CN103311629A - 一种脊波导定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脊波导定向耦合器，包括上盖板，底座，主波导，副波导，脊结构，以及金属隔板和同轴接头。本发明的优点在于：提供一种脊波导定向耦合器，采用同轴线内导体位于脊结构上的一端的端面的中心点高于脊结构的上顶平面的接头，可以实现接头在宽频带内很好的匹配，同时这种脊波导定向耦合器可以实现在宽频带内满足对一定耦合比和隔离度的设计要求，并且减小耦合器体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向耦合器， 特别是一种由脊波导组成和满足超宽带要求的接头的宽带定向耦合器。
背景技术
在两个相邻平行波导的公共壁上开孔可使信号从一个波导耦合到另一个波导。由此可以做成定向耦合器。国内外普遍采用的波导定向耦合器通常采取孔缝耦合，在公共波导壁上开一个和多个孔缝使两个相邻波导中的微波耦合。通过调整孔缝尺寸及其位置可获得相应功率分配比的定向耦合器。这种定向耦合器的一个主要缺点是其工作带宽窄，体积大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带的脊波导定向耦合器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种脊波导定向耦合器，包括底座、以及与底座连接的上盖板，以及设置在底座内部并与底座底部连接的金属隔板，所述金属隔板两侧分别为主波导和副波导，所述主波导和副波导内部均设置底部与底座底部连接的脊结构；所述底座侧壁还贯穿设置有同轴线接头，所述同轴线接头主要由同轴线外导体、以及贯穿于同轴线外导体的同轴线内导体构成，脊结构远离底座底部的一端与同轴线内导体连接；所述同轴线内导体位于脊结构上一端的端面中心点高于脊结构远离底座底部的端面；所
述金属隔板远离底座底部的一端还开有耦合孔。
所述脊结构远离底座底部的端面与盖板平行。
沿脊结构轴线方向伸入主波导和副波导中的同轴线内导体直接放置在脊结构远离底座底部的端面上并与之接触。
所述脊结构在靠近底座侧壁的侧面上开有小槽，小槽位于该侧面远离底座的顶端上，所述同轴线内导体设置于小槽内，所述同轴线内导体与脊结构连接一端的端面中心点高于脊结构远离底座底部的端面。
盖板还开有凹形槽，凹形槽位于同轴线内导体的正上方，且凹形槽的槽口开口方向为指向底座底部，其凹形槽的槽长大于同轴线内导体伸入底座中的长度。
所述上盖板上设置有贯穿上盖板、并延伸进耦合孔内部的调谐螺钉；所述上盖板上还设置有至少四个贯穿上盖板、并延伸进凹形槽内部的调谐螺钉；所述上盖板上还设置有至少一个贯穿上盖板、并位于脊结构正上方或位于脊结构并偏向金属隔板的调谐螺钉，所述调谐螺钉延伸进主波导或\和副波导内部。
主波导内的脊结构位于以主波导宽边的中心点偏向金属隔板的方向，其偏向距离大于主波导宽边的1/6；副波导内的脊结构位于以副波导宽边的中心点偏向金属隔板的方向；其偏向距离大于副波导的宽边的1/6。
所述脊结构远离底座底部的端面与盖板之间的间隙小于底座高度的1/8。
耦合孔的数量大于或等于两个。
所述耦合孔、主波导、副波导和脊结构的横截面形状均为矩形。
以此本发明包括括上盖板，底座，主波导，副波导，脊结构，金属隔板，以及由同轴线内导体和同轴线外导体组成的同轴线接头，其特征在于，所述主波导和副波导均设置在上盖板与底座之间；所述脊结构与底座的底部连接，所述脊结构的上顶面为与盖板平行的平面；所述金属隔板上有耦合孔，所述同轴线内导体沿脊结构轴线方向伸入主波导和副波导中并与脊结构相接触，所述同轴线内导体位于脊结构上的一端的端面的中心点高于脊结构的上顶平面。
所述沿脊结构轴线方向伸入主波导和副波导中的同轴线内导体直接放置在脊结构的上顶平面上并与之接触。
所述脊结构在靠近底座两侧壁的四端的上顶平面上开一个小槽，所述同轴线内导体设置于槽内，所述同轴线内导体位于脊结构上的一端的端面的中心点高于脊结构的上顶平面。
