H面分波器的制造方法
【专利摘要】本发明公布了H面分波器，包括公共输入端，直出端，和至少两个侧出端。公共输入端和直出端由至少一个过渡腔连通。至少一个侧出端通过至少一级匹配过渡段与公共输入端或/和过渡腔或/和直出端连通。侧出端的法线方向与公共输入端的法线方向的夹角大于60度，小于120度。直出端的法线方向与公共输入端的法线方向的夹角小于30度。侧出端的微波模式的电场的方向与公共输入端法线方向垂直。所有的侧出端分布在公共输入端或/和过渡腔或/和直出端的与公共输入端法线方向垂直的侧面。本发明具有结构简单紧凑、加工工序少、加工成本低，抗震性能好等特点，主要用于各种通信系统，特别是卫星通信系统中。
【专利说明】H面分波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分波器，具体地说，是涉及一种主要用于卫星通信的多路多频段多极化的功率分配器件。
【背景技术】
[0002]在电子设备与系统当中，功率分配器件是不可或缺的重要微波元件之一。在卫星通信中，上下行频段不同。为了克服线极化失配带来的极化损失，往往需要采用圆极化波。为了系统的小型化和减轻重量，收发信号往往都是使用一个通道。这给卫星通信系统的天线馈电网络带来了难题。分波器需要把从发射机输出的线极化波转化为圆极化波再从其公共输入端口输出，将从其公共输入端接收到的圆极化接收信号转化成线极化信号进入接收机，同时要保证接收端相对于发射端有很高的隔离。性能优良的分波器的设计是卫星通信系统设计中的难点之一。
【发明内容】
[0003]本发明将公开一种结构简单、加工容易、调试方便的高性能的分波器。这种分波器不需要分成多部分，只需分为盖板和底座两部分，采用普通数控铣床外加线切割加工完成。该器件具有匹配好，抗震能力强，易于调试的优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
H面分波器，包括公共输入端，直出端，和至少两条分支通道，公共输入端通过至少一个过渡腔与直出端连通，每条分支通道包括一个侧出端。至少一条分支通道还包括至少一级匹配过渡段，每条分支通道与公共输入端或/和过渡腔或/和直出端连通。至少一个侧出端通过至少一级匹配过渡段与公共输入端或/和过渡腔或/和直出端连通，优选设计中，该分支通道的数目以4为佳。公共输入端通过至少一个过渡腔与直出端连通。侧出端的法线方向与公共输入端的法线方向的夹角为A，A的取值范围为:60度< A < 120度，以90度为最佳。直出端的法线方向与公共输入端的法线方向的夹角小于30度，以O度为最佳；至少有一个侧出端中心处的电场的方向与公共输入端的法线方向之间的夹角为B，B的取值范围为:60度< B < 120度，以90度为最佳。也就是说，侧出端的微波模式的电场的极化方向与公共输入端的法线方向垂直。所有的侧出端分布在公共输入端或/和过渡腔或/和直出端的与公共输入端法线方向垂直的侧面。
[0005]为了便于采用普通数控铣床加工，依次相互连通的公共输入端、各过渡腔和直出端的与公共输入端法线方向垂直的任意横截面在垂直于该公共输入端的中心处的法线的任意方向上的尺寸沿公共输入端法线方向保持不变或逐渐减小。即依次相互连通的公共输入端、各过渡腔和直出端与公共输入端法线方向垂直的任意横截面为截面X，沿公共输入端法线方向，截面X在垂直于该公共输入端的中心处的法线的任意方向上的尺寸保持不变或逐渐减小。
[0006]当匹配过渡段的数目大于等于2时，为了进一步便于采用普通数控铣床和线切割加工，避免频繁转动被加工件的方位，导致加工误差，所有匹配过渡段朝向公共输入端方向的面为平面的一部分，同时所有的匹配过渡段朝向公共输入端方向的面都齐平。这种结构，将便于从公共输入端方向一次性采用普通数控铣床完成公共输入端，直出端，所有侧出端，所有过渡腔和直出端的加工。
