專利名稱：位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及多孔定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用多個孔進行耦合的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器。
背景技術：
定向耦合器是微波系統(tǒng)中應用廣泛的一種微波器件，它的主要作用是將微波信號按一定的比例進行功率分配；定向耦合器由兩根傳輸線構成，同軸線、矩形波導、圓波導、帶狀線和微帶線等都可構成定向耦合器；所以從結構來看定向耦合器種類繁多，差異很大，但從它們的耦合機理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。
在20世紀50年代初以前，幾乎所有的微波設備都采用金屬波導和波導電路，那個時候的定向I禹合器也多為波導小孔I禹合定向I禹合器；其理論依據(jù)是Bethe小孔I禹合理論，Cohn和Levy等人也做了很多貢獻。隨著航空和航天技術的發(fā)展，要求微波電路和系統(tǒng)做到小型化、輕量化和性能可靠，于是出現(xiàn)了帶狀線和微帶線，隨后由于微波電路與系統(tǒng)的需要又相繼出現(xiàn)了鰭線、槽線、共面波導和共面帶狀線等微波集成傳輸線，這樣就出現(xiàn)了各種傳輸線定向耦合器。傳統(tǒng)單孔定向耦合器有一些的優(yōu)點如結構簡單、參數(shù)少，設計起來比較方便；但是它還存在著一些缺點如帶寬窄、方向性差，只有在設計頻率處工作合適，偏離開這個頻率，方向性將降低。傳統(tǒng)多孔定向耦合器雖然可以做到很寬的帶寬、方向性也有很所改善，但也存在著一些缺點，如體積大、加工精度要求高、插入損耗高，特別是在毫米波太赫茲波段，過高的插損使該器件失去使用價值；這就激勵我們去設計一種能克服這些缺點的新型多孔定向耦合器。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)定向耦合器的一些缺點，提供了一種緊湊型、插入損耗低、寬帶的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于包括作為微波主通道的主矩形波導和作為取樣信號通道的副矩形波導、以及作為耦合通道的耦合孔；主矩形波導的主模H面與副矩形波導的主模H面相互平行，主矩形波導和副矩形波導相互隔離；主矩形波導通過至少3個耦合孔與副矩形波導連通，至少I個耦合孔包括貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁的中空耦合管，中空耦合管靠近主矩形波導的側壁連接有三端開口的耦合腔，耦合腔與中空耦合管導通，耦合腔位于主矩形波導和副矩形波導之間并與主矩形波導和副矩形波導導通；耦合孔沿主矩形波導的軸線排列，沿主矩形波導軸線方向相鄰的耦合孔位于主矩形波導軸線的一側；沿主矩形波導軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形波導的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為圓形或多邊形。[0009]所述耦合孔中加入了另一個軸線與主矩形波導的主模H面垂直的柱狀金屬體，該柱狀金屬體只在一個方向與對應的耦合孔的內壁連接，該柱狀金屬體的橫截面的形狀為矩形或圓形或其他多邊形。所述柱狀金屬體可以全部或部分位于主矩形波導的內部。所述主矩形波導和副矩形波導的軸線相互平行。所述主矩形波導或\和副矩形波導的一端或兩端還連接有彎曲波導。所述主矩形波導或\和副矩形波導在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結構。耦合孔的部分在主矩形波導或副矩形波導以外，或同時在主矩形波導和副矩形波導外。單孔定向耦合器在方向性上有相對窄的帶寬，于是人們想到了設計一系列耦合孔，這一系列的耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，并且這個額外的自由度還可以提高帶寬。因此，為了增加耦合孔的耦合性能，我們將耦合孔沿主矩形波導的軸線排列，同時為了增加耦合孔的口徑，我們將相鄰的耦合孔依次交錯的分布于主矩形波導軸線的左側或右側。將耦合孔沿主矩形波導一側排列后，在滿足耦合加強的條件下，即相鄰兩耦合孔的孔心間距應設置在主矩形波導的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間，可以增大耦合孔的口徑，這樣一來又可以進一步的加強耦合，從而進一步提高該多孔矩形波導定向耦合器的方向性。