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    緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管

    本發明涉及一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管。具體地說,是涉及由變化寬度和高度的傳輸線段和金屬體加載構成的同相位緊湊型矩形波導或脊波導180度彎波導。

     

    背景技術:

     

    傳輸線的全帶寬匹配彎曲是現代微波通信和軍事電子系統中常常遇到的問題。最常見的有90度和180度不銹鋼無縫管。傳統的180度傳輸線不銹鋼無縫管采用傳輸線的大曲率半徑光滑連續的彎曲來實現,體積比較大。在許多情況,比如折疊傳輸線時間延遲線和周期性的慢波結構中,多個上述不銹鋼無縫管的使用,體積太大的問題更加突出。另一方面,傳統的180度E面波導不銹鋼無縫管會帶來180度相位的形狀附加相差。與電磁波通過一定傳輸線產生的相差不同,這種形狀附加相差是由于傳輸線的反向引起的。其特征在于該附加相差與不銹鋼無縫管的外形尺寸大小無關,而是由于不銹鋼無縫管的輸入端和輸出端的法線方向相反造成。在折疊波導行波放大器中,上述形狀附加相差導致該類器件的相對工作帶寬明顯小于所對應的矩形波導的全部工作帶寬。

     

    技術實現要素:

     

    本發明的目的在于提供一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管。為了實現上述目的,本發明采用的技術方案如下:

     

    一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,包括兩根傳輸線,每根傳輸線一端短路,另一端設置有傳輸線端口。兩根傳輸線之間設置有至少一個連通所述兩根傳輸線的耦合孔。所述每根傳輸線還包括至少一段匹配傳輸線段。兩根傳輸線上的兩個所述傳輸線端口的法線方向可以為反向、垂直或其它任意關系。 但以反向和垂直為最常見。兩根傳輸線上的兩個所述傳輸線端口的信號傳輸方向相反。

     

    為了改善該不銹鋼無縫管在寬頻段內的匹配特性,所述至少一段匹配傳輸線段的最大高度與其它匹配傳輸線段或傳輸線端口的最大高度不同,即所述至少一段匹配傳輸線段的最大高度小于或大于其它匹配傳輸線段或傳輸線端口的最大高度。

     

    也可以讓所述至少一段匹配傳輸線段的最大寬度與其它匹配傳輸線段或傳輸線端口的最大寬度不同,即所述至少一段匹配傳輸線段的最大寬度小于或大于其它匹配傳輸線段或傳輸線端口的最大寬度。

     

    進一步的,在至少一段匹配傳輸線段中設置有至少一個金屬體;該金屬體只在所在的所述匹配傳輸線段的底部或側部與該匹配傳輸線段的內表面連接。

     

    為了改善該不銹鋼無縫管在寬頻段內的匹配特性,可以增加耦合孔的數目:所述兩根傳輸線之間設置有至少兩個連通所述兩根傳輸線的耦合孔;所有的耦合孔沿Z方向一字排列設置;相鄰的所述耦合孔的最大高度至少相差5%,Z方向為傳輸線端口指向匹配傳輸線段的方向。

     

    較佳的設計,相鄰的所述耦合孔之間沿Z方向連通。并且所述耦合孔設置在所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的上方,所述耦合孔的最大高度小于與該耦合孔相連的所有匹配傳輸線段的最大高度的最大值。

     

    2個傳輸線端口分別為第一傳輸線端口和第二傳輸線端口,第一傳輸線端口和第二傳輸線端口的最大寬度均大于其最大高度。

     

    或者,2個傳輸線端口分別為第一傳輸線端口和第二傳輸線端口,第一傳輸線端口和第二傳輸線端口的最大高度均大于其最大寬度。

     

    所述傳輸線端口為矩形波導或脊波導,以矩形波導時,結構更簡單。對于結構更復雜的所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的傳輸線端口也可以為脊波導、圓波導、同軸線等。

     

    上述措施可以大大縮小該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的尺寸。對于全帶寬的所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管, 其最大寬度小于該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的兩個傳輸線端口處的最大寬度的1.2倍。即兩個傳輸線端口組合構成傳輸線端口組,所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的最大寬度小于傳輸線端口組的最大寬度的1.2倍。

     