[0007]为了实现公共输入端和各侧出端之间的匹配，同时形成一个带通电路，实现侧出端和直出端之间更高的隔离，在至少一个匹配过渡段上设置有至少一个金属体，该金属体位于该匹配过渡段的内壁A上。该内壁A为平面的一部分，该内壁A为该匹配过渡段的内壁与该金属体的交接面，该内壁A与公共输入端的法线方向平行，同时该内壁A与该匹配过渡段所属的分支通道上的侧出端的法线方向平行。至少有一个金属体距公共输入端的中心处的法线的距离小于该H面分波器工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长。所述金属体在公共输入端法线方向上的尺寸小于或等于该金属体所在的匹配过渡段在公共输入端法线方向上的尺寸。
[0008]在侧出端实现带通结构的另一种方式:在至少一个匹配过渡段上设置有至少一对金属体。一对金属体包括金属体A和金属体B，其中的金属体A位于该匹配过渡段的内壁A上。该内壁A为平面的一部分，为匹配过渡段的内壁与金属体A的交接面。该内壁A与公共输入端的法线方向平行，同时该内壁A与该匹配过渡段所属的分支通道上的侧出端的法线方向平行。一对金属体中的金属体B位于该匹配过渡段的内壁B上，该内壁B也为平面的一部分，为匹配过渡段的内壁与金属体B的交接面。该内壁B处于内壁A的相对位置,与公共输入端的法线方向平行，同时该内壁B与该匹配过渡段所属的分支通道上的侧出端的法线方向平行。至少有一对金属体距公共输入端的中心处的法线的距离小于该H面分波器工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长。所述金属体在公共输入端法线方向上的尺寸小于或等于该金属体所在的匹配过渡段在公共输入端法线方向上的尺寸。
[0009]为了在该分波器的多个频带之间实现良好的隔离而且便于加工，使后续的器件的设计可以独立完成，而不需要考虑它们之间的相互影响，与传统设计方法中采用小孔实现公共输入端和侧出端之间的阻抗匹配不同，我们增大了匹配过渡段的横向尺寸:至少有一个其内壁上设置有金属体的匹配过渡段在方向X上的尺寸大于该匹配过渡段所属的分支通道上的侧出端在方向X上的尺寸的2/3。该X方向同时垂直于公共输入端的法线方向和该匹配过渡段所属的分支通道上的侧出端的法线方向。
[0010]根据分波器的用途不同，公共输入端的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形。过渡腔的与公共输入端的法线方向垂直的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形。直出端的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形。其中以圆形和正方形为佳。
[0011]所有的匹配过渡段均为柱状体。较佳的设计，所有的侧出端和匹配过渡段的横截面的形状均为矩形。
[0012]为了调节由于设计或加工存在的不足，特别是为了降低直出端的反射驻波比，在与直出端法线方向垂直的侧面上设置有至少两个调谐螺钉。
[0013]根据不同设计要求，直出端可以为短路。这时，该分波器只在侧出端输出，直出端不输出。这时，该分波器大多只工作在一个频段。
[0014]以上，我们完成了对H面分波器的实现方式的描述。在此，我们将该H面分波器的最佳设计方案描述如下:公共输入端、过渡腔、直出端均为圆波导或正方形波导。侧出端和匹配过渡段均为长边与公共输入端法线方向平行的矩形波导或波导段。侧出端的数目为4个，对称均匀分布在过渡腔的四周。每个分支通道中有两个金属体，靠近过渡腔设置。
[0015]具体地说，本发明的最大特点是摒弃了以往分波器中由于过渡腔尺寸大小沿过渡腔轴线不是单调减小导致的必须分为多块加工然后安装焊接带来的加工工序太多和安装误差问题。同时，在匹配过渡段中设置金属体，很好地实现了直出端与侧出端之间的隔离，使分波器与隔离滤波器的设计和调试可以独立完成。这种新方案可以大大降低分波器的加工成本，并使其抗震性能和匹配显著改善。