同時，優(yōu)先選擇橫截面為矩形柱狀金屬體設置在耦合孔內，且柱狀金屬體在耦合孔內的位置不受限制，可根據(jù)實際需求進行設置。一般的主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線之間的角度為0°至180°之間。為了使其整個耦合器的體積減少，我們優(yōu)先考慮主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線平行設置。耦合孔在其俯視方向的投影形狀不受限制，當考慮制作成本時，我們優(yōu)先考慮能簡易批量生產(chǎn)的圓形或三角形或四邊形。增加柱狀金屬體時，所述耦合孔和柱狀金屬體體在俯視方向的投影形狀為Y字形或十字型和其它多于4個分支的星狀。其中上述的H面為磁場面。由于傳統(tǒng)的多孔定向耦合器的耦合孔的位置設置在主矩形波導和副矩形波導之間。而本實用新型的改進點為1、將傳統(tǒng)的耦合孔的位置進行調整，相應的設計出與調整后結構相匹配的耦合孔，即本實用新型中的耦合孔由耦合腔和中空耦合管組成，其中設置位置時，耦合腔設置在主矩形波導和副矩形波導之間的，用以連通主矩形波導和副矩形波導，由于還設置有中空耦合管，可進一步的增強耦合性；2、由于實驗發(fā)現(xiàn)，當我們選用多個耦合孔時，將相鄰的耦合孔沿主矩形波導的軸線排列的方向性更好，因此設計時，優(yōu)先設置耦合孔中的中空耦合管貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁。進一步的優(yōu)先設置為相鄰的耦合孔位于主矩形波導的一側。按照上述優(yōu)先設置成的耦合器進行耦合輸出時，其工作過程為微波首先通過主矩形波導，在結構耦合孔處時，通過耦合腔將微波耦合到副矩形波導，在中空耦合管的作用下進行加強耦合，使其方向性變強，進一步的由于相鄰的耦合孔位于主矩形波導的一側；因此在上述加強耦合的基礎還可以進一步的進行耦合加強?；谏鲜鼋Y構，本實用新型相較于以往的多孔定向耦合器而言其改進點為將傳統(tǒng)的耦合孔改進為由耦合 腔和中空耦合管組成的耦合通道，其中耦合腔設置在主矩形波導和副矩形波導之間，中空耦合管貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁。這樣可增加其方向性。由于本實用新型采用多個耦合孔的設計方案，耦合孔與耦合孔之間具有耦合加強的作用，如果耦合孔與耦合孔之間的排列組合不能達到適合的排布，則會造成許多不利因素，比如耦合減弱現(xiàn)象，為此我們對其排布做了相應的研究，為了減少整個耦合的體積和達到耦合加強的作用，本實用新型進一步的改進點為耦合孔沿主矩形波導的軸線排列，沿主矩形波導軸線方向相鄰的耦合孔位于主矩形波導軸線的一側；沿主矩形波導軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形波導的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。即將相鄰的耦合孔依次分布于主矩形波導軸線的一側。相鄰的耦合孔沿主矩形波導一側分布以后，可進一步的耦合加強，從而進一步提高該位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器的方向性，相鄰兩耦合孔的孔心間距的影響因素由輸入信號決定，另外，由于本實用新型中的耦合孔均位于主矩形波導的同一側，因此相比較于其他的排布方式而言，其體積較小，如耦合孔排布在兩側，與兩側相比較，顯然一側的設計體積要小于兩側的設計體積。多孔定向耦合器的工作原理可以敘述如下由于波導內壁可以近似看成理想導電平面。根據(jù)交變電磁場的邊界條件，理想導電平面E只有與表面相垂直的分量，沒有切向分量；磁場H只有與表面相切的分量，沒有法向分量。主波導內電場垂直主副矩形波導公共寬邊，通過小孔達到副波導的那一部分電場仍垂直于主副波導公共寬邊，其電力線形成一個彎頭。磁場(磁力線)為平行主波導寬壁的閉合曲線，故主波導的磁場(磁力線)在小孔處形成一組穿進穿出副矩形波導的連續(xù)曲線。通過小孔進入副波導的那一部分電場在副波導耦合孔兩側耦合出垂直向下的電場Ε’。交變的電場Ε’激發(fā)出感生磁場Η’(方向由S=E*H決定)。電、磁場交替激發(fā)，形成分別向耦合端和隔離端輸出的電磁波。通過小孔進入副波導的那一部分磁場在副波導耦合孔兩側耦合出水平向右的磁場H’。交變的磁場H’激發(fā)出感生的電場E’。電、磁場交替激發(fā)，形成分別向耦合端和隔離端輸出的電磁波。小孔耦合是上述電耦合和磁耦合的疊加。