CN106025477A - 多孔波导定向耦合器 - Google Patents

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张先荣
朱勇
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黄建
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers

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Abstract

本发明公开的一种多孔波导定向耦合器，旨在提供一种开孔少、承受功率大，耦合度和方向性好，隔离度高，同时满足插入损耗小、结构简单的定向耦合器。本发明通过下述技术方案予以实现：耦合波导（6）垂直设置在主波导（5）的宽边上部，构成一个耦合波导的一端作为耦合输出端，另一端作为隔离输出端的耦合单元，每个耦合单元至少设置有两个耦合孔组成的耦合孔阵，且孔阵耦合的耦合孔数小于10个，耦合波导（6）的窄边通过两个耦合孔形成的耦合结构（7）与主波导（5）的宽边相连，两个耦合孔非对称于耦合波导（7）的窄边底部。本发明可广泛用于微波、毫米波雷达系统和通信系统。

Description

多孔波导定向耦合器
技术领域
本发明涉及微波技术领域一种定向耦合器。具体地说，本发明涉及一种主要用于通信系统或雷达馈线系统中用于信号采集的多孔波导定向耦合器。
背景技术
定向耦合器是一种有着方向性的微波无源器件，是微波通信系统和军事电子系统中不可缺少的器件之一。它被广泛的应用于微波和毫米波领域，例如用于功率监视系统、测量系统、功率分配系统与合成系统等；在雷达馈线系统中常作为信号采集和注入元件，用来监测雷达馈线系统的适时工作情况。
定向耦合器通常由两路传输线组合而成，是一种互易的四端口网络。主线中传输的功率通过耦合孔耦合到副线。一般将主线上的输入端定义为端口1、直通端定义为端口2；副线上的耦合端定义为端口3、隔离端定义为端口4。定义输入端口的输入功率P1与耦合端口的输出功率P3之比的分贝数为耦合度；定义方向性为副线传输线中耦合端口的输出功率P3和隔离端输出功率P4之比的分贝数；将输入端口的输入功率P1跟隔离端口的输出功率P4之比的分贝数定义为隔离度。
单孔定向耦合器带宽较窄，而传统的多孔定向耦合器是将一系列的多个孔分布在一个长度方向上，以此来提高带宽。其相邻孔之间的间距为四分之一波长，这样输入波在经过相邻耦合孔传输后在耦合端口的传输相位相差90度，而在隔离端口的相位相差180度。传统的多孔定向耦合器会随着耦合孔数目的增加（比如大于10个），导致耦合器的长度太长。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种开孔少、承受功率大，耦合度和方向性好，插入损耗小、结构简单的多孔波导定向耦合器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种多孔波导定向耦合器，包括，主波导5、连接于主波导5和耦合波导6之间的耦合结构7，其特征在于，耦合波导6垂直设置在主波导5上方，构成一个耦合单元，每个耦合单元至少设置有两个耦合孔组成的耦合孔阵，且孔阵耦合的耦合孔数小于10个，耦合波导6的窄边通过两个耦合孔形成耦合结构7，耦合结构7与主波导5的宽边相连，上述两个耦合孔非对称于所述耦合波导6的