所述上盖板上位于伸入主波导和副波导的四个同轴线内导体的正上方分别设置有一个凹形槽，所述凹形槽的形状为轴线与脊结构顶端平面平行的柱状体，其长度大于同轴线内导体伸入主波导和副波导中的长度。
本发明将同轴线内导体伸入底座中并与脊结构相接触，且所述同轴线内导体与脊结构连接一端的端面中心点高于脊结构远离腔体底部的一面。这样同轴线接头（使输入输出接头）能在超宽度下更好的进行匹配；以往的滤波器采用将同轴线接头与脊结构中部的连接
方式，这种设置只能满足一般的滤波功能，不能达到超宽带滤波的效果。经过实验得出，本发明将同轴线内导体与脊结构连接一端的端面中心点高于脊结构远离底座底部的一面，这样的设置可实现同轴线接头（使输入输出接头）能在超宽度下更好的进行匹配；以此可实现超宽带滤波的效果。
进一步的，同轴线接头的设置可分为两种，一种是直接将同轴线接头放置在脊结构远离底座底部的一面上并与之接触。这样的设置可节约加工生产成本，提高生产效率。另一种，本发明还将所述脊结构在靠近底座侧壁的侧面上开有小槽，小槽位于该侧面远离底座的顶端上，所述同轴线内导体设置于小槽内，所述同轴线内导体与脊结构连接一端的端面中心点高于脊结构远离底座底部的端面，这样的设置，使得同轴线内导体可在一定的范围向着底座底部移动，在满足超宽带滤波的前提下，可以减小凹形槽的深度，减小盖板厚度。
由于随着金属脊远离空波导底部的一面与盖板之间的间隙越小，则金属脊与空波导组成的脊波导的带宽将越来越大，下方的表一为矩形空波导宽度为15mm，高度为8mm，矩形金属脊宽度为4.92mm时CST的模式分析下的钱两个称电磁场分布的模式的传输频率。其中用gap表示金属脊远离空波导底部的一面与盖板之间的间隙，f1表示第一个模式的传输频率，f2表示为第二个模式的传输频率，频率的单位为GHz,长度的单位为mm。
表一
可以看出随着gap的变大，f1变大的趋势要比f2变大的趋势快得多，即f2与f1的比值越来越小，因此其相对带宽也就越来越小。
在此为了实现超宽带的需求，本发明特将脊结构远离底座底部的一面与盖板之间的间隙小于腔体高度的1/8。
为了能对同轴线内导体部位进行调谐，本发明还设置凹形槽，在凹形槽上也同样的设置有调谐螺钉。
本发明的工作原理：位于主波导的两个同轴线接头分别为输入端和直通端，位于副波导的两个同轴线接头分别为隔离端和耦合端，电磁波信号通过外部接头，即同轴线接头，电磁波信号先从主波导的输入端进入，电磁波信号在传播的过程中遭遇到耦合孔部分时，电磁波信号将在耦合孔的区域内激励起沿主波导直通端方向传播的信号和通过耦合孔后沿副波导的隔离端和耦合端传播的信号；这些信号在器件中传播时遇到不连续的结构，将经历多次传输和反射的过程。如果各形状参数取值适当，这些信号将在副波导的隔离端的没有能量输出，而在输出端和耦合端的输出信号叠加的结果是按一定设计要求的功率比输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述同轴线内导体位于脊结构上的一端的端面的中心点高于脊结构的上顶平面，采用这种接头可以很好地实现宽频带的要求，能够很好的匹配。
附图说明
图1为本发明实施例1的侧面剖视图。
图2为本发明实施例1的A-A方向剖视图。
图3为本发明实施例2的侧面剖视图。
图中的标号分别表示为：1、上盖板；2、底座；3、主波导；4、副波导；5、脊结构；6、金属隔板；7、同轴线内导体；8、同轴线外导体；9、耦合孔；10、凹形槽；11、调谐螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明实施方式不限于此。
实施例1
