本實用新型屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于波導(dǎo)耦合器的毫米波段多工器。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代微波毫米波通信系統(tǒng)中，具有將寬帶輸入信號劃分為若干窄帶信號功能的多工器是必不可少的部件之一，其性能優(yōu)劣將直接影響整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。隨著通信頻率資源的日益緊張，分配到各類通信系統(tǒng)的頻率間隔越來越密，低插損、窄帶寬、高隔離度、小體積、低成本和快速設(shè)計等逐漸成為多工器的關(guān)鍵技術(shù)要求。然而，常規(guī)多工器如波導(dǎo)T型結(jié)與波導(dǎo)濾波器組合的設(shè)計形式，該種設(shè)計工藝成本高，且通道之間隔離度差、設(shè)計難度大、效率低、可靠性差，顯然越來越難以滿足當(dāng)前的多工器設(shè)計需求。目前也出現(xiàn)平面基片集成形式，但是在應(yīng)用于毫米波段時，該類設(shè)計必須采用微帶板，致使插損過大的問題一直無法解決，進而使得產(chǎn)品性能無法滿足設(shè)計所需。是否能夠重新尋求一種新型的適用于毫米波段的多工器，使其能夠在保證設(shè)計成本及設(shè)計便捷性的同時，還能夠具備高通道隔離度、高工作效率以及低插損、小體積和良好的工作可靠性，為本領(lǐng)域技術(shù)人員近年來所亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理而實用的基于波導(dǎo)耦合器的毫米波段多工器；本實用新型采用波導(dǎo)耦合器依次串聯(lián)并搭配波導(dǎo)隔離器的方式實現(xiàn)了n路功分輸出，從而保證了輸入端及輸出端的良好的回波特性，并具備了低插損、窄帶寬、高隔離度、小體積、低成本和快速設(shè)計的優(yōu)點，信道之間無信號串?dāng)_性，能可靠的應(yīng)用于毫米波段通信系統(tǒng)設(shè)計中。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種基于波導(dǎo)耦合器的毫米波段多工器，其特征在于：本多工器包括按耦合度從小到大依次串聯(lián)的n-1個波導(dǎo)耦合器，n為大于3的整數(shù)；對于前n-2個波導(dǎo)耦合器而言，前一個波導(dǎo)耦合器的直通端口連接下一個波導(dǎo)耦合器的輸入端口，每一個波導(dǎo)耦合器的耦合端口均連接有波導(dǎo)濾波器，每一個波導(dǎo)耦合器的隔離端口接波導(dǎo)匹配負(fù)載；對于第n-1個波導(dǎo)耦合器而言，該第n-1個波導(dǎo)耦合器的隔離端口接波導(dǎo)匹配負(fù)載，該第n-1個波導(dǎo)耦合器的輸入端口接前一個波導(dǎo)耦合器的直通端口，該第n-1個波導(dǎo)耦合器的直通端口與耦合端口分別連接一個波導(dǎo)濾波器；第一個波導(dǎo)耦合器的輸入端口經(jīng)由波導(dǎo)隔離器連接外部信號輸入端，所述波導(dǎo)隔離器的信號導(dǎo)通方向與外部信號輸入端的信號輸入方向同向設(shè)置。

所述波導(dǎo)濾波器為波導(dǎo)膜片濾波器。

本實用新型的有益效果在于：

1)、本實用新型采用波導(dǎo)耦合器依次串聯(lián)，并在各波導(dǎo)耦合器的耦合端口加載波導(dǎo)濾波器，同時在輸入總端口加波導(dǎo)隔離器的方法實現(xiàn)多工器的設(shè)計。相比傳統(tǒng)的毫米波段多工器，本實用新型一方面采用了多模塊的串聯(lián)化設(shè)計，各模塊如波導(dǎo)耦合器等均為工藝成熟的標(biāo)準(zhǔn)件，采購和更換維護容易，維護互換性高，設(shè)計成本低，從而可以大大縮短生產(chǎn)周期，這顯然有助于提高實際生產(chǎn)效率。另一方面，隔離器在本實用新型中工作頻段為全頻段，并起到類似于電路中的二極管的單向?qū)ㄗ饔?，從而有效的防止了波?dǎo)濾波器回波信號對隔離器前端的信號源造成干擾和損害的狀況。此外的，傳統(tǒng)的T型結(jié)與波導(dǎo)濾波器結(jié)合實現(xiàn)多工的方式，在毫米波段需要對工藝加工提出很高的要求，如通道與通道之間的距離必須精確制作，否則多工器的結(jié)構(gòu)差之毫厘，性能謬以千里，無形中提高了制作的難度和成本。本實用新型的結(jié)構(gòu)也正是由于對于工藝加工要求低，使得在保證單個耦合器性能的前提下，耦合器與耦合器之間的連接距離可以根據(jù)實際設(shè)計需要自由設(shè)定尺寸，具有低成本、高效能的設(shè)計特點。

綜上，本實用新型采用波導(dǎo)耦合器依次串聯(lián)的方式，搭配波導(dǎo)隔離器而實現(xiàn)了n路功分輸出，保證了輸入端及輸出端的良好的回波特性，并具備了低插損、窄帶寬、高隔離度、小體積、低成本和快速設(shè)計的優(yōu)點，信道之間無信號串?dāng)_性，能可靠的應(yīng)用于毫米波段通信系統(tǒng)設(shè)計中。

