一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置

1.本实用新型属于电磁波输能技术领域，更为具体地讲，涉及一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置


背景技术：

2.在微波领域，往往需要运用波导来传输高功率微波，这是因为波导有更大的功率承载能力。但为了使用矢量网络分析仪检测具体的信号，此时又需要用到同轴电缆，因此这就需要使用波导-同轴输能转换装置。此外，在电真空器件如行波管中，往往也需要用到螺旋金属线与波导匹配耦合过渡装置。以方便大功率电磁波能量可以顺利输送到标注矩形波导。
3.波导和同轴相互转换结构的研究是一类较为成熟的领域，传统的结构多采用非接触式同轴探针式耦合，此类结构中的探针容易弯曲变形，且悬置式的摆列布局，在加工或使用时容易发生金属接触，导致结构反射信号变大，影响器件的正常使用。且这种过渡结构尺寸较大、工作带宽有限，不利于小型化应用场景的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，通过使用四级阶梯脊把电磁波信号逐渐变换到同轴接口，从而完成模式转换和电磁能量传输。
5.为实现上述发明目的，本发明一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，其特征在于，包括：矩形波导、第一级阶梯脊、第二级阶梯脊、第三级阶梯脊、第四级阶梯脊、介质条、同轴内导体、同轴波端口；
6.所述矩形波导内的中线上按照先后顺序依次排列第一级阶梯脊至第四级阶梯脊，四级阶梯脊的高度逐级提升；其中，第一级阶梯脊距离矩形波导左侧波端口一定距离，第二级阶梯脊紧挨第一级阶梯脊，第一级阶梯脊的底面与第二级阶梯脊的顶面贴合，后面两级阶梯脊以此类推；
7.所述第四级阶梯脊的顶面设置同轴内导体，外接标准的同轴波端口，第四级阶梯脊的底面与矩形波导的右端面接触，最终将四级阶梯脊与矩形波导形成一体的结构；
8.所述矩形波导的顶面内侧设置五根等间距分布的介质条，且位于顶面中线上，每个介质条的形态为条状长方体，介质条的正下方为四级阶梯脊，但与四级阶梯存在一定距离；
9.装置运行时，te
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模式的电磁波从矩形波导馈入，沿着四级阶梯脊传播，其电场分布将从逐渐聚焦于矩形波导的上下壁之间过渡到矩形波导顶部与阶梯脊的顶面，随后电磁波继续顺着同轴内导体传播，由此转换为tem模式，最后从同轴波端口输出，完成模式转换和电磁能量传输。
10.本实用新型的发明目的是这样实现的：
11.本发明一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，矩形波导、第一级阶梯脊、第二级阶梯脊、第三级阶梯脊、第四级阶梯脊、介质条、同轴内导体、同轴波端口；当te
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模式的电磁波从矩形波导馈入，沿着四级阶梯脊传播，其电场分布将从逐渐聚焦于矩形波导的上下壁之间过渡到矩形波导顶部与阶梯脊的顶面，随后电磁波继续顺着同轴内导体传播从同轴波端口输出，这样将显著缩短过渡段尺寸，且可以减少电磁波的回波反射，另外顶部的介质条也改善结构的带宽特性。
附图说明
12.图1是一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置示意图；
13.图2是一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置的部分俯视图；
14.图3是一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置前视截面图。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
16.实施例
17.图1是一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置原理图。
18.在本实施例中，如图1所示，本发明一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，包括：矩形波导1、第一级阶梯脊2、第二级阶梯脊3、第三级阶梯脊4、第四级阶梯脊5、介质条6、同轴内导体7、同轴波端口8；
19.如图2所示，矩形波导内的中线上按照先后顺序依次排列第一级阶梯脊至第四级阶梯脊，四级阶梯脊的高度逐级提升；其中，第一级阶梯脊距离矩形波导左侧波端口一定距离，第二级阶梯脊紧挨第一级阶梯脊，第一级阶梯脊的底面与第二级阶梯脊的顶面贴合，后面两级阶梯脊以此类推；
20.在本实施例中，第一级阶梯脊为三角形阶梯脊，其俯视图截面为三角形；第二级阶梯脊、第三级阶梯脊和第四级阶梯脊均为等腰梯形的梯脊，其俯视截面图为等腰梯形，但每一级的等腰梯形的上底等于上一级等腰梯形的下底，脊的高度依次升高，形成阶梯脊在宽度和高度上的同时变化。
21.第四级阶梯脊的顶面设置同轴内导体，外接标准的同轴波端口，第四级阶梯脊的底面与矩形波导的右端面接触，最终将四级阶梯脊与矩形波导形成一体的结构；
22.如图3所示，矩形波导的顶面内侧设置五根等间距分布的介质条，且位于顶面中线上，每个介质条的形态为条状长方体，介质条的正下方为四级阶梯脊，但与四级阶梯存在一定距离；
23.在本实施例中，我们将第一个介质条位置处在第一或二级阶梯脊上部，最后一个介质条位置和第四级阶梯脊的最末断面平齐；还可以采用其他的组合方式，只要保持五根介质条处于四级阶梯脊的上方，这样加载介质条有助于提升带宽特性。
24.在本实施例中，介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置的尺寸标注如图2和图3所示。四级阶梯脊的材质和矩形波导一致，均为铁质金属，表面镀镍处理；第一级阶
梯脊的三角形底边a1为1.2mm，第二级阶梯脊底边a2为2.5mm，第三级阶梯脊底边a3为3.2mm，第四级阶梯脊底边a4为3.5mm；第一级的高度t1为0.5mm、长度d1为2mm，第二级的高度t2为1.9mm、长度d2为1.8mm，第三级的高度t3为2.2mm、长度d3为5.4mm，第四级的高度t4为2.6mm、长度d4为4mm。
25.顶部的长方体状的介质条，宽度ba为0.5mm，长度db为3.5mm，厚度bt为0.8mm。以间隔p为1.8mm的距离依次纵向排列。
26.当介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置运行时，te
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模式的电磁波从矩形波导馈入，沿着四级阶梯脊传播，其电场分布将从逐渐聚焦于矩形波导的上下壁之间过渡到矩形波导顶部与阶梯脊的顶面，随后电磁波继续顺着同轴内导体传播，由此转换为tem模式，最后从同轴波端口输出，完成模式转换和电磁能量传输。
27.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。


