專利名稱：H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耦合器，具體地說，是涉及ー種H-面的波導(dǎo)超級(jí)耦合器。
背景技術(shù)：
耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的主要作用是將微波信號(hào)按ー定的比例進(jìn)行功率分配；其中波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的耦合器由于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)在微波界被廣泛應(yīng)用。金屬波導(dǎo)具有導(dǎo)體損耗和介質(zhì)(管內(nèi)一般為空氣)損耗小、功率容量大、沒有輻射損耗、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于3000MHz至300GHz的厘米波段和毫米波段的通信、雷達(dá)、遙感、電子對抗和測量等系統(tǒng)中。波導(dǎo)作為導(dǎo)行系統(tǒng)，在傳輸過程中傳輸線路往往需要交叉或跨接。在以往解決此類問題時(shí)，通常是通過波導(dǎo)組件來實(shí)現(xiàn)，如彎曲波導(dǎo)、扭波導(dǎo)、波導(dǎo)管等組件實(shí)現(xiàn)。但是，這種方案通常導(dǎo)致在連接和交叉處需要采用法蘭盤連接，導(dǎo)致連接精度的降低和體積的増大。集成波導(dǎo)系統(tǒng)將上述所有元器件集成在ー個(gè)金屬底板上，通過數(shù)控銑床,一次加工完成,大大地改善了加工精度，降低了加工難度,并使系統(tǒng)的體積大大縮小。但是，在波導(dǎo)傳輸線的連接和交叉處，為使兩波導(dǎo)交叉通過，通常要兩波導(dǎo)錯(cuò)開使之形成立體結(jié)構(gòu)并使用漸變結(jié)構(gòu)才能恢復(fù)到處于同一平面內(nèi)繼續(xù)傳播，這樣不但造成交叉處體積増大、損耗增加、電壓駐波比増大，還會(huì)由于漸變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給加工帶來難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服由于波導(dǎo)跨接、交叉需要立體的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而造成交叉處體積增大、加工精度降低等一系列問題，提供了ー種在ー個(gè)平面上即可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏數(shù)某?jí)耦合器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，包括耦合腔，與耦合腔連通的輸入端ロ、隔離端A、隔離端B、輸出端ロ，其特征在干，輸入端口和隔離端B位于耦合腔的前端面，隔離端A和輸出端ロ位于耦合腔的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相対稱的兩個(gè)端面，隔離端B位于輸入端ロ的右側(cè)，輸出端ロ位于隔離端A的右偵れ一條貫穿于耦合腔上內(nèi)底面和下內(nèi)底面的直線在耦合腔區(qū)域內(nèi)只與波導(dǎo)壁至多有兩個(gè)交點(diǎn)。所述耦合腔的上內(nèi)底面或\和下內(nèi)底面設(shè)置有至少ー個(gè)增強(qiáng)耦合體，所述增強(qiáng)耦合體為開ロ方向指向耦合腔內(nèi)部的凹槽或所述增強(qiáng)耦合體為凸起方向指向耦合腔內(nèi)部的金屬凸臺(tái)。耦合腔為左右對稱形狀，所有的凹槽以耦合腔的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。所有的金屬凸臺(tái)以耦合腔的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。所述耦合腔為矩形體結(jié)構(gòu)，輸入端ロ的橫截面、隔離端A的橫截面、隔離端B的橫截面、輸出端ロ的橫截面均為矩形。
耦合腔的上表面、輸入端ロ的上表面、隔離端A的上表面、隔離端B的上表面、輸出端ロ的上表面均位于同一個(gè)平面內(nèi)。為了方便設(shè)計(jì)計(jì)算，耦合腔優(yōu)先設(shè)置成矩形體結(jié)構(gòu)，且輸入端ロ的橫截面、隔離端A的橫截面、隔離端B的橫截面、輸出端ロ的橫截面均設(shè)置成矩形。對于給定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)指標(biāo)包括反射系數(shù)，隔離度，總插入損耗等，為了獲得更寬的工作帶寬，耦合腔的上內(nèi)底面或\和下內(nèi)底設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)凹槽或金屬凸臺(tái)，而且所有的凹槽或金屬凸臺(tái)以耦合腔的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。為了便于采用普通的銑切加工，所有結(jié)構(gòu)，包括耦合腔以及所述輸入輸出端ロ 1-4的上表面位于同一個(gè)平面內(nèi)，即耦合腔的上表面、輸入端ロ的上表面、隔離端A的上表面、隔離端B的上表面、輸出端ロ的上表面均位于同一個(gè)平面內(nèi)。