[0016]本发明的工作原理可以通过4个侧出端，同时公共输入端和直出端为圆波导的特殊情况加以简述如下:圆极化的微波信号进入公共输入端，可以分解为垂直线极化波和水平线极化波。二者具有90度相差。其中低频频段部分在直出端由于其尺寸较小，在这里被很好地反射。垂直极化的低频部分只在位于水平面内的两个侧出端输出。匹配过渡段和其中的金属体的设置，将很好地补偿由于圆波导到位于垂直平面内的两个矩形侧出端和直出端带来的不连续性，使得低频频段部分的垂直极化波几乎没有反射地在两个水平面内的侧出端平均分配。同样道理，其中的水平极化部分只在位于垂直面内的两个侧出端几乎无反射地输出。高频频段部分波在所有侧出端由于匹配过渡段和其中的金属体的设置，被很好地反射，大部分从直出端输出。过渡腔、侧出端匹配过渡段和其中的金属体的设置使得高频频段部分波在公共输入端和直出端之间得到很好地匹配。在实际应用中，该分波器常常与一个合波器构成圆极化的双工器。在这里，每一个分波器的侧出端后接一支低频段的隔离滤波器，然后在与合波器的一个侧出端连通，实现从分波器公共输入端输入的圆极化低频频段信号的分路和合路，还原为圆极化波。而高频频段的信号则在直出端保持其圆极化特性输出。因此，一个分波器和一个合波器，加上4个与侧出端相连的4个通道，4只低频段的滤波器，使从公共输入端进入的低频频段和高频频段的圆极化波很好地被分离。在卫星通信系统中，这两个频段常常被用作发射频道和接收频道。
[0017]本发明的优点在于:结构简单，加工难度低，装配容易，抗震能力强，插入损耗低。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的实施实例I从公共输入端进入H面分波器方向的示意图。
[0019]图2为图1的A-A向剖视图
图3为实施实例2从公共输入端进入H面分波器方向的示意图。
[0020]图4为实施实例3从公共输入端进入H面分波器方向的示意图。
[0021 ] 图5为实施实例4的A-A向剖视图。
[0022]附图中标号对应名称:1、公共输入端，2、直出端，22、调谐螺钉，3、侧出端，4、过渡腔，5、匹配过渡段，51、金属体。
[0023]本文中使用的部分名词定义:公共输入端的法线方向，是指垂直于公共输入端端面指向H面分波器的方向。直出端的法线方向，是指垂直于直出端端面远离H面分波器的方向。侧出端3的法线方向，是指垂直于侧出端端面远离H面分波器的方向。H面分波器工作频带的中心频率:如果该分波器只有一个工作频带，该中心频率为该工作频带的最高频率和最低频率的平均值。如果该分波器有多个工作频带，该中心频率为该频率最高的工作频带的最高频率和频率最低的工作频带的最低频率的平均值。【具体实施方式】
[0024]实施实例I
如图1和2所示，H面分波器，包括公共输入端1，直出端2，和4个侧出端3，在公共输入端I和直出端2之间由3个过渡腔连通，每个侧出端3通过2级匹配过渡段5与两个过渡腔4连通。每个侧出端3的法线方向与公共输入端I的法线方向的夹角为90度。直出端2的法线方向与公共输入端I的法线方向的夹角为零度。每个侧出端3中心处的电场的方向与公共输入端I的法线方向之间的夹角为90度。也就是说，每个侧出端3的微波模式的电场的极化方向与公共输入端I法线方向垂直，同时与同属同一分支通道的侧出端3的法线方向垂直。4个侧出端3均匀分布在过渡腔4上，其法线方向都与公共输入端I法线方向垂直。
[0025]为了便于采用普通数控铣床加工，避免频繁转动被加工件的方位，导致加工误差，相互连通的公共输入端1、各过渡腔4和直出端2的与公共输入端I法线方向垂直的横截面在垂直于该公共输入端I的中心处的法线的任意方向上的尺寸沿公共输入端I法线方向逐渐减小。