技术特征：
1.一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，其特征在于，包括：矩形波导、第一级阶梯脊、第二级阶梯脊、第三级阶梯脊、第四级阶梯脊、介质条、同轴内导体、同轴波端口；所述矩形波导内的中线上按照先后顺序依次排列第一级阶梯脊至第四级阶梯脊，四级阶梯脊的高度逐级提升；其中，第一级阶梯脊距离矩形波导左侧波端口一定距离，第二级阶梯脊紧挨第一级阶梯脊，第一级阶梯脊的底面与第二级阶梯脊的顶面贴合，后面两级阶梯脊以此类推；所述第四级阶梯脊的顶面设置同轴内导体，外接标准的同轴波端口，第四级阶梯脊的底面与矩形波导的右端面接触，最终将四级阶梯脊与矩形波导形成一体的结构；所述矩形波导的顶面内侧设置五根等间距分布的介质条，且位于顶面中线上，每个介质条的形态为条状长方体，介质条的正下方为四级阶梯脊，但与四级阶梯存在一定距离；装置运行时，te
10
模式的电磁波从矩形波导馈入，沿着四级阶梯脊传播，其电场分布将从逐渐聚焦于矩形波导的上下壁之间过渡到矩形波导顶部与阶梯脊的顶面，随后电磁波继续顺着同轴内导体传播，由此转换为tem模式，最后从同轴波端口输出，完成模式转换和电磁能量传输。2.根据权利要求1所述的一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，其特征在于，所述第一级阶梯脊为三角形阶梯脊，其俯视图截面为三角形。3.根据权利要求1所述的一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，其特征在于，所述第二级阶梯脊、第三级阶梯脊和第四级阶梯脊均为等腰梯形的梯脊，其俯视截面图为等腰梯形，但每一级的等腰梯形的上底等于上一级等腰梯形的下底，脊的高度依次升高，形成阶梯脊在宽度和高度上的同时变化。

技术总结
本发明公开了一种介质加载梯形阶梯脊波导与同轴线转换输能装置，矩形波导、第一级阶梯脊、第二级阶梯脊、第三级阶梯脊、第四级阶梯脊、介质条、同轴内导体、同轴波端口；当TE


技术研发人员：杨阳
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/12/6