CN108539341A - 一种矩形双脊波导扭转传输线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形双脊波导扭转传输线，包括至少一根输入传输线和一根输出传输线，和一条电磁通道。所述输入传输线和输出传输线分别与电磁通道的两个端面中的一个连通。所述输出传输线由所述输入传输线绕Z轴旋转一定角度确定。所述输入传输线为矩形双脊波导。所述电磁通道由至少一条支路构成。至少一条该支路由至少3个沿Y方向连通的通孔构成。该扭转传输线可以实现各种波导、脊波导和多脊波导的宽带紧凑扭转过渡。本发明主要用于微波、毫米波和太赫兹波段的各种通信和雷达系统中。

Description

一种矩形双脊波导扭转传输线

技术领域

本发明涉及一种电磁波元件，具体地说，是涉及一种匹配连接绕轴线扭转一定角度的两条传输线的电磁波结构。

背景技术

在各种电磁波系统中，传输线绕其轴线的扭转连接普遍存在。由于传输线扭转处带来的寄生效应，传输线中的信号将被反射。为了实现扭转传输线的匹配，需要在传输线上设置匹配结构。

已有的匹配电路结构复杂、体积大，而且带宽较窄，特别是在矩形波导、单脊矩形波导、双脊矩形波导和四脊矩形，圆波导或椭圆波导、单脊圆波导或椭圆波导、双脊圆波导或椭圆波导，和四脊圆波导或椭圆波导中。

发明内容

本发明的目的是提供一种矩形双脊波导扭转传输线，与现有技术相比，结构更简单、加工更方便、工作频率宽。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种矩形双脊波导扭转传输线，包括沿Z方向依次连通的一根输入传输线和一根输出传输线，和至少一条电磁通道；电磁通道的两端面分别为互相平行的一平面A和平面B的一部分；所述输入传输线和输出传输线分别与电磁通道的两个端面中的一个连通；所述电磁通道由至少一条支路构成。至少一条电磁波支路由至少3个沿Y方向连通的通孔构成。

所述电磁通道的最大长度t为分别位于该电磁通道两个端面上的任意两点之间的距离的最大值；该扭转传输线的中心工作频率定义为 SQRT(f1*f2)；其中f1为该扭转传输线的最低工作频率，f2为该扭转传输线的最高工作频率，SQRT为平方根函数；X轴和Y轴位于该电磁通道的一个端面的平面内，并且X轴、Y轴和Z轴符合右手定则；任意通孔的最大宽度为该通孔上的任意两点之间的连线在X方向投影的最大长度；输入传输线的输入端和输出传输线的输出端的端面的法线方向D和E分别定义为其端面几何中心处轴线方向并与信号流动方向一致。

本发明的技术也可以用于匹配输入传输线和输出传输线的横截面形状不同的情况。

一般情况下，增加电磁通道的数目，有利于获得更宽的带宽或更好的匹配。

较佳的情况，所述微波通道的数目为1已经足够。这时，匹配结构的总长度最小。

但是，为了获得更好的匹配，所述微波通道的数目为2；所述一条电磁波通道通过其一个端面与另一条电磁波通道的一个端面连通。

这时，较佳的实现方式，所述两条微波通道设置在同一个金属体上。可以通过数控铣床分别从整个微波通道的两端面分别加工完成。

所述输入传输线可以为各种类型，包括但不限于矩形波导、或为单脊矩形波导、或为双脊矩形波导、或为十字波导、或为方波导、或为四脊方波导、或为椭圆波导、或为单脊椭圆波导、或为双脊椭圆波导、或为四脊圆波导，或为脊隙波导。

所述电磁通道至少包括一条支路，该支路由至少3个沿Y方向连通的通孔构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次减小，然后增大。根据所述输入传输线和输出传输线之间旋转的角度不同，所述至少一条支路绕Z轴旋转一定角度。

有时，所述电磁通道包括两条支路，其横截面形状为“X”形

所述电磁通道具有一个过Z轴的镜像对称平面或具有互相正交的过Z 轴的两个镜像对称平面。

所述输出传输线横截面与输入传输线的横截面沿顺时针或反时针绕Z 轴旋转一个20度～90度后重合

构成所述电磁通道的一条支路的通孔的较佳的选择，至少一个所述通孔的横截面形状为矩形。或者所有所述通孔的横截面形状都为矩形。

同时，所述各矩形通孔在Y方向通过其相邻边连通。

这样构成的电磁通道，其设计过程在保持其灵活性的基础上，具有很高的建模和优化效率。

本发明采用多个矩形或其它形状的通孔相互连通构成的电磁通道来实现各种扭转传输线的匹配。与已有的类似方案相比,可以显著提高其建模优化计算效率。这种电磁波电路的体积更小而且工作带宽更宽。该结构可以用于匹配各种扭转传输线，包括同轴线、矩形波导、圆波导、加脊的矩形波导或圆波导、SIW，微带、带线等，匹配效果和带宽上的优势明显。