    較特殊的設計,該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的形狀附加相位為零:在所述至少一個耦合孔的幾何中心附近,分別位于兩根傳輸線中的兩個電場強度幅值最大處的電場矢量在X方向上的分量指向同一方向。相比之下,傳統的E面波導180度不銹鋼無縫管,上述形狀附加相位為180度。即在所述至少一個耦合孔的幾何中心附近,分別位于兩根傳輸線中的兩個電場強度幅值最大處的電場矢量在X方向上的分量指向同一方向。即傳輸線端口分為輸入傳輸線端口和輸出傳輸線端口,輸入傳輸線端口和輸出傳輸線端口中的電場方向在微波截止時,方向相同。

     

    較佳的設計:緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分相對于YZ平面成鏡像對稱; 所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口、所有耦合孔和所有匹配傳輸線段。

     

    為了便于集成,將多個該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管連接構成折疊傳輸線,我們將該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管平面化:緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分的上表面齊平; 所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口,所有耦合孔和所有匹配傳輸線段。這時,所有的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管及其鏈接傳輸線都可以安排在一個金屬板上,通過普通的數控銑床一次性加工完成,也可以采用開模鑄造技術,進一步降低其制造成本。

     

    本發明提供了一種結構緊湊的傳輸線反向不銹鋼無縫管。采用突變結構的傳輸線和金屬體加載實現良好匹配和較寬的工作帶寬, 特別是克服傳統傳輸線不銹鋼無縫管存在的180度的形狀附加相差。

     

    附圖說明

     

    1為本發明和實施實例1的俯視示意圖

     

    2為實施實例2的俯視示意圖

     

    附圖中標號對應名稱:1-傳輸線端口, 2-匹配傳輸線段,21-金屬體,3-耦合孔。

     

    本說明書中部分名詞(參見圖1~2)規定如下:

     

    水平方向,也就是位于水平面內的方向,即位于XZ平面內的方向 。

     

    垂直方向,或者上方,即Y軸方向,也就是與水平面垂直向上的方向,

     

    任意三維結構的最大寬度,指該三維結構中任意兩點的連線在X方向投影的長度的最大值。

     

    該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的兩個傳輸線端口1處的最大寬度,指分別位于兩個傳輸線端口1上的兩個點的連線在X方向投影長度的最大值。

     

    任意三維結構的最大高度,指該三維結構中任意兩點的連線在Y方向投影的長度的最大值。

     

    左方向,指X方向。

     

    右方向,指-X方向。

     

    具體實施方式

     

    實施實例1

     

    如圖1所示。

     

    一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,包括兩根傳輸線,每根傳輸線一端短路,另一端設置有傳輸線端口1。兩根傳輸線之間設置有二個連通所述兩根傳輸線的耦合孔3。所述每根傳輸線還包括六段匹配傳輸線段2。兩根傳輸線上的兩個所述傳輸線端口1的法線方向為反向關系。

     

    每根傳輸線上有六段匹配傳輸線段2的最大高度與該根傳輸線上的其它匹配傳輸線段2的最大高度不同(俯視圖中未示出)。

     

    同時,每根傳輸線上有六段匹配傳輸線段2的最大寬度與該根傳輸線上的其它匹配傳輸線段2的最大寬度不同。

     

    進一步的,在每根傳輸線上有三段匹配傳輸線段2中設置有一個金屬體21;該金屬體21只在所在的所述匹配傳輸線段2的底部與該匹配傳輸線段2的內表面連接。

     

    所述兩根傳輸線之間設置有兩個連通所述兩根傳輸線的耦合孔3。所有的所述耦合孔3沿Z方向設置;相鄰的兩個所述耦合孔3的最大高度相差大于5%(俯視圖中未示出)。

     

    相鄰的兩個所述耦合孔3之間沿Z方向連通。并且所述耦合孔3都設置在所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的上方。

     

    該不銹鋼無縫管在傳輸線端口1的寬邊上彎曲,也就是在其H面內彎曲:傳輸線端口1的最大寬度大于傳輸線端口1的最大高度。

     

    所述傳輸線端口1為矩形波導。

     

    該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管可以工作到所述矩形波導的全帶寬, 而且非常緊湊:整個不銹鋼無縫管的最大寬度小于該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的兩個傳輸線端口1處的最大寬度的1.2倍。

     

    該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分相對于YZ平面成鏡像對稱; 所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口1,所有耦合孔3和所有匹配傳輸線段2。

     

    該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分的上表面齊平; 所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口1,所有耦合孔3和所有匹配傳輸線段2。

     

    實施實例2

     

    如圖2所示。

     

    與實施實例1相比,不同之處僅在于,

     

    每根傳輸線上有三段匹配傳輸線段2的最大高度與該根傳輸線上的其它匹配傳輸線段2的最大高度不同(俯視圖中未示出)。

     

