專利名稱：高方向性超強(qiáng)耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種耦合器，具體地說，是涉及一種寬帶的圓波導(dǎo)超級耦合器。
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按一定的比例進(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增大。集成波導(dǎo)系統(tǒng)將上述所有元器件集成在一個(gè)金屬底板上，降低了加工難度，并使系統(tǒng)的體積大大縮小。然而，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增大、損耗增加、電壓駐波比增大，還會(huì)由于漸變結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給加工帶來難度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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，提供了一種在一個(gè)平面上即可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏數(shù)某夞詈掀?。為了?shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:高方向性超強(qiáng)耦合器，包括主波導(dǎo)和副波導(dǎo)，還包括連通主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的耦合孔，主波導(dǎo)的兩端分別為輸入端口和隔離端口 A，副波導(dǎo)的兩端分別為輸出端口和隔離端口 B，連通主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的耦合孔的寬度為X，每個(gè)耦合孔的高度為Y，相鄰兩耦合孔的中心點(diǎn)的距離為Z，所述主波導(dǎo)和副波導(dǎo)都為圓形空波導(dǎo)，X小于或等于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)的波長，Y小于主波導(dǎo)或副波導(dǎo)的最大高度，即Y小于圓形空波導(dǎo)的直徑，Z小于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)波長的二分之三倍。寬度是指耦合孔沿主波導(dǎo)或副波導(dǎo)軸線方向上的長度，高度是指耦合孔沿垂直于主波導(dǎo)或副波導(dǎo)軸線方向上長度。從主波導(dǎo)的輸入端口輸入的微波信號通過耦合孔只從副波導(dǎo)的輸出端口輸出。所述耦合孔的數(shù)目大于或等于2，且沿主波導(dǎo)軸線方向上或副波導(dǎo)軸線方向上排布。[0007]所述耦合孔的垂直于水平面的橫截面為矩形或圓形。所述耦合孔的垂直于水平面的橫截面為中心對稱圖形。主波導(dǎo)的軸線和副波導(dǎo)的軸線相互平行且處于同一水平面上。主波導(dǎo)和副波導(dǎo)相對于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)之間的一個(gè)平面呈鏡像對稱，該平面垂直于水平面。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，兩個(gè)耦合孔相對于主波導(dǎo)軸線和副波導(dǎo)軸線所在平面呈鏡像對稱分布。本實(shí)用新型的最大特點(diǎn)是能量從主波導(dǎo)的輸入端口輸入，全部耦合到副波導(dǎo)的輸出端口中輸出。由于波導(dǎo)傳輸能量往往需要交叉或跨接，我們實(shí)用新型的高方向性超強(qiáng)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)在一個(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。本實(shí)用新型的工作原理可以簡述如下:微波信號通過主傳輸線上的輸入端口輸入，通過選取耦合孔的寬度和長度，以及輸入端口、隔離端A、隔離端B、輸出端口的尺寸和位置，可以使隔離端A耦合出來的功率相位相差180度，相互抵消，同時(shí)使輸出端口耦合出來的功率相位相差O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口耦合輸出，而不從隔離端A輸出。由于輸入端口激勵(lì)的工作模式TEll模在隔離端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。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小等特點(diǎn)。本實(shí)用新型在引導(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為本實(shí)用新型的立體圖及實(shí)施實(shí)例I的立體圖。圖2為本實(shí)用新型的俯視圖。圖3為本實(shí)用新型從輸入端口或隔離端口 B看入的圖示。
圖4為實(shí)施實(shí)例I計(jì)算結(jié)果曲線。附圖中標(biāo)號對應(yīng)名稱:1-輸入端口，2-隔離端口 A，3-輸出端口，4-隔離端口 B，5-主波導(dǎo)，6-副波導(dǎo)，7-耦合孔，SI, 1-主波導(dǎo)輸入端口的反射系數(shù)，S2, 1-主波導(dǎo)隔離端口 A的隔離系數(shù)，S3, 1-副波導(dǎo)輸出端口的傳輸系數(shù)，S4, 1-副波導(dǎo)隔離端口 B的隔離系數(shù)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施實(shí)例I如圖1所示，高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，包括主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6，還包括連通主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6的耦合孔7，主波導(dǎo)5的兩端分別為輸入端口 I和隔離端口 A2，副波導(dǎo)6的兩端分別為輸出端口 3和隔離端口 B4，聯(lián)通主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6的耦合孔7的寬度為X，每個(gè)耦合孔的高度為Y，相鄰兩耦合孔的中心點(diǎn)的距離為Z，所述主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6都為圓形空波導(dǎo)，X小于或等于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)的波長，Y小于主波導(dǎo)5或副波導(dǎo)6的最大高度，即小于圓形空波導(dǎo)的直徑，Z小于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)波長的二分之三倍。