如图1和2所示，一种脊波导定向耦合器，包括底座2、以及与底座2连接的上盖板1，以及设置在底座2内部并与底座2底部连接的金属隔板6，所述金属隔板6两侧分别为主波导3和副波导4，所述主波导3和副波导4内部均设置底部与底座2底部连接的脊结构5；所述底座2侧壁还贯穿设置有同轴线接头，所述同轴线接头主要由同轴线外导体8、以及贯穿于同轴线外导体8的同轴线内导体7构成，脊结构5远离底座2底部的一端与同轴线内导体7连接；所述同轴线内导体1位于脊结构5上一端的端面中心点高于脊结构5远离底座2底部的端面；所述金属隔板6远离底座2底部的一端还开有耦合孔9。
所述脊结构5远离底座2底部的端面与盖板1平行。
沿脊结构5轴线方向伸入主波导3和副波导4中的同轴线内导体7直接放置在脊结构5远离底座2底部的端面上并与之接触。
脊结构5在靠近底座2侧壁的侧面上开有小槽，小槽位于该侧面远离底座2的顶端上，所述同轴线内导体7设置于小槽内，所述同轴线内导体7与脊结构5连接一端的端面中心点高于脊结构5远离底座2底部的端面。
盖板5还开有凹形槽10，凹形槽10位于同轴线内导体1的正上方，且凹形槽10的槽口开口方向为指向底座2底部，其凹形槽10的槽长大于同轴线内导体1伸入底座2中的长度。
所述上盖板1上设置有贯穿上盖板1、并延伸进耦合孔9内部的调谐螺钉11；所述上盖板1上还设置有至少四个贯穿上盖板1、并延伸进凹形槽10内部的调谐螺钉11；所述上盖板1上还设置有至少一个贯穿上盖板1、并位于脊结构5正上方或位于脊结构5并偏向金属隔板6的调谐螺钉11，所述调谐螺钉11延伸进主波导3或\和副波导4内部。
主波导3内的脊结构5位于以主波导3宽边的中心点偏向金属隔板6的方向，其偏向距离大于主波导3宽边的1/6；副波导4内的脊结构5位于以副波导4宽边的中心点偏向金属隔板6的方向；其偏向距离大于副波导4的宽边的1/6。
所述脊结构5远离底座2底部的端面与盖板5之间的间隙小于底座2高度的1/8。
耦合孔7的数量大于或等于两个。
所述耦合孔7、主波导3、副波导4和脊结构5的横截面形状均为矩形。
本发明包括上盖板1，底座2，主波导3，副波导4，脊结构5，金属隔板6，以及由同轴线内导体7和同轴线外导体8组成的同轴线接头，所述主波导3和副波导4均设置在上盖板1与底座2之间；所述脊结构5与底座2的底部连接，所述脊结构5的上顶面为与盖板1平行的平面；所述金属隔板6上有耦合孔9，所述同轴线内导体7沿脊结构5轴线方向伸入主波导3和副波导4中并与脊结构5相接触，所述同轴线内导体1位于脊结构5上的一端的端面的中心点高于脊结构4的上顶平面。
所述沿脊结构5轴线方向伸入主波导3和副波导4中的同轴线内导体7直接放置在脊结构5的上顶平面上并与之接触。
所述上盖板1上位于伸入主波导3和副波导4的四个同轴线内导体7的正上方分别设置有一个凹形槽10，所述凹形槽10的形状为轴线与脊结构5顶端平面平行的柱状体，其长度大于同轴线内导体7伸入主波导3和副波导4中的长度。
所述脊结构5位于主波导3和副波导4的宽边的中心偏向金属隔板6的方向，偏向距离大于主波导3和副波导4的宽边的1/6处并向纵向延伸。
所述脊结构5上顶平面与盖板5之间的间隙小于底座2高度的1/8。
所述上盖板1上设置有贯穿上盖板1、并延伸进耦合孔9内部的调谐螺钉11，调谐螺钉11位于耦合孔9正上方,所述上盖板1上还设置有至少四个贯穿上盖板1、并延伸进凹形槽10内部的调谐螺钉11，调谐螺钉11位于凹形槽10正上方,所述上盖板1上还设置有至少一个贯穿上盖板1、并位于脊结构5正上方或脊结构5偏向金属隔板6的调谐螺钉11，所述调谐螺钉11延伸进主波导3或\和副波导4内部。
所述耦合孔10、主波导3和副波导4远离底座2底面的一端面均与上盖板1靠近底座2底面的面重合。
所述耦合孔7的数量大于或等于两个。
所述耦合孔7的形状为矩形，所述主波导3，副波导4和脊结构5的横截面形状为矩形。
实施例2
如图3所示，其与实施例1的区别为所述脊结构5在靠近底座2两侧壁的四端的上顶平面上开一个小槽，所述同轴线内导体7设置于槽内，所述同轴线内导体7位于脊结构5上的一端的端面的中心点高于脊结构5的上顶平面。
如上所述便可较好实现本发明。
Claims (10)
