的端口插损为6db；并且微带结构的阻抗特性与频率有关系，而微带线结构一旦设计完成无法更改，因此其更多应用在窄带功率分配的场景下。

3、另一种微波功分器采用的是波导结构，波导的特殊性允许电磁场在其内部直接传播，场的传播方式能够很好的保证能量不损失，因此端口的插损能够最大限度达到3db性能；但是，由于波导结构隔离度差，因此无法有效保证输出端口之间的信号隔离，容易造成传输端口之间信号的耦合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，解决了现有装置存在的问题。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，它包括过渡棱台段、tem模式激励传输段、波导能量传输段和内导体金属板；

3、所述tem模式激励传输段和波导能量传输段组成横电磁波小室，将横电磁波小室中有tem模式激励传输段的一端作为装置的激励端，所述过渡棱台段与激励端连接，tem模式激励传输段的两端与过渡棱台段和波导能量传输段的前端连接；所述内导体金属板安装在横电磁波小室的中间水平高度处，且一端贯穿到过渡棱台段内。

4、所述内导体金属板将波导能量传输段划分为上下两段，用于电磁场能量的传输，通过tem模式激励传输段的电磁场直接激发波导的传输模式，实现截止频率以上的电磁波传输，每段分别与对应的外接波导连接器连接。

5、所述内导体金属板用于激励电流的传导，并在横电磁波小室内部产生特定要求的场分布，内导体金属板与tem模式激励传输段和过渡棱台柱的内壁均保持一定的距离，以满足阻抗匹配的要求。

6、所述内导体金属板在波导能量传输段内的宽度与波导能量传输段的宽度一致，以隔离波导能量传输段上下两个空间，实现两个能量传输部分的电磁能量隔离；

7、所述内导体金属板在波导能量传输段内与波导能量传输段的固定方式为硬连接，保证波导的密闭性；与过渡棱台段的同轴法兰连接器接触。

8、一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，所述方法包括：

9、确定功分器的使用频率范围；

10、根据应用的频段要求确定波导的截止频率，根据截止频率确定波导能量传输段横截面的尺寸，并在波导能量传输段的一端设置tem模式传输激励段；

11、将tem模式激励传输段横截面的尺寸设计为与波导能量传输段横截面的尺寸大小一致，在tem模式激励传输段的激励端设置过渡棱台段，在过渡棱台段、tem模式激励传输段和波导能量传输段的中间水平高度处设置内导体金属板；

12、根据阻抗匹配条件和波导能量传输段横截面的尺寸设计内导体金属板的宽度；

13、根据tem模式激励传输段的尺寸设计过渡棱台段的尺寸；

14、根据过渡棱台段的尺寸选择同轴法兰连接器。

15、所述根据阻抗匹配条件和波导能量传输段横截面的尺寸设计内导体金属板的宽度具体包括：

16、根据阻抗匹配条件将位于过渡棱台柱和tem模式激励传输段内的内导体金属板的宽度设计为小于过渡棱台柱和tem模式激励传输段的宽度；

17、将位于波导能量传输段内的内导体金属板的宽度设计为与波导能量传输段的横截面宽度一致。

18、本发明具有以下优点：一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，一方面其仍然保持了横电磁波小室稳定激励特定模式电磁场的优点，且其在一定频率范围内电磁场均匀分布；同时在利用中间位置的内导体金属板将横电磁波小室划分为两个封闭的波导结构，能够满足截止频率以上的宽带信号传输；同时该装置既利用了波导传输低损耗的优点，封闭结构也避免了波导通道之间的相互耦合，并且不易受终端阻抗的影响，能够更高效地实现射频微波功率能量的分配。

技术特征：

1.一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：它包括过渡棱台段(1)、tem模式激励传输段(2)、波导能量传输段(3)和内导体金属板(4)；

2.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)将波导能量传输段(3)划分为上下两段，用于电磁场能量的传输，通过tem模式激励传输段(2)的电磁场直接激发波导的传输模式，实现截止频率以上的电磁波传输，每段分别与对应的外接波导连接器连接。

3.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)用于激励电流的传导，并在横电磁波小室内部产生特定要求的场分布，内导体金属板(4)与tem模式激励传输段(2)和过渡棱台柱(1)的内壁均保持一定的距离，以满足阻抗匹配的要求。

4.根据权利要求1所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，其特征在于：所述内导体金属板(4)在波导能量传输段(3)内的宽度与波导能量传输段(3)的宽度一致，以隔离波导能量传输段(3)上下两个空间，实现两个能量传输部分的电磁能量隔离；

5.根据权利要求1-4中任意以下所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，其特征在于：所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置的设计方法，其特征在于：所述根据阻抗匹配条件和波导能量传输段(3)横截面的尺寸设计内导体金属板(4)的宽度具体包括：

技术总结
本发明涉及一种横电磁波结构到波导的二等分微波反相功率分配装置，属于微波测量领域，它包括过渡棱台段、TEM模式激励传输段、波导能量传输段和内导体金属板；TEM模式激励传输段和波导能量传输段组成横电磁波小室，将横电磁波小室中有TEM模式激励传输段的一端作为装置的激励端，过渡棱台段与激励端连接，TEM模式激励传输段的两端与过渡棱台段和波导能量传输段的前端连接；内导体金属板安装在横电磁波小室的中间水平高度处。本发明利用中间位置的内导体金属板将横电磁波小室划分为两个封闭的波导结构，能够满足截止频率以上的宽带信号传输，避免了波导通道之间的相互耦合，能够更高效地实现射频微波功率能量的分配。

技术研发人员：戴飞,焦琛,金赟韬
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10