[发明专利]一种矩形波导阶梯

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波毫米波电路的矩形波导阶梯，具体的说，是涉及一种能将不同高度和宽度的矩形波导连通的矩形波导阶梯。

背景技术

波导由于其在功率容量和传输损耗方面的优势，在低损耗或高功率微波毫米波传输领域得到重要应用。在雷达系统、功率合成系统和其它场合，常常需要由微波毫米波波导组成各种复杂电路。现有的波导器件一般是由多部分组装而成。由于各个部分的尺寸不一样，在组装过程中就要用到波导过渡结构。目前见到最常见的波导过渡结构是直线渐变、曲线渐变和阶梯结构三种，其中直线渐变结构简单，加工容易，但要想得到较低的反射，长度相对较长，损耗较大。而曲线渐变由于波导是连续变化，阻抗不存在突变，故带内反射波动小。但曲线结构复杂，加工难度大。阶梯波导是采用阻抗变换，可以在最短的长度上实现较低的反射。但阶梯波导采用铣切技术进行加工，这样就在阶梯边缘倒了一个圆角。当频率到毫米波亚毫米波频段，甚至是THz频段时，由于波导尺寸比较小，并且相邻两个波导阶梯宽度相差不大，这样就要用很小的铣刀才能加工出来，加工的成本非常昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形波导阶梯，解决现有技术在高频段加工困难、加工成本昂贵的问题，减少器件的加工成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种矩形波导阶梯，包括底座，上盖板，输入矩形波导，输出矩形波导，以及至少1个位于输入矩形波导和输出矩形波导之间的介质过渡段，所述输入矩形波导和输出矩形波导均设置在底座与上盖板之间，所有介质过渡段的形状为上端面接上盖板、下端面接底座的柱体。

输入矩形波导接上盖板的端面、输出矩形波导接上盖板的端面、以及所有介质过渡段的上端面处于同一平面内。

介质过渡段的与轴线垂直的横截面由包括至少一段圆弧的封闭曲线围成。

所述任意介质过渡段的圆弧的半径大于该介质过渡段最大宽度的1/3。

所述任意介质过渡段的圆弧的半径等于该介质过渡段最大宽度的1/2。

所有介质过渡段的高度与输入矩形波导和输出矩形波导的相同；或输入矩形波导、所有介质过渡段和输出矩形波导的高度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或单调减小。

其中，输入矩形波导、所有介质过渡段和输出矩形波导的高度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或单调减小的含义为：输入矩形波导的高度、所有质过渡段的高度、输出矩形波导的高度依次沿着输入矩形波导到输出矩形波导的方向逐级增加或逐级减小。

所有介质过渡段的宽度与输入矩形波导和输出矩形波导的相同；或输入矩形波导、所有介质过渡段和输出矩形波导的宽度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或单调减小。

其中，所述输入矩形波导、所有介质过渡段和输出矩形波导的宽度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或单调减小的含义为：输入矩形波导的宽度、所有质过渡段的宽度、输出矩形波导的宽度依次沿着输入矩形波导到输出矩形波导的方向逐级增加或逐级减小。

介质过渡段的与轴线垂直的横截面由两段半径不同的圆弧封闭围成。

介质过渡段为空气层。

为了便于采用较大直径的铣刀铣切加工，所述的介质过渡段的圆弧的半径大于该介质过渡段最大宽度的1/3。最佳方案是所述的介质过渡段的圆弧的半径等于该介质过渡段最大宽度的1/2。

一般对于输入矩形波导和输出矩形波导高度相同的情况，所有的介质过渡段的高度相同。对于输入矩形波导和输出矩形波导高度不相同的情况，所述的介质过渡段的高度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或减小。对于输入矩形波导和输出矩形波导宽度相同的情况，所有的介质过渡段的宽度相同。对于输入矩形波导和输出矩形波导宽度不相同的情况，所述的介质过渡段的宽度沿输入矩形波导到输出矩形波导的方向单调增加或减小。本发明中对于上述情况没有限定，可进行自由组合。根据实际的需要进行最佳的现场调试组合处理即可。

为了最大限度地增大介质过渡段倒角的半径，以利于采用尽量大的铣刀铣切加工，所述的介质过渡段的横截面可以只由两段半径不同的圆弧的封闭围成。

在通常情况下，所述的介质过渡段为空气层。

本发明的原理是：利用四分之一波导波长实现阻抗匹配。按照传输线上多次部分反射叠加的原理表明，选取适当的阶梯波导的阻抗和长度，可以得到所需的反射系数响应。