1.一种脊波导定向耦合器，其特征在于：包括底座（2）、以及与底座（2）连接的上盖板（1），以及设置在底座（2）内部并与底座（2）底部连接的金属隔板（6），所述金属隔板（6）两侧分别为主波导（3）和副波导（4），所述主波导（3）和副波导（4）内部均设置底部与底座（2）底部连接的脊结构（5）；所述底座（2）侧壁还贯穿设置有同轴线接头，所述同轴线接头主要由同轴线外导体（8）、以及位于于同轴线外导体（8）的同轴线内导体（7）构成，脊结构（5）远离底座（2）底部的一端与同轴线内导体（7）连接；所述同轴线内导体（1）位于脊结构（5）上一端的端面中心点高于脊结构（5）远离底座（2）底部的端面；所述金属隔板（6）远离底座（2）底部的一端还开有耦合孔（9）。
2. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于：所述脊结构（5）远离底座（2）底部的端面与盖板（1）平行。
3. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于：沿脊结构（5）轴线方向伸入主波导（3）和副波导（4）中的同轴线内导体（7）直接放置在脊结构（5）远离底座（2）底部的端面上并与之接触。
4. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于，所述脊结构（5）在靠近底座（2）侧壁的侧面上开有小槽，小槽位于该侧面远离底座（2）的顶端上，所述同轴线内导体（7）设置于小槽内，所述同轴线内导体（7）与脊结构（5）连接一端的端面中心点高于脊结构（5）远离底座（2）底部的端面。
5. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在在于，盖板（5）还开有凹形槽（10），凹形槽（10）位于同轴线内导体（1）的正上方，且凹形槽（10）的槽口开口方向为指向底座（2）底部，其凹形槽（10）的槽长大于同轴线内导体（1）伸入底座（2）中的长度。
6. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于：所述上盖板（1）上设置有贯穿上盖板（1）、并延伸进耦合孔（9）内部的调谐螺钉（11）；所述上盖板（1）上还设置有至少四个贯穿上盖板（1）、并延伸进凹形槽（10）内部的调谐螺钉（11）；所述上盖板（1）上还设置有至少一个贯穿上盖板（1）、并位于脊结构（5）正上方或位于脊结构（5）并偏向金属隔板（6）的调谐螺钉（11），所述调谐螺钉（11）延伸进主波导（3）或\和副波导（4）内部。
7. 根据权利要求1所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于：主波导（3）内的脊结构（5）位于以主波导（3）宽边的中心点偏向金属隔板（6）的方向，其偏向距离大于主波导（3）宽边的1/6；副波导（4）内的脊结构（5）位于以副波导（4）宽边的中心点偏向金属隔板（6）的方向；其偏向距离大于副波导（4）的宽边的1/6。
8. 根据权利要求1-7中所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于：所述脊结构（5）远离底座（2）底部的端面与盖板（5）之间的间隙小于底座（2）高度的1/8。
9. 根据权利要求1-7中所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于，耦合孔（7）的数量大于或等于两个。
10. 根据权利要求1-7中所述的一种脊波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合孔（7）、主波导（3）、副波导（4）和脊结构（5）的横截面形状均为矩形。
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