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是能量從主波導(dǎo)的輸入端ロ輸入，全部耦合到副波導(dǎo)的輸出端口中輸出，即耦合腔包括互相耦合的主波導(dǎo)和副波導(dǎo)。由于波導(dǎo)傳輸能量往往需要交叉或跨接，我們發(fā)明的H面波導(dǎo)超級(jí)耦合器解決了由于波導(dǎo)交叉或跨接帶來的一系列問題，使波導(dǎo)在ー個(gè)平面內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)交叉而不產(chǎn)生附加的損耗和加工難度。本發(fā)明的工作原理可以在矩形的耦合腔和矩形的輸入端ロ、輸出端ロ，以及矩形的主波導(dǎo)和副波導(dǎo)作為輸入輸出波導(dǎo)的情況下簡述如下。輸入端ロ在矩形的耦合腔中主要激勵(lì)起兩個(gè)波導(dǎo)工作模式，即TElO模式和TE20模式。該兩個(gè)模式的波都將沿輸入波導(dǎo)(主波導(dǎo))軸線方向傳播。由于該兩個(gè)模式的波導(dǎo)波長不同，在I禹合腔的另一端，輸出端ロ以及隔離端A從耦合腔中耦合出來的功率是分別從兩個(gè)工作模式TElO模式和TE20模式的波中耦合出來的功率的和。通過選取耦合腔的寬度和長度，以及輸入端ロ、隔離端A、隔離端B、輸出端ロ的尺寸和位置，可以使隔離端A分別從兩個(gè)工作模式耦合出來的功率相位相差180度，相互抵消，同時(shí)使輸出端ロ從兩個(gè)工作模式耦合出來的功率相位相差0度或360度的整數(shù)倍,相互疊加。這時(shí),基本上所有能量都從輸出端ロ耦合輸出，而不從隔離端A輸出。由于輸入端ロ激勵(lì)的兩個(gè)工作模式TElO模式和TE20在隔離端B處自然滿足反相相消，從隔離端B耦合出來的功率都很小，從而使隔離端B為隔離端使用。為了進(jìn)一步拓寬器件的工作帶寬，可以在耦合腔的上內(nèi)底面或\和下內(nèi)底面增加凹槽或金屬凸臺(tái)。各輸入輸出端都可以增加一級(jí)或多級(jí)匹配段。耦合腔和輸入端ロ、隔離端A、隔離端B、輸出端ロ的形狀為其它變形時(shí)，該H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器的工作原理也可以根據(jù)以上內(nèi)容加以闡述和理解。上述前后向軸線為由前端面指向后端面的耦合腔軸線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干:本發(fā)明的輸出端ロ位干與主波導(dǎo)相耦合的副波導(dǎo)上，主要用于解決傳統(tǒng)波導(dǎo)交叉或跨接等所帯來的一系列問題。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點(diǎn)。本發(fā)明在引導(dǎo)能量傳輸?shù)膶?dǎo)行系統(tǒng)中存在的交叉或跨接應(yīng)用領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明的俯視圖。圖2為實(shí)施實(shí)例I的俯視圖。圖3為實(shí)施實(shí)例I的計(jì)算結(jié)果曲線。圖4為實(shí)施實(shí)例2的俯視圖。
圖5為實(shí)施實(shí)例3俯視圖
附圖中標(biāo)號(hào)對應(yīng)名稱:1-輸入端ロ，2-隔離端A，4-隔離端B，3-輸出端ロ，5-耦合腔，6-凹槽,7-金屬凸臺(tái)。圖中丨箭頭表示前方向，丨箭頭表示后方向，一箭頭表示左方向，一箭頭表示右方向。前后向軸線指由前方向指向后方向的軸直線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例I
如圖2所示，H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，包括耦合腔5，與耦合腔5連通的輸入端ロ 1、隔離端A2、隔離端B4、輸出端ロ 3，其特征在于，輸入端ロ I和隔離端B4位于耦合腔5的前端面，隔離端A2和輸出端ロ 3位于耦合腔5的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相対稱的兩個(gè)端面，隔離端B4輸入端ロ I的右側(cè)，輸出端ロ 3隔離端A2的右側(cè)。一條貫穿于耦合腔5上內(nèi)底面和下內(nèi)底面的直線在耦合腔區(qū)域內(nèi)只與波導(dǎo)壁至多有兩個(gè)交點(diǎn)。所述耦合腔5的上內(nèi)底面或\和下內(nèi)底面設(shè)置有至少ー個(gè)增強(qiáng)耦合體，所述增強(qiáng)耦合體為開ロ方向指向耦合腔5內(nèi)部的凹槽6。所有的凹槽6以耦合腔的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。所述耦合腔5為矩形體結(jié)構(gòu)，輸入端ロ I的橫截面、隔離端A2的橫截面、隔離端B4的橫截面、輸出端ロ 3的橫截面均為矩形。該H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器相對于整個(gè)耦合器的軸線為左右對稱結(jié)構(gòu)。耦合腔5底部設(shè)置有一個(gè)凹槽6，而且ー個(gè)凹槽6對整個(gè)耦合器的軸線成左右對稱分布。