[发明专利]一种具有共面臂的E面波导魔T

说明书

技术领域

本发明涉及微波技术领域，更具体地说，涉及一种波导魔T。

背景技术

随着射频微波技术的迅速发展，为了满足各种技术需求，人们发明设计了各种射频微波器件，而魔T则是这些器件中常用的一种。魔T是一个4端口器件，通常由E面结和H面结结合而成。魔T有几个重要特性：功率的平分性，即魔T相邻两口有3dB的耦合量；对口隔离性，即正交的两个端口相互隔离；自动匹配性，即正交的两个端口匹配后，剩下的两个端口自动匹配。由于这些特性，魔T有着广泛应用。魔T被用于平衡混频器，两个独立的信号在两个石英晶体之间分别等分。魔T被用作功分器，实现输入信号功率等分。魔T还被用作阻抗桥、标准移相器。此外，魔T还经常用于天线馈电系统中。

传统魔T是由E-T和H-T接头组合而成，如图3所示。由于结构对称性，正交的两个端口之间相互隔离。另外，为了消除接头处的不连续性，通常加入一些锥体、销钉、金属膜片等元件，实现端口的匹配。传统魔T的四个臂在4个方向，而且4个臂不在同一个平面上，这样不利于系统集成。锥体、销钉、金属膜片等匹配元件也比较难加工和装配。接着，有学者提出E面折叠魔T和H面折叠魔T，就是将E面两个臂折叠到同一个方向或者将H面两个臂折叠到同一个方向，如图4所示。这样，在某些场合方便系统连接，但其第四个臂与剩下的3个臂仍不在同一个平面。E面折叠魔T和H面魔T也需要加入金属膜片等难以加工和装配的匹配元件实现端口的匹配。又有学者利于定向耦合器与移相器相结合设计出新型魔T结构。由于结构的不对称性，这种结构的魔T的功分幅度和相位平衡性较差。另外，宽带移相器比较难设计，故一般这种结构的魔T的带宽有限。近来有学者基于H面波导TE10-TE20模模式转换器设计出魔T。该魔T通过优化H面的轮廓线和在接头区域的金属杆的位置和尺寸来实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有共面臂、便于加工装配和紧凑系统连接、具有良好功分幅度平衡性和相位平衡性，具有良好的端口间隔离性能的E面波导魔T。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种具有共面臂的E面波导魔T，包括第一输入/输出波导、第二输入/输出波导、第三输入/输出波导和第四输入/输出波导；其特征在于：第一输入/输出波导、第二输入/输出波导、第三输入/输出波导和第四输入/输出波导设置在同一平面上。本发明魔T所有波导都在同一个平面上，便于进行级联形成大系统，也便于与其它器件连接。

所述第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导连接形成“T”形器件；所述的第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导连接形成“T”形器件是指，第二输入/输出波导和第三输入/输出波导设置在同一轴线上，第一输入/输出波导设置在第二输入/输出波导和第三输入/输出波导所在轴线的垂直方向上；所述第四输入/输出波导设置在“T”形器件的上方。

进一步的方案是：第四输入/输出波导通过微带线与第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导组成的“T”形器件连接。

所述第二输入/输出波导和第三输入/输出波导的结构对称；所述第二输入/输出波导和第三输入/输出波导均包括依次连接的半高度波导段、波导阻抗匹配段和标准波导端口。本发明魔T的结构具有对称性，从第一输入/输出波导进入的信号，在第二输入/输出波导和第三输入/输出波导之间功率等分，而且相位相差180度；从第四输入/输出波导进去的信号，在第二输入/输出波导和第三输入/输出波导之间功率等分，相位相同；结构对称性使魔T有良好的功分幅度平衡性和相位平衡性。

在第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导形成的接头处设有用于消除接头处不连续性和实现端口匹配的波导切角。第二输入/输出波导和第三输入/输出波导的接头处具有不连续性，加入波导切角可消除接头处的不连续性，同时可实现第一输入/输出波导的端口匹配。

所述微带线设置在第一输入/输出波导的轴线上；所述微带线的一端伸入到第四输入/输出波导内，另一端伸入到第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导形成的接头处。

所述微带线包括依次连接的第一耦合段、第一阻抗匹配段、第二阻抗匹配段和第二耦合段；所述第一耦合段设置在第一输入/输出波导、第二输入/输出波导和第三输入/输出波导形成的接头处；所述第二耦合段设置在第四输入/输出波导中。本发明魔T的微带线分段设计，通过调整各段的尺寸可实现第四输入/输出波导的端口匹配。

本发明相对于现有技术具备如下的突出优点和效果：