CN105356026A - 矩形波导双定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矩形波导双定向耦合器，其由两个盖板和两个集成耦合单元组成，两个集成耦合单元均位于两个盖板之间；每个集成耦合单元包括一个金属基板；沿金属基板的长度方向，在金属基板的一侧设置耦合波导腔，在金属基板的另一侧设置直通波导腔子腔，在金属基板上布置有多个用于连通耦合波导腔与直通波导腔子腔的耦合孔；两个集成耦合单元相互连接，且所述的两个直通波导腔子腔相对放置并组合形成直通波导腔；盖板覆盖在耦合波导腔上。本发明通过将耦合波导腔、直通波导腔子腔及耦合孔集成在一块金属基板上，利于降低耦合波导腔、直通波导腔子腔及耦合孔三者的空间位置精度误差，消除三者间的接触面泄露，显著改善双定向耦合器的性能指标。

Description

矩形波导双定向耦合器
技术领域
本发明涉及一种矩形波导双定向耦合器。
背景技术
定向耦合器是微波矢量网络分析仪和信号源中作为信号分离及功率监控的必不可少的微波组件。定向耦合器一般由信号直通传输通路、耦合通路及耦合结构组成，其工作原理是微波信号从直通通路输入，小部分功率通过耦合结构进入耦合通路，大部分功率继续通过直通通路输出，进入耦合通路的信号输出至其他信号处理模块，从而实现信号的分离和监控。双定向耦合器是在直通通路上再叠加一路耦合结构及耦合通路，当信号反向传输时工作，如图1所示。在毫米波亚毫米波频段，双定向耦合器多采用矩形波导作为定向耦合器的直通和耦合通路，又称为直通波导腔和耦合波导腔，空间耦合结构多采用小孔耦合方式。
现有技术中波导定向耦合器实现方法是将小孔耦合结构单独做成一片具有一组或几组耦合孔101的金属平板，称为耦合片102，直通波导腔103和耦合波导腔104分布于耦合片102两侧。对于双定向耦合器，具有两组耦合片102和耦合波导腔104，位于直通波导腔103两侧，由于中间的直通波导腔103两侧都设置了耦合片102，因此，直通波导腔103无法保持为一个整体，这样就形成了五层六块结构，如图2所示。
对于波导定向耦合器，耦合波导腔与直通波导腔及耦合片三者空间位置精度极其重要，尤其是在亚毫米波频段，该精度对耦合器的耦合精度和频响有重要影响。在现有产品中上述三者的空间位置精度完全是由定位销钉105组装配合实现，定位销钉105需要穿过五层结构，且形成直通波导腔103的两部分还需要分别定位，难以达到较高的定位精度。
另外，由于定位销钉105与定位孔之间存在配合间隙106，因此，各层的耦合波导腔104、直通波导腔103、耦合孔101之间存在多项中心尺寸偏差d1、d2、d3、d4，且直通波导腔103为分块组合结构，需要两组定位销钉105分别定位，导致直通波导腔103波导口尺寸a1存在较大偏差，如图3所示，使波导定向耦合器内部几何精度进一步下降。现有技术的多层结构还存在各层之间的微波泄露问题。以上问题导致原有双定向耦合器性能指标较差。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种新的矩形波导双定向耦合器，以降低耦合波导腔、直通波导腔及耦合孔三者相互之间的空间位置精度误差，消除三者之间的接触面泄露，显著改善双定向耦合器的性能指标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
矩形波导双定向耦合器，由两个盖板和两个集成耦合单元组成，两个集成耦合单元均位于两个盖板之间；其中，
每个集成耦合单元包括一个金属基板；沿金属基板的长度方向，在金属基板的一侧设置耦合波导腔，在金属基板的另一侧设置直通波导腔子腔，在金属基板上布置有多个用于连通所述耦合波导腔与直通波导腔子腔的耦合孔；两个集成耦合单元相互连接，且所述的两个直通波导腔子腔相对放置并组合形成直通波导腔；盖板覆盖在耦合波导腔上。
优选地，集成耦合单元中的耦合波导腔、直通波导腔子腔及耦合孔通过机械加工或铸造工艺集成在所述金属基板上。
优选地，直通波导腔的深度为所述的两个直通波导腔子腔的深度之和。
优选地，两个集成耦合单元的连接方式包括螺钉连接、焊接或胶接。
优选地，所述盖板为金属盖板。
本发明具有如下优点：
