[发明专利]十字转门式移相器

摘要

本发明公开了一种十字转门式移相器，目的是提供结构紧凑、移相速度快、精度高、功率容量大的十字转门式移相器。本发明由加载弧形膜片圆极化器和十字形波导线‑圆极化器组成，加载弧形膜片圆极化器的谐振腔与十字形波导线‑圆极化器的第一圆波导对接；加载弧形膜片圆极化器由同轴波导、谐振腔、巴伦结构、金属膜片构成；十字形波导线‑圆极化器由一个十字形矩形波导、第一圆波导、第二圆波导、金属圆柱、金属半球构成。固定十字形线‑圆极化器不动，加载弧形膜片圆极化器绕自身轴线任意旋转，加载弧形膜片圆极化器旋转的角度即为TE₁₀模式的相移。本发明模式转换效率高，结构紧凑，移相效果好、速度快，可实现TE₁₀模式相位任意调节。

主权项

1.一种十字转门式移相器，其特征在于十字转门式移相器由加载弧形膜片圆极化器(1)和十字形波导线‑圆极化器(2)组成，加载弧形膜片圆极化器(1)的谐振腔(12)与十字形波导线‑圆极化器(2)的第一圆波导(23)对接；固定十字形波导线‑圆极化器(2)不动，加载弧形膜片圆极化器(1)绕自身轴线任意旋转，加载弧形膜片圆极化器(1)旋转的角度即为TE10模式的相移；加载弧形膜片圆极化器(1)由同轴波导(11)、谐振腔(12)、巴伦结构(13)、金属膜片(14)构成；同轴波导(11)一端与微波源相连作为输入端口，另一端与谐振腔(12)相连；谐振腔(12)一端与同轴波导(11)相连，另一端作为输出端口；巴伦结构(13)一端固定在谐振腔(12)的内壁上，另一端与同轴波导(11)的内导体(112)相连；金属膜片(14)位于谐振腔(12)内部；定义同轴波导(11)、谐振腔(12)、巴伦结构(13)、金属膜片(14)中靠近微波源的一端为输入端，远离微波源的一端为输出端；同轴波导(11)与谐振腔(12)共轴；同轴波导(11)由外导体(111)和内导体(112)构成，均为金属材料制成；外导体(111)为空心圆柱，其内半径为R0，长度为h0，厚度为d；内导体(112)为实心圆柱，其半径为R1，长度为h0；内导体(112)同轴嵌套于外导体(111)内部，内导体(112)的输出端与位于谐振腔(12)内的巴伦结构(13)相连；同轴波导(11)的输入端与微波源相连，外导体(111)的输出端与谐振腔(12)的输入端相连；谐振腔(12)为空心圆柱，采用金属材料制成；谐振腔(12)的内半径为R2，长度为h1，壁厚为d；谐振腔(12)的输入端与外导体(111)相连，输出端即为加载弧形膜片圆极化器(1)的输出端；巴伦结构(13)位于谐振腔(12)内部，采用金属材料制成；巴伦结构(13)的外形类似鸭蹼状，具体结构按照同轴波导(11)TEM模式到圆波导TE11模式转换效率高于99.5％的目标仿真获得；巴伦结构(13)的输入端与内导体(112)的输出端相连，且输入端的半径为R1，巴伦结构(13)的输出端固定在谐振腔(12)的内壁上，巴伦点是距离同轴波导(11)输出端轴向距离最大的点，巴伦点距离同轴波导(11)输出端的轴向距离为z；金属膜片(14)有3排，结构完全相同，也由金属材料制成，每排金属膜片(14)由2个形状相同位置相对的弧形膜片构成，弧形膜片的宽度为a，厚度为c，圆弧的半径为R3，圆弧的圆心距离BB’平面与CC’平面的距离均为s，2个弧形膜片关于AA’平面对称BB’平面为谐振腔(12)沿轴线方向的竖直中垂面，CC’平面经过谐振腔(12)的轴线且与BB’平面垂直，AA’平面经过谐振腔(12)的轴线且与BB’平面及CC’平面的夹角均为45°；3排金属膜片(14)按照从输入端到输出端的方向，依次为第一金属膜片(141)，第二金属膜片(142)，第三金属膜片(143)；其中第一金属膜片(141)距离巴伦点的轴向中心距为z1，第一金属膜片(141)与第三金属膜片(143)的轴向中心距为b，相邻两组金属膜片(14)的轴向中心距为b/2，弧形膜片的两端焊接在谐振腔(12)的内壁上；十字形波导线‑圆极化器(2)由一个十字形矩形波导(21)、第一圆波导(23)、第二圆波导(22)、金属圆柱(24)、金属半球(25)构成；十字形矩形波导(21)是由两个截面尺寸相同的矩形波导正交构成，有四个矩形波导臂，分别记作第一矩形波导臂(211)、第二矩形波导臂(212)、第三矩形波导臂(213)、第四矩形波导臂(214)；其中第一矩形波导臂(211)和第四矩形波导臂(214)端面为开放结构，第一矩形波导臂(211)的末端作为十字转门移相器的输出端口，第四矩形波导臂(214)的末端作为十字转门移相器的隔离端口，将未从第一矩形波导臂(211)输出的微波辐射出来；第二矩形波导臂(212)和第三矩形波导臂(213)为封闭结构；十字形矩形波导(21)俯视面为第一E面(215)，相对的一面为第二E面(216)，第一E面(215)与第一圆波导(23)垂直相接，且第一圆波导(23)贯穿第一E面(215)的波导壁；第二E面(216)与第二圆波导(22)垂直相接，且第二圆波导(22)贯穿第二E面(216)的波导壁；第一圆波导(23)和第二圆波导(22)共轴线，其轴线通过十字形矩形波导(21)的交叉中心；第一圆波导(23)远离十字形矩形波导(21)第一E面(215)一端为开放结构，加载弧形膜片圆极化器(1)输出的圆极化微波从该端口进入到十字形波导线‑圆极化器(2)内，第二圆波导(22)远离十字形矩形波导(21)第二E面(216)的一端为封闭结构；金属圆柱(24)同轴嵌套于第二圆波导(22)内部，其一端固定在第二圆波导(22)的封闭端，另一端伸入到十字形矩形波导(21)内部；在金属圆柱(24)伸入到十字形矩形波导(21)的一端与金属半球(25)相连接，金属半球(25)的球心在金属圆柱(24)的轴线上；十字形矩形波导(21)由金属材料制成，其截面的宽边长度为L_a，窄边长度为L_b，矩形波导壁厚度为d；以十字形矩形波导(21)的交叉中心为坐标原点建立坐标系，则第一矩形波导臂(211)末端到坐标原点的长度为l1，第二矩形波导臂(212)末端到坐标原点的长度为l2，第三矩形波导臂(213)末端到坐标原点的长度为l3，第四矩形波导臂(214)末端到坐标原点的长度为l4；第一圆波导(23)为空心圆柱，采用金属材料制成；它的内半径与加载弧形膜片圆极化器(1)中谐振器的内半径相等，也为R2，它的长度为h2；第二圆波导(22)也为空心圆柱，采用金属材料制成；它的内半径为R4，长度为h3；第一圆波导(23)与第二圆波导(22)的壁厚均为d，且第二圆波导(22)封闭端的金属厚度也为d；金属圆柱(24)的半径为R5，长度为h4，金属圆柱(24)伸入到十字形矩形波导(21)的一端与金属半球(25)相连接；金属半球(25)是实心的，金属半球(25)的球心位于金属圆柱(24)的轴线上，金属半球(25)的半径为R6。