[0026]每条分支通道上的匹配过渡段5的数目为2。为了进一步便于采用普通数控铣床和线切割加工，避免频繁转动被加工件的方位，导致加工误差，所有的匹配过渡段5朝向公共输入端I的方向的面为平面的一部分，同时所有的匹配过渡段5的朝向公共输入端I的方向的面都齐平。
[0027]所有的匹配过渡段5都为柱状体，其轴线垂直于公共输入端I中心处的法线方向并沿径向方向。在每一个柱状体的匹配过渡段5上设置有I对金属体51，用于实现公共输入端I和各侧出端3之间的匹配，同时形成一个带通电路，实现侧出端3和直出端2之间更高的隔离。该金属体51只在同时与公共输入端I法线方向和该匹配过渡段5的轴线垂直的方向上与该匹配过渡段5内壁相连。为了同时增宽器件的收发频段的工作带宽，上述金属体51必须距离过渡腔4尽量近。所以，我们安排在每一个侧出端3上有一对金属体51距公共输入端I中心处的法线的距离小于该H面分波器工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长。
[0028]为了在该分波器的多个频带之间实现良好的隔离而且便于加工，使后续的器件的设计可以独立完成，而不需要考虑它们之间的相互影响，与传统设计方法中采用小孔实现公共输入端I和侧出端3之间的阻抗匹配不同，我们采用相比于侧出端3尺寸比较大的匹配过渡段5。因此，所有的匹配过渡段5为柱状体，其轴线垂直于公共输入端I中心处的法线方向并沿径向方向。该柱状体的匹配过渡段5在同时垂直于公共输入端I法线方向和该匹配过渡段5轴线的方向上的尺寸都大于同属同一分支通道的侧出端3在同一方向上的尺寸的2/3。
[0029]公共输入端1，过渡腔4和直出端2的横截面形状为接近正方形的不规则形状。
[0030]所有的匹配过渡段5均为矩形柱状体。所有的侧出端3和匹配过渡段5的横截面的形状均为矩形。
[0031]为了进一步实现在高频频段公共输入端I和直出端2之间的良好匹配，我们在直出端2上增加了两个调谐螺钉22。[0032]实施实例2
如图3所示。实施实例2与实施实例I的区别仅在于，公共输入端I，过渡腔4和直出端2的横截面形状为更容易计算和加工的圆形。
[0033]实施实例3
如图4所示。实施实例3与实施实例I的区别仅在于，公共输入端I，过渡腔4和直出端2的横截面形状为更容易计算和加工的正方形。同时，每一个匹配过渡段5中由一根金属体51代替了那里的一对金属体51。
[0034]实施实例4
如图5所示。实施实例4与实施实例I的区别仅在于，其中的每个金属体51在公共输入端I法线方向上的尺寸与所在的矩形柱状体的匹配过渡段5在同一方向上的尺寸相同。
[0035]如上所述，即可较好地实现本发明。
【权利要求】
1.H面分波器，包括公共输入端(1)，直出端(2)，和至少两条分支通道，公共输入端(I)通过至少一个过渡腔(4)与直出端(2)连通，每条分支通道包括一个侧出端(3);至少一条分支通道还包括至少一级匹配过渡段(5)，每条分支通道与公共输入端(I)或/和过渡腔(4)或/和直出端(2)连通，至少一个侧出端(3)通过至少一级匹配过渡段(5)与公共输入端⑴或/和过渡腔⑷或/和直出端⑵连通，其特征在于:侧出端⑶的法线方向与公共输入端⑴的法线方向的夹角为A，A的取值范围为:60度< A < 120度；直出端(2)的法线方向与公共输入端(I)的法线方向的夹角小于30度；至少有一个侧出端(3)中心处的电场的方向与公共输入端(I)的法线方向之间的夹角为B，B的取值范围为:60度< B< 120 度。
2.根据权利要求1所述的H面分波器，其特征在于:依次相互连通的公共输入端(I)、各过渡腔(4)和直出端(2)与公共输入端(I)法线方向垂直的任意横截面为截面X，沿公共输入端(I)法线方向，截面X在垂直于该公共输入端(I)的中心处的法线的任意方向上的尺寸保持不变或逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的H面分波器，其特征在于:匹配过渡段(5)的数目大于或等于2，所有匹配过渡段(5)朝向公共输入端(I)方向的面为平面的一部分，同时所有的匹配过渡段(5)朝向公共输入端(I)方向的面都齐平。