從主波導(dǎo)5的輸入端口 I輸入的微波信號通過耦合孔7只從副波導(dǎo)6的輸出端口3輸出。所述耦合孔7的數(shù)目大于或等于2，且沿主波導(dǎo)5軸線方向上或副波導(dǎo)6軸線方向上排布。所述耦合孔7的垂直于水平面的橫截面為矩形或圓形。所述耦合孔7的垂直于水平面的橫截面為中心對稱圖形。主波導(dǎo)5的軸線和副波導(dǎo)6的軸線相互平行且處于同一水平面上。主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6相對于主波導(dǎo)5和副波導(dǎo)6之間的一個(gè)平面呈鏡像對稱，該平面垂直于水平面。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，兩個(gè)耦合孔相對于主波導(dǎo)5軸線和副波導(dǎo)6軸線所在平面呈鏡像對稱分布。微波信號通過主傳輸線上的輸入端口輸入，通過選取耦合孔7的寬度和長度，以及輸入端口、隔離端A、隔離端B、輸出端口的尺寸和位置，可以使隔離端A耦合出來的功率相位相差180度，相互抵消，同時(shí)使輸出端口耦合出來的功率相位相差O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口耦合輸出，而不從隔離端A輸出。由于輸入端口激勵(lì)的工作模式TEll模在隔離端口 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。根據(jù)實(shí)施實(shí)例I的結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的高方向性超強(qiáng)耦合器的S參數(shù)如圖3所示。從圖中可以看出，在10.1GHz到12GHz工作帶寬內(nèi)，主波導(dǎo)I的輸入端口 I的反射都低于-20dB，隔離端口 A和隔離端口 B上的輸出也都低于_20dB，輸出端口的插損低于0.05dB。因此，該實(shí)施實(shí)例提供了一只寬 帶的高方向性超強(qiáng)耦合器。
權(quán)利要求1.高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，包括主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)，還包括連通主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)的耦合孔(7)，主波導(dǎo)(5)的兩端分別為輸入端口(I)和隔離端口 A (2)，副波導(dǎo)(6)的兩端分別為輸出端口(3)和隔離端口 B (4)，聯(lián)通主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)的耦合孔(7)的寬度為X，每個(gè)耦合孔的高度為Y，相鄰兩耦合孔中心點(diǎn)的距離為Z，所述主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)都為圓形空波導(dǎo)，X小于或等于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)的波長，Y小于主波導(dǎo)(5)或副波導(dǎo)(6)的最大高度，即Y小于圓形空波導(dǎo)的直徑，Z小于高方向性超強(qiáng)耦合器工作頻帶中心頻率時(shí)波長的二分之三倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，從主波導(dǎo)(5)的輸入端口(I)輸入的微波信號通過耦合孔(7)只從副波導(dǎo)(6)的輸出端口(3)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，所述耦合孔(7)的數(shù)目大于或等于2，且沿主波導(dǎo)(5)軸線方向上或副波導(dǎo)(6)軸線方向上排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，所述耦合孔(7)的垂直于水平面的橫截面為矩形或圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，所述耦合孔(7)的垂直于水平面的橫截面為中心對稱圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，主波導(dǎo)(5)的軸線和副波導(dǎo)(6)的軸線相互平行且處于同一水平面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高方向性超強(qiáng)耦合器，其特征在于，主波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)相對于主 波導(dǎo)(5)和副波導(dǎo)(6)之間的一個(gè)平面呈鏡像對稱，該平面垂直于水平面。
專利摘要本實(shí)用新型公布了高方向性超強(qiáng)耦合器，包括主波導(dǎo)和副波導(dǎo)，還包括連通主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的耦合孔，主波導(dǎo)的兩端分別為輸入端口和隔離端口A，副波導(dǎo)的兩端分別為輸出端口和隔離端口B。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、工作頻帶寬、插入損耗低、加工調(diào)試成本低等特點(diǎn)，克服了由于波導(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，提供了一種在一個(gè)平面上即可實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)跨接、交叉?zhèn)鬏數(shù)某夞詈掀鳌?br> 文檔編號H01P5/18GK203085732SQ20132010856
公開日2013年7月24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, 張運(yùn)波 申請人:成都賽納賽德科技有限公司