把兩種耦合形成的電磁波合并，我們可以看出往I禹合端方向傳輸?shù)碾姶挪ㄍ虔B加，形成I禹合輸出；往隔離端方向傳輸?shù)碾姶挪ǚ聪虔B加，相互抵消構成隔離端，所以原則上是無耦合輸出的。但是由于小孔電、磁耦合的不對稱性，兩者疊加產(chǎn)生了方向性。多孔定向耦合器就是利用一系列耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，并且這個額外的自由度還可以提高帶寬。本實用新型的優(yōu)點在于結構緊湊、加工簡單、功率容量大、插入損耗低，特別是在毫米波和太赫茲波段，與普通多孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優(yōu)勢。本實用新型的緊湊型位于主矩形波導一側多孔矩形波導定向耦合器可望廣泛用于各微波波段及太赫茲波段的電子系統(tǒng)。

圖I為本實用新型中相鄰耦合孔位于主矩形波導一側時的立體圖。圖2為耦合孔的結構立體圖。圖3為本實用新型實施例一的俯視圖。 圖4為本實用新型實施例一的A-A剖面圖。圖5為本實用新型實施例二的俯視圖。圖6為本實用新型實施例三的俯視圖。圖7為本實用新型實施例四的俯視圖。圖8為本實用新型實施例五的俯視圖。圖9為本實用新型實施例六的俯視圖。圖中的標號分別表示為1、主矩形波導；2、副矩形波導；3、耦合孔；31、耦合腔；32、中空耦合管；4、柱狀金屬體；5、彎曲波導。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型實施方式不限于此。如圖1、2所示，位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，包括作為微波主通道的主矩形波導I和作為取樣信號通道的副矩形波導2、以及作為耦合通道的耦合孔3 ;主矩形波導I和副矩形波導2相互隔離；耦合孔3包括貼附在主矩形波導I側壁或\和副矩形波導側壁的中空耦合管32，中空耦合管32靠近矩形波導I的側壁連接有三端開口的耦合腔31，耦合腔31與中空耦合管32導通，耦合腔31位于主矩形波導I和副矩形波導2之間并與主矩形波導I和副矩形波導2導通。其中，耦合孔3的數(shù)目為3個；耦合孔3在其俯視方向的投影形狀為圓形，且主矩形波導I的軸線和副矩形波導2的軸線互相平行。耦合孔3沿主矩形波導I的軸線排列，沿主矩形波導I軸線方向相鄰的耦合孔位于主矩形波導I軸線的一側；沿主矩形波導I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主矩形波導I的中心工作頻率的中心工作頻率的波導波長的23% 27%之間。由于本實用新型采用多個耦合孔的設計方案，耦合孔與耦合孔之間具有耦合加強的作用，如果耦合孔與耦合孔之間的排列組合不能達到適合的排布，則會造成許多不利因素，比如耦合減弱現(xiàn)象，為此我們對其排布做了相應的研究，為了減少整個耦合的體積和達到耦合加強的作用，本實用新型進一步的改進點為耦合孔沿主矩形波導的軸線排列，沿主矩形波導軸線方向相鄰的耦合孔位于主矩形波導軸線的一側；沿主矩形波導軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形波導的波導波長的209Γ30%之間。即，將相鄰的耦合孔依次分布于主矩形波導軸線的一側。相鄰的耦合孔沿主矩形波導一側分布以后，可進一步的耦合加強，從而進一步提高該位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器的方向性，相鄰兩耦合孔的孔心間距的影響因素由輸入微波決定，另外，由于本實用新型中的耦合孔均位于主矩形波導的同一側，因此相比較于其他的排布方式而言，其體積較小，如耦合孔排布在兩側，與兩側相比較，顯然一側的設計體積要小于兩側的設計體積。實施例一如圖3，4所示，本實施例包括設置有主矩形波導I和副矩形波導2，主矩形波導I為微波主通道，副矩形波導2為取樣信號通道；主矩形波導I和副矩形波導2相互隔離，通過5個耦合孔3連通；5個耦合孔3的部分在主矩形波導I和副矩形波導2以外。所述耦合孔3的軸線與主矩形波導I的軸線垂直，其橫截面的形狀為不規(guī)則多邊形；相鄰耦合孔3位于主矩形波導的一側，沿主矩形波導I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主矩形波導I的中心工作頻率的中心工作頻率的波導波長的23°/Γ27%之間，每個耦合孔3中都加入了另一個軸線與主矩形波導I的軸線垂直的柱狀金屬體4，該柱狀金屬體4的橫截面的形狀為矩形。實施例二 如圖5所示，與實施例一不同的地方是有4個耦合孔3位于主矩形波導的同一側，相鄰耦合孔3的孔心間距在主矩形波導I的中心工作頻率的中心工作頻率的波導波長的23°/Γ27%之間，其耦合性能較好。