    同時,每根傳輸線上有三段匹配傳輸線段2的最大寬度與該根傳輸線上的其它匹配傳輸線段2的最大寬度不同。

     

    在每根傳輸線上有1段匹配傳輸線段2中設置有一個金屬體21;該金屬體21只在所在的所述匹配傳輸線段2的底部與該匹配傳輸線段2的內表面連接。

     

    傳輸線端口1的最大高度大于傳輸線端口1的最大寬度。所以,該不銹鋼無縫管在傳輸線端口1的窄邊上彎曲, 也就是在其E面內彎曲。

     

    每一節匹配傳輸線段都為矩形波導段。

     

    以上給出了兩種本發明的實施實例。實際的實現方式遠比這里列舉的更豐富。該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管一般采用數控銑床加工完成。 為了便于實現該緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其某些部分的內部棱角需要倒角處理。 這種倒角必須納入該不銹鋼無縫管的建模計算中。每一種實現方式的具體設計都需要根據微波傳輸線理論、模式匹配理論等具體計算。 也可以利用通用的三維商用軟件建模計算。

     

    本發明的一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管具有結構簡單緊湊、可以實現全帶寬、加工調試成本低的傳輸線不銹鋼無縫管。特別是其準平面可集成結構特點,使這些器件和由此構成的組件都可以分為底座和蓋板,分別采用普通數控銑床一次性加工完成,也可以采用開模鑄造工藝完成,很好地保證了器件和組件的加工精度并大大降低加工成本。該類器件可以構成延遲線、周期性慢波結構等,廣泛用于雷達、導彈制導、通信等軍事及民用領域。

     

    技術特征:

     

    1.緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,包括兩根傳輸線,每根傳輸線一端短路,另一端設置有傳輸線端口(1);兩根傳輸線之間設置有至少一個連通所述兩根傳輸線的耦合孔(3);所述每根傳輸線還包括至少一段匹配傳輸線段(2);所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分的上表面齊平;所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口(1),所有耦合孔(3)和所有匹配傳輸線段(2)。

     

    2.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,在至少一段匹配傳輸線段(2)中設置有至少一個金屬體(21);該金屬體(21)只在所在的所述匹配傳輸線段(2)的底部或側部與該匹配傳輸線段(2)的內表面連接。

     

    3.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,所述兩根傳輸線之間設置有至少兩個連通所述兩根傳輸線的耦合孔(3);所有的耦合孔(3)沿Z方向一字排列設置;相鄰的所述耦合孔(3)的最大高度至少相差5%,Z方向為傳輸線端口(1)指向匹配傳輸線段(2)的方向。

     

    4.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,所述耦合孔(3)的最大高度小于與該耦合孔(3)相連的所有匹配傳輸線段(2)的最大高度的最大值。

     

    5.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,2個傳輸線端口(1)分別為第一傳輸線端口和第二傳輸線端口,第一傳輸線端口和第二傳輸線端口的最大寬度均大于其最大高度。

     

    6.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,2個傳輸線端口(1)分別為第一傳輸線端口和第二傳輸線端口,第一傳輸線端口和第二傳輸線端口的最大高度均大于其最大寬度。

     

    7.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,兩個傳輸線端口(1)組合構成傳輸線端口組,所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的最大寬度小于傳輸線端口組的最大寬度的1.2倍。

     

    8.根據權利要求1所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,在所述至少一個耦合孔(3)的幾何中心附近,分別位于兩根傳輸線中的兩個電場強度幅值最大處的電場矢量在X方向上的分量指向同一方向。

     

    9.根據權利要求1-8任意一項所述的緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,其特征在于,緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分相對于YZ平面成鏡像對稱; 所述緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管的所有部分包括兩個傳輸線端口(1),所有耦合孔3和所有匹配傳輸線段(2)。

     

    技術總結

     

    本發明公布了一種緊湊型準平面反向不銹鋼無縫管,包括兩根傳輸線。每根傳輸線一端短路,另一端設置有傳輸線端口。兩根傳輸線之間設置有至少一個連通所述兩根傳輸線的耦合孔。所述每根傳輸線還包括至少一段匹配傳輸線段。兩根傳輸線上的兩個所述傳輸線端口的法線方向可以為反向、垂直或其它任意關系。本發明簡單、緊湊,可以方便地與其它微波元器件作為一體一次性加工完成,成為集成波導系統的重要元器件,也可以相互串接構成周期性慢波結構或延遲線,廣泛用于雷達、導彈制導、通信等軍事及民用領域。

     


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