4.根据权利要求1所述的H面分波器，其特征在于:在至少一个匹配过渡段(5)上设置有至少一个金属体(51),该金属体(51)位于该匹配过渡段(5)的内壁A上,该内壁A为平面的一部分，该内壁A为该匹配过渡段(5)的内壁与该金属体(51)的交接面，该内壁A与公共输入端(I)的法线方向平行，同时该内壁A与该匹配过渡段(5)所属的分支通道上的侧出端(3)的法线方 向平行；至少有一个金属体(51)距公共输入端(I)的中心处的法线的距离小于该H面分波器工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长；所述金属体(51)在公共输入端(I)法线方向上的尺寸小于或等于该金属体(51)所在的匹配过渡段(5)在公共输入端(I)法线方向上的尺寸。
5.根据权利要求1所述的H面分波器，其特征在于:在至少一个匹配过渡段(5)上设置有至少一对金属体(51)，一对金属体(51)包括金属体A和金属体B，其中的金属体A位于该匹配过渡段(5)的内壁A上，该内壁A为平面的一部分，该内壁A为匹配过渡段(5)的内壁与金属体A的交接面，该内壁A与公共输入端⑴的法线方向平行，同时该内壁A与该匹配过渡段(5)所属的分支通道上的侧出端(3)的法线方向平行；一对金属体(51)中的金属体B位于该匹配过渡段(5)的内壁B上，该内壁B也为平面的一部分，该内壁B为匹配过渡段(5)的内壁与金属体B的交接面,该内壁B处于内壁A的相对位置,该内壁B与公共输入端(I)的法线方向平行，同时该内壁B与该匹配过渡段(5)所属的分支通道上的侧出端(3)的法线方向平行；至少有一对金属体(51)距公共输入端(I)的中心处的法线的距离小于该H面分波器工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长；所述金属体(51)在公共输入端(I)法线方向上的尺寸小于或等于该金属体(51)所在的匹配过渡段(5)在公共输入端(I)法线方向上的尺寸。
6.根据权利要求4所述的H面分波器，其特征在于:至少有一个其内壁上设置有金属体(51)的匹配过渡段(5)在方向X上的尺寸大于该匹配过渡段(5)所属的分支通道上的侧出端(3)在方向X上的尺寸的2/3 ;该X方向同时垂直于公共输入端⑴的法线方向和该匹配过渡段(5)所属的分支通道上的侧出端(3)的法线方向。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的H面分波器,其特征在于:公共输入端(1)的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形；过渡腔(4)的与公共输入端(1)的法线方向垂直的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形；直出端(2)的横截面形状为圆形或椭圆形或矩形或正方形。
8.根据权利要求7所述的H面分波器，其特征在于:所有的匹配过渡段(5)均为柱状体，同时所有的侧出端(3)和匹配过渡段(5)的横截面的形状均为矩形。
9.根据权利要求8所述的H面分波器，其特征在于:在直出端(2)的侧面上设置有至少两个调谐螺钉(22)。
10.根据权利要求9所述的H面分波器，其特征在于:直出端(2)为短路端。
【文档编号】H01P5/16GK103972631SQ201410220891
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】王清源 申请人:成都赛纳赛德科技有限公司