2)、由于波導(dǎo)濾波器的相對帶寬較窄，不到1％，因此本實用新型優(yōu)選采用波導(dǎo)膜片濾波器。本實用新型還極其適用于某些需要一份能量輸入而均勻能量輸出的場合，正是由于各波導(dǎo)耦合器耦合端口的能量按照1/n、1/(n-1)、1/(n-2)、...、1/[n-(n-3)]、1/[n-(n-2)]的方式逐個分布，從而使得串聯(lián)后各波導(dǎo)耦合器耦合端口的輸出能量均相等，也即均為串聯(lián)電路的總口輸入能量的1/n。這里需要指出的是，每個耦合器耦合端口的能量1/n、1/(n-1)、1/(n-2)、...、1/[n-(n-3)]、1/[n-(n-2)]，是指以單獨的耦合器本身的總口輸入能量為1來計算的。

附圖說明

圖1為本實用新型的工作原理框圖；

圖2為去除波導(dǎo)隔離器及波導(dǎo)匹配負(fù)載后的七工器的仿真示意圖；

圖3為七工器的傳輸曲線圖；

圖4為七工器的輸出端口的駐波曲線圖；

圖5a為七工器的第二輸出端口和第三輸出端口之間的隔離度曲線圖；

圖5b為七工器的第三輸出端口和第四輸出端口之間的隔離度曲線圖；

圖5c為七工器的第四輸出端口和第五輸出端口之間的隔離度曲線圖；

圖5d為七工器的第五輸出端口和第六輸出端口之間的隔離度曲線圖；

圖5e為七工器的第六輸出端口和第七輸出端口之間的隔離度曲線圖。

附圖中各標(biāo)號與本實用新型的各部件名稱對應(yīng)關(guān)系如下：

10-波導(dǎo)耦合器 20-波導(dǎo)濾波器

30-波導(dǎo)匹配負(fù)載 40-波導(dǎo)隔離器

具體實施方式

為便于理解，此處結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施結(jié)構(gòu)及工作流程作以下描述：

本實用新型的具體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，圖中各波導(dǎo)耦合器10為n-1個且n為大于3的整數(shù)，各波導(dǎo)耦合器10按照耦合度從小到大依次排列。具體涉及的器件有隔離器1個、波導(dǎo)耦合器10n-1個、波導(dǎo)濾波器20n個。具體使用時，將前一個波導(dǎo)耦合器10的直通端口和下一個耦合器的輸入端口相連，各波導(dǎo)耦合器10的隔離端口接波導(dǎo)匹配負(fù)載30，各波導(dǎo)耦合器10的耦合端口接相應(yīng)的波導(dǎo)濾波器20，依次類推。值得注意的是，由于特意多出了一個波導(dǎo)濾波器20，且最后第n-1個波導(dǎo)耦合器10的直通端口處留出了配合端，此時第n-1個波導(dǎo)耦合器10的直通端口處連接該第n個波導(dǎo)濾波器20。此外的，本實用新型還在第一個波導(dǎo)耦合器10的輸入端口處設(shè)置波導(dǎo)隔離器40。

為便于理解，此處以n＝7，也即七工器來作為實施例，從而對本實用新型的工作結(jié)構(gòu)及狀態(tài)作進一步闡述：

如圖2所示，該七工器包括了按耦合度從小到大依次串聯(lián)的七個波導(dǎo)耦合器10。將第一個波導(dǎo)耦合器10的直通端口和下一個耦合器的輸入端口相連，各波導(dǎo)耦合器10的隔離端口接波導(dǎo)匹配負(fù)載30，各波導(dǎo)耦合器10的耦合端口接相應(yīng)的波導(dǎo)濾波器20；以此類推，從而將六個波導(dǎo)耦合器10串聯(lián)在一起。為方便描述，波導(dǎo)濾波器20以F1～F7單獨命名，前六個波導(dǎo)耦合器10的耦合端口依次接波導(dǎo)濾波器F1～F6，第六個波導(dǎo)耦合器10的直通端口再連接波導(dǎo)濾波器F7。

當(dāng)耦合器耦合端口的能量分別是1/7、1/6、1/5、1/4、1/3、1/2時，依照下式：

C＝10*log(Pc/P)

其中C表示每個耦合器耦合端的耦合度，單位dB；

Pc是每個耦合器耦合端的能量值；

P是每個耦合器輸入端口的能量值。

得到波導(dǎo)耦合器10的耦合度分別為C1＝8.45dB、C2＝7.78dB、C3＝7dB、C4＝6.02dB、C5＝4.77dB、C6＝3dB，這樣保證了波導(dǎo)濾波器F1～F7的輸出電平相同。

在第一個波導(dǎo)耦合器10的輸入端口處設(shè)置波導(dǎo)隔離器40。波導(dǎo)隔離器40在本實用新型設(shè)計中工作頻段為全頻段，作用類似于電路中的二極管，起單向?qū)ㄗ饔茫康氖菫榱朔乐共▽?dǎo)濾波器F1～F7的回波信號對波導(dǎo)隔離器40前端的信號源造成干擾和損害。波導(dǎo)隔離器40對多工器的性能起到一個保障作用，是本實用新型中的一個重要器件。

實際檢測時，從圖3的七工器傳輸特性曲線圖可以看出，七個通道的輸出電平基本相同，每個信道的輸出功率在-9.1dB±0.2dB，且濾波器的傳輸特性曲線沒有畸變，說明各信道之間相互干擾很小。而這一點也從圖5a～5e的七工器各信道之間的隔離度曲線圖得到驗證，從圖5a～5e中可以看出，各信道之間的隔離度均小于-40dB。

特別指出的是，對于上述七工器結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)濾波器F1～F6的輸出相位是相同的，而波導(dǎo)濾波器F1～F6相比波導(dǎo)濾波器F7的相位落后90°，波導(dǎo)濾波器最后一個端口的直波導(dǎo)段需要延長λ₀/4的長度進行補相，這樣，七個輸出端口即可幅度相同、相位相同。