本发明中直通波导腔子腔、耦合波导腔、耦合孔三者整体加工集成在一块金属基板上，形成集成耦合单元，上述三者相互之间的空间位置精度完全由精密机加工设备保证，消除了因销钉配合间隙带来的定位误差。而且将上述三者集成为一个整体后，消除了层间缝隙，避免了微波泄露。虽然两个集成耦合单元的合成还需要销钉定位，但该定位误差d只对直通波导腔几何精度有一定影响，不会影响到耦合孔及耦合波导腔的空间位置精度。本发明中的双定向耦合器包含盖板在内一共只有4层零件3个接触面，而现有方案中则包含5层零件6个接触面，因此，本发明显著降低了微波泄露。此外，若集成耦合单元采用铸造工艺成形，可以大幅降低加工成本，缩短加工周期，并提高产品一致性。
附图说明
图1为双定向耦合器的工作原理图；
图2为现有技术中矩形波导双定向耦合器的结构示意图；
图3为图2中矩形波导双定向耦合器的剖面视图；
图4为本发明中矩形波导双定向耦合器的结构示意图；
图5为图4中矩形波导双定向耦合器的剖面视图；
101-耦合孔，102-耦合片，103-直通波导腔，104-耦合波导腔，105-定位销钉；1、4-盖板，2、3-集成耦合单元，5-金属基板，6-耦合波导腔，7-直通波导腔子腔，8-耦合孔，9-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
结合图4和图5所示，矩形波导双定向耦合器，由两个盖板和两个集成耦合单元组成，如盖板1、4及集成耦合单元2、3。集成耦合单元2、3均位于盖板1与盖板4之间。
以其中一个集成耦合单元2为例进行说明：
集成耦合单元2包括一个金属基板5。沿金属基板5的长度方向，在金属基板5的一侧设置耦合波导腔6，该金属基板5设置耦合波导腔6的一侧与盖板1相对，如图4所示。
在金属基板5的另一侧设置直通波导腔子腔7，在金属基板5上布置有多个用于连通耦合波导腔6与直通波导腔子腔7的耦合孔8。
耦合波导腔6、直通波导腔子腔7及耦合孔8可以通过机械加工或铸造等工艺集成在金属基板5上。由于耦合波导腔6、直通波导腔子腔7及耦合孔8三者相互之间的空间位置精度完全由精密机加工设备保证，因而消除了由于销钉配合间隙带来的定位误差。
集成耦合单元3可以具有与集成耦合单元2对称的结构。
集成耦合单元2和集成耦合单元3相互连接，且集成耦合单元2中的直通波导腔子腔7与集成耦合单元3中的直通波导腔子腔相对放置并组合形成直通波导腔。
此时，集成耦合单元2中的直通波导腔子腔7的深度与集成耦合单元3中的直通波导腔子腔的深度相同，且均为直通波导腔深度的一半。
当然，集成耦合单元2和集成耦合单元3还可以在上述对称结构的基础上略微调整，即将集成耦合单元2中的直通波导腔子腔7的深度与集成耦合单元3中的直通波导腔子腔的深度调整为不同。然而无论如何调整，需遵循以下原则，即：
直通波导腔的深度为两个直通波导腔子腔的深度之和。
至于集成耦合单元2和集成耦合单元3二者的连接方式，例如可以是螺钉9连接，当然也可通过焊接或胶接等方式进行连接。
盖板1覆盖在集成耦合单元2的耦合波导腔6上，盖板4覆盖在集成耦合单元3的耦合波导腔上，盖板1和盖板4均起到密封耦合波导腔的作用。优选地，盖板1、4均为金属盖板。
本发明中的矩形波导双定向耦合器由上述盖板1、4及集成耦合单元2、3组成，并形成具有4层零件3个接触面的结构，微波泄露小。
经过实验证明，本发明耦合精度、耦合度频响、直通损耗等指标显著优于现有方案。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (5)

1.矩形波导双定向耦合器，其特征在于，由两个盖板和两个集成耦合单元组成，两个集成耦合单元均位于两个盖板之间；其中，
每个集成耦合单元包括一个金属基板；沿金属基板的长度方向，在金属基板的一侧设置耦合波导腔，在金属基板的另一侧设置直通波导腔子腔，在金属基板上布置有多个用于连通所述耦合波导腔与直通波导腔子腔的耦合孔；两个集成耦合单元相互连接，且所述的两个直通波导腔子腔相对放置并组合形成直通波导腔；盖板覆盖在耦合波导腔上。
2.根据权利要求1所述的矩形波导双定向耦合器，其特征在于，集成耦合单元中的耦合波导腔、直通波导腔子腔及耦合孔通过机械加工或铸造工艺集成在所述金属基板上。
3.根据权利要求1所述的矩形波导双定向耦合器，其特征在于，直通波导腔的深度为所述的两个直通波导腔子腔的深度之和。
4.根据权利要求1所述的矩形波导双定向耦合器，其特征在于，两个集成耦合单元的连接方式包括螺钉连接、焊接或胶接。
5.根据权利要求1所述的矩形波导双定向耦合器，其特征在于，所述盖板为金属盖板。
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