各個柱狀金屬體4只在一個方向與對應的耦合孔3的內壁連接并且位于耦合孔3的不同方位上，其具體位置由方向性等參數(shù)優(yōu)化而定。實施例三如圖6所示，與實施例一不同的地方是，副矩形波導2的兩端還連有彎曲波導5，這樣可以方便該定向耦合器與外界器件的連接，從而可以得到方向性更好，帶寬更寬的多孔矩形波導定向I禹合器。實施例四如圖7所示，與實施實例一不同的地方是耦合孔3的橫截面為橢圓，并且耦合孔3內都沒有加柱狀金屬體4。實施例五如圖8所示，與實施實例五不同的地方是耦合孔3的橫截面為矩形，并且耦合孔3內設置有橫截面形狀為矩形的柱狀金屬體4。實施例六如圖9所示，與實施實例五不同的是耦合孔3的橫截面為三角形。如上所述便可較好的實現(xiàn)本實用新型。
權利要求1.位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于包括作為微波主通道的主矩形波導(I)和作為取樣信號通道的副矩形波導(2)、以及作為耦合通道的耦合孔(3);主矩形波導(I)的主模H面與副矩形波導(2)的主模H面相互平行，主矩形波導(I)和副矩形波導(2)相互隔離；主矩形波導(I)通過至少3個耦合孔(3)與副矩形波導(2)連通，至少I個耦合孔(3)包括貼附在主矩形波導(I)側壁或\和副矩形波導(2)側壁的中空耦合管(32 )，中空耦合管(32 )靠近主矩形波導(I)的側壁連接有三端開口的耦合腔(31)，耦合腔(31)與中空耦合管(32)導通，耦合腔(31)位于主矩形波導(I)和副矩形波導(2)之間并與主矩形波導(I)和副矩形波導(2 )導通；所述耦合孔(3 )沿主矩形波導(I)的軸線排列，沿主矩形波導(I)軸線方向相鄰的耦合孔(3)位于主矩形波導(I)軸線方向的一側；沿主矩形波導(I)軸線方向上，相鄰兩耦合孔(3)的孔心間距在主矩形波導(I)的中心工作頻率的波導波長的20°/Γ30%之間。
2.根據(jù)權利要求I所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述耦合孔(3)中加入了另一個軸線與主矩形波導(I)的主模H面垂直的柱狀金屬體(4)。
3.根據(jù)權利要求2所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述柱狀金屬體(4)只在一個方向與對應的耦合孔(3)的內壁連接，該柱狀金屬體(4)的橫截面的形狀為多邊形。
4.根據(jù)權利要求I所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為圓形或多邊形。
5.根據(jù)權利要求3所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述柱狀金屬體(4)全部或部分位于主矩形波導(I)的內部。
6.根據(jù)權利要求I所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述主矩形波導(I)和副矩形波導(2)的軸線相互平行。
7.根據(jù)權利要求1-6中任意一項所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述主矩形波導(1)或\和副傳輸線(2)的一端或兩端還連接有彎曲波導(5)。
8.根據(jù)權利要求1-6中任意一項所述的位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，其特征在于所述主矩形波導(I)或\和副矩形波導(2)在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結構。
專利摘要本實用新型公開了位于主矩形波導一側的多孔矩形波導定向耦合器，包括主矩形波導和副矩形波導、以及耦合孔；主矩形波導和副矩形波導相互隔離，主矩形波導通過至少3個耦合孔與副矩形波導連通；至少1個耦合孔包括貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁的中空耦合管，中空耦合管靠近主矩形波導的側壁連接有三端開口的耦合腔，耦合腔與中空耦合管導通，耦合腔位于主矩形波導和副矩形波導之間并與主矩形波導和副矩形波導導通；耦合孔沿主矩形波導的軸線排列，沿主矩形波導軸線方向相鄰的耦合孔位于主矩形波導軸線的一側；本實用新型的優(yōu)點在于結構緊湊、加工簡單、功率容量大、插入損耗低。
文檔編號H01P5/18GK202695690SQ20122039419
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日2012年8月10日
發(fā)明者王清源, 譚宜成 申請人:成都賽納賽德科技有限公司