附图说明

图1a为本发明示意图。

图1b为本发明示意图。

图2为本发明-实施实例1的输入传输线横截面示意图。

图3为本发明-实施实例2的输入传输线横截面示意图。

图4为本发明-实施实例3的示意图。

图5为本发明-实施实例3的电磁通道的横向示意图。

附图中标号对应名称：2-输入传输线，22-金属脊，3-电磁通道， 31-通孔，8-输出传输线。

具体实施例

实施实例1

如图1a、图1b和图2所示。

一种矩形双脊波导扭转传输线，包括沿Z方向依次连通的一根输入传输线2和一根输出传输线8，和一条电磁通道3；电磁通道3的两端面分别为互相平行的一平面A和平面B的一部分；所述输入传输线2 和输出传输线8分别与电磁通道3的两个端面中的一个连通；所述电磁通道3由一条支路构成。

所述输入传输线2和输出传输线8为相同的传输线；所述输出传输线8的垂直于Z轴的横截面形状与所述输入传输线2的垂直于Z轴的横截面形状绕Z轴旋转90度后相同。

所述输入传输线2和输出传输线8为相同的矩形波导。

所述电磁波支路由5个沿Y方向连通的通孔31构成。然后，所述支路绕Z轴旋转45度。

实施实例2

如图1a、图1b和图3所示。

本实施实例与实施实例1的主要区别仅在于，所述输入传输线2和输出传输线8为相同的双脊矩形波导。

实施实例3

如图4和5所示。

本实施实例与实施实例3的进一步具体实现。所述输入传输线2和输出传输线8为相同的双脊矩形波导。

所述输出传输线8的垂直于Z轴的横截面形状与所述输入传输线2的垂直于Z轴的横截面形状绕Z轴旋转90度后相同。

所述电磁通道3由一条支路构成。所述支路由17个矩形通孔通过其一边互相连通构成。所述电磁通道3绕Z轴旋转了45度。

双脊矩形波导的宽度为7.7毫米，高度为3.3毫米。金属脊宽度为1.93毫米。金属脊顶端之间的间隙为0.61毫米。采用长度仅为0.83 毫米的电磁通道，在15～45GHz的工作带宽内，最大反射系数为 -23.3dB。

为了描述本发明，还可以举出更多的实施实例。为了实现上述各实施实例，各通孔的形状可能需要根据加工方式加以相应改变。比如，采用数控铣床加工时，其中的内部棱线需要被导角。倒角的曲率半径为数毫米到0.5毫米。如果采用线切割加工，这些棱线也需要被导圆，只是倒角曲率半径可以小到0.1毫米。原则上，凡是符合本文权利要求的各种实施都属于本发明专利披露的内容。

Claims (7)

1.一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，包括沿Z方向依次连通的一根输入传输线(2)和一根输出传输线(8)，和至少一条电磁通道(3)；电磁通道(3)的两端面分别为互相平行的一平面A和平面B的一部分；所述输入传输线(2)和输出传输线(8)分别与电磁通道(3)的两个端面中的一个连通；所述电磁通道(3)由至少一条支路构成，至少一条电磁波支路由至少3个沿Y方向连通的通孔(31)构成；所述电磁通道的最大长度t为分别位于该电磁通道(3)两个端面上的任意两点之间的距离的最大值；该扭转传输线的中心工作频率定义为SQRT(f1*f2)；其中f1为该扭转传输线的最低工作频率，f2为该扭转传输线的最高工作频率，SQRT为平方根函数；X轴和Y轴位于该电磁通道(3)的一个端面的平面内，并且X轴、Y轴和Z轴符合右手定则；任意通孔(31)的最大宽度为该通孔(31)上的任意两点之间的连线在X方向投影的最大长度；输入传输线(2)的输入端和输出传输线(8)的输出端的端面的法线方向D和E分别定义为其端面几何中心处轴线方向并与信号流动方向一致；所述输入传输线(2)为矩形双脊波导。

2.根据权利要求1所述的一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，所述电磁通道至少包括一条支路，该支路由至少3个沿Y方向连通的通孔(31)构成；沿Y方向，各通孔的最大宽度依次减小，然后增大。

3.根据权利要求1所述的一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，所述至少一条支路绕Z轴旋转一定角度。

4.根据权利要求1所述的一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，所述电磁通道包括两条支路，其横截面形状为“X”形。

5.根据权利要求1所述的一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，所述电磁通道具有一个过Z轴的镜像对称平面或具有互相正交的过Z轴的两个镜像对称平面。

6.根据权利要求1-6任意一项所述的一种矩形双脊波导扭转传输线，其特征在于，至少一个所述通孔(31)的横截面形状为矩形，所述各矩形通孔(31)在Y方向通过其相邻边连通。

7.根据权利要求1所述的一种端面连通的扭转传输线，其特征在于，所述输出传输线(8)横截面与输入传输线(2)的横截面沿顺时针或反时针绕Z轴旋转一个20度～90度后重合。