[发明专利]一种波导环形电桥

说明书

技术领域

本发明涉及应用于无线电物理学、微波与电磁场技术领域中的无源四端口网络，具体的是应用于功率分配网络中的一种波导环形电桥。

背景技术

随着科学技术的不断进步发展，在各种雷达、导航、无线通信应用中，人们对电磁波资源利用的需求量正不断增大，这使得人们不停地寻求利用更高频段的电磁波，目前毫米波技术正得到空前的发展，各种毫米波频段的电子系统正逐步得到应用。功率放大器作为电子系统中一个非常重要的组件，它的输出功率始终是人们所关心的问题。在毫米波段，为了达到较大的输出功率，通常采用功率合成的方法。作为一种较常用的组件，环形电桥已经广泛使用在各种90°、180°的功率分配合成网络中，它的良好的隔离度使得它能够应用在功率分配和功率合成的结构中。目前的环形电桥大多数采用的是微带线的平面结构，它的体积小,而且易于与其它器件集成，但是也面临着损耗大、功率容量小的问题。

发明内容

本发明采用波导实现了一种波导环形电桥结构，从而能够获得较大的功率容量，而且具有较小的插损。

为了实现同相功率分配的功能，本发明采用如下的技术方案：

一种波导环形电桥，其特征在于：包括四个长方体状的波导和一个中空的柱体结构，柱体结构作为波导环，四个波导以柱体结构为中心，形成发散状的电桥，其中两个波导作为输入波导端口，另外两个波导作为输出波导端口，作为输入波导端口的波导与输出波导端口的波导相间设置；其中，有相邻的一个作为输入波导端口的波导与一个作为输出波导端口的波导以柱体结构为中心呈180°设置；所述长方体状的波导的形状均完全相同，每个波导通过相同的端面与柱体结构的侧面连接。

所述中空的柱体结构的横截面呈圆环状，在中空的柱体结构中进行完成电磁场的分配、相互抵消，实现功率分配输出的功能。

四个波导中，第一输入波导端口与第一输出波导端口之间夹角为60°，第一输入波导端口与第二输入波导端口之间夹角为60°，第二输入波导端口与第二输出波导端口之间夹角为60°。

所述波导的尺寸根据工作频段决定，柱体结构的中心周长（即柱体结构的环形的内、外圆之间的一半处对应的圆周长）为工作波长的1.5倍。

该结构的波导环性电桥的具体工作过程如下：

电磁波从第一输入波导端口输入时，电磁波经过波导环耦合到第一输出波导端口、第二输出波导端口，两个输出波导端口的电磁波相位相同，所以第一输入波导端口为同相输入波导端口，第二输入波导端口无输出；

电磁波从第二输入波导端口输入时，电磁波经过波导环耦合到第一输出波导端口、第二输出波导端口，这时两个输出波导端口的电磁波相位相差180°，即反相输出，所以第二输入波导端口为反相输入波导端口，而第一输入波导端口无输出。

其中一个波导上设置有销钉柱，销钉柱用于优化匹配，减小反射系数。销钉柱为金属圆柱结构，整个波导环形电桥可以通过铣工加工。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单易于加工，便于保证机加精度，从而尽可能小的减小插损；在性能上，本发明结合了微带线环形电桥和波导结构的优点，具有较高的隔离度和功率容量，还改善了反射系数；采用本发明中的方法，能实现毫米波的功率分配，在Q波段内，环形电桥的反射小于-20dB，输出端口的传输系数均大于-3.4dB，隔离度大于20dB，输出相位不平衡度小于±5°。

附图说明

图1为本发明的截面结构示意图

图2为本发明的立体结构示意图

图3为本发明的工作信号示意图

其中，附图标记为：1输入波导端口，2输出波导端口，3输出波导端口，4输入波导端口，5销钉柱，6波导环。

具体实施方式

如图1-2所示，基于微带线环形电桥的原理，通过四个长方体状的波导和一个中空的柱体结构形成一个波导环形电桥。

每个波导的一个端面均与柱体结构的侧面连接；四个波导以柱体结构为连接中心形成呈发散状的电桥，其中柱体结构作为波导环6，两个波导作为输入波导端口1、4，另外两个波导作为输出波导端口2、3，作为输入波导端口的波导与输出波导端口的波导相间设置。

所述中空的柱体结构的横截面呈圆环状，在中空的柱体结构中进行完成电磁场的分配、相互抵消，实现功率分配输出的功能。