該H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器的所有結(jié)構(gòu)的上表面位于同一個(gè)平面內(nèi)。即耦合腔5的上表面、輸入端ロ I的上表面、隔離端A2的上表面、隔離端B4的上表面、輸出端ロ 3的上表面均位于同一個(gè)平面內(nèi)。根據(jù)實(shí)施實(shí)例I的結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的該H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器的S參數(shù)如圖3所示。從中可以看出，在7.2到9.0GHz的工作帶寬內(nèi)，輸入端ロ I的反射S參數(shù)低于-15dB。隔離端A2和隔離端B4的隔離高于15dB。而輸出端ロ 3的S參數(shù)接近于OdB。因此，該實(shí)施實(shí)例提供了一只相對工作帶寬22%，插損低于0.0ldB,隔離好于15dB的超級(jí)波導(dǎo)耦合器。實(shí)施實(shí)例2
如圖4.與實(shí)施實(shí)例I的區(qū)別僅在于，采用一根金屬凸臺(tái)7代替了凹槽6。實(shí)施實(shí)例3
如圖5.與實(shí)施實(shí)例I和2的區(qū)別僅在于，在輸入輸出端ロ處采用彎波導(dǎo)進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出。即在輸入端ロ 1、隔離端A2、隔離端B4、輸出端ロ 3處采用彎波導(dǎo)進(jìn)行信號(hào)的輸入輸出。上述僅為舉例。實(shí)際生產(chǎn)中，耦合腔5的形狀可構(gòu)成俯視方向的矩形、梯形或其他更復(fù)雜的圖型。各輸入輸出端ロ既可以為簡單的矩形波導(dǎo)，也可以軸線彎曲的各種形狀的其他形狀。如上所述，即可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，包括耦合腔(5)，與耦合腔(5)連通的輸入端ロ(I)、隔離端A(2)、隔離端B(4)、輸出端ロ(3)，其特征在于，輸入端ロ(I)和隔離端B (4)位于耦合腔(5)的前端面，隔離端A (2)和輸出端ロ(3)位于耦合腔(5)的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對立的兩個(gè)端面，隔離端B (4)位于輸入端ロ(I)的右側(cè)，輸出端ロ(3)位于隔離端A (2)的右側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，一條貫穿于耦合腔(5)上內(nèi)底面和下內(nèi)底面的直線在耦合腔區(qū)域內(nèi)只與波導(dǎo)壁至多有兩個(gè)交點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，所述耦合腔(5)的上內(nèi)底面或\和下內(nèi)底面設(shè)置有至少ー個(gè)增強(qiáng)耦合體，所述增強(qiáng)耦合體為開ロ方向指向耦合腔(5)內(nèi)部的凹槽(6)或所述增強(qiáng)耦合體為凸起方向指向耦合腔(5)內(nèi)部的金屬凸臺(tái)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，耦合腔(5)為左右對稱形狀，所有的凹槽(6)以耦合腔(5)的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，所有的金屬凸臺(tái)(7)以耦合腔的前后向軸線為對稱軸成左右對稱分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，所述耦合腔(5)為矩形體結(jié)構(gòu)，輸入端ロ(I)的橫截面、隔離端A (2)的橫截面、隔離端B (4)的橫截面、輸出端ロ(3)的橫截面均為矩形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，其特征在于，耦合腔(5)的上表面、輸入端ロ(I)的上表面、隔離端A (2)的上表面、隔離端B (4)的上表面、輸出端ロ(3)的上表面均位于同ー個(gè)平面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種H-面波導(dǎo)超級(jí)耦合器，包括耦合腔，與耦合腔連通的輸入端口、隔離端A、隔離端B、輸出端口，其特征在于，輸入端口和隔離端B位于耦合腔的前端面，隔離端A和輸出端口位于耦合腔的后端面，前端面和后端面為耦合腔互相對稱的兩個(gè)端面，隔離端B輸入端口的右側(cè)，輸出端口隔離端A的右側(cè)。本發(fā)明的輸出端口位于與主波導(dǎo)相耦合的副波導(dǎo)上，主要用于解決傳統(tǒng)波導(dǎo)交叉或跨接等所帶來的一系列問題。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，加工難度低的特點(diǎn)。本發(fā)明在引導(dǎo)能量傳輸?shù)膶?dǎo)行系統(tǒng)中存在的交叉或跨接應(yīng)用領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01P5/18GK103107405SQ201310076038
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者王清源, 譚宜成, 丁金義 申請人:成都賽納賽德科技有限公司