矩形波導定向耦合器制造技術

本實用新型專利技術公開了矩形波導定向耦合器，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1個或2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。本實用新型專利技術的優點在于：結構緊湊、插入損耗低，特別是在毫米波和太赫茲波段，與普通單孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優勢。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及矩形波導定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用單孔或雙孔進行耦合的矩形波導定向耦合器。
技術介紹
定向耦合器是微波系統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展，要求微波電路和系統做到小型化、輕量化和性能可靠，于是出現了帶狀線和微帶線，隨后由于微波電路與系統的需要又相繼出現了鰭線、槽線、共面波導和共面帶狀線等微波集成傳輸線，這樣就出現了各種傳輸線定向耦合器。傳統單孔定向耦合器有一些的優點如結構簡單、參數少，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。傳統多孔定向耦合器雖然可以做到很寬的帶寬，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定向耦合器。
技術實現思路
本技術的目的在于克服傳統定向耦合器的一些缺點，提供了一種緊湊型、插入損耗低的矩形波導定向耦合器。為了實現上述目的，本技術采用的技術方案如下矩形波導定向耦合器，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；所述主矩形波導和副矩形波導均為截面呈矩形的規則金屬波導制成；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I個或2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。耦合孔在其俯視方向的投影形狀為圓形或多邊形。所述耦合孔內設置有軸線與主矩形波導的主模H面垂直的柱狀金屬體。該柱狀金屬體的橫截面的形狀為多邊形，優先選擇三角形。所述主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線之間的角度為5°至175°之間。所述耦合孔的數目為2時，兩耦合孔的中心分別位于主矩形波導和副矩形波導在俯視方向投影后相交構成的平行四邊形的兩個相對的頂點附近。所述主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。基于上述結構，本技術相較于以往的單孔定向耦合器而言其改進點為將傳統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。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5°至175°之間。為了使其整個耦合器的體積減少，我們優先考慮主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線平行設置，同時，其主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線之間的角度大小根據該定向耦合器的耦合度、方向性和工作帶寬等指標經過改進而定。當耦合孔的數目為I個時，相比以往的單孔定向耦合器，性能有明顯的進步，當耦合孔的數目增加為2個時，可進一步的提高其方向性，此時我們需要使中空耦合管貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁才能提高其方向性。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，我們優先考慮能簡易批量生產的圓形或三角形或四邊形。增加柱狀金屬體時，所述耦合孔在俯視方向的投影形狀為一字形或Y字形或十字型和其它多于4個分支的星狀。其中上述H面為磁場面。單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與主副波導公共寬邊，其電力線形成一個彎頭。磁場(磁力線)為平行于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波導的連續曲線。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E’，交變的電場E’激發出感生磁場H’(方向由S=E*H決定)，電、磁場交替激發，形成分別向率禹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’激發出感生的電場E’，電、磁場交替激發，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，即把兩種耦合形成的電磁波合并，我們可以看出往I禹合端方向傳輸的電磁波同向疊加，形成I禹合輸出；往隔離端方向傳輸的電磁波反向疊加，相互抵消構成隔離，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，兩者疊加產生了方向性。本技術的優點在于結構緊湊、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，與普通單孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優勢。本技術的緊湊型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中，特別是雷達、導彈制導、通信等軍事及民用領域。附圖說明圖I為本技術中主矩形波導的軸線和副矩形波導的軸線平行時的立體圖。圖2為耦合孔的結構立體圖。圖3為改進后中空耦合管貼附在主矩形波導側壁或\和副矩形波導側壁時耦合端和隔離端的傳輸曲線。圖4為本技術實施例一的俯視圖。 圖5為本技術實施例一中A— A剖面圖。圖6為本技術實施例二的俯視圖。圖7為本技術實施例三的俯視圖。圖8為本技術實施例四的俯視圖。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；7、柱狀金屬體；4、彎曲波導；5、矩形波導。具體實施方式下面結合實施例對本技術作進一步地詳細說明，但本技術實施方式不限于此。如圖1、2所示，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I個或2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。具體實驗數據如圖3所示，所得圖3的實驗數據為本技術中按照圖I的設計而生成的實驗數據，與現有的單孔定向耦合器相比較，除耦合孔的位置不同以外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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（1）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）；所述主矩形波導（1）和副矩形波導（2）均為截面呈矩形的規則金屬波導制成；主矩形波導（1）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（1）和副矩形波導（2）相互隔離；主矩形波導（1）通過1個或2個耦合孔（3）與副矩形波導（2）連通，至少1個耦合孔（3）包括貼附在主矩形波導（1）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）靠近矩形波導（1）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（1）和副矩形波導（2）之間并與主矩形波導（1）和副矩形波導（2）導通。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王清源，譚宜成，
申請(專利權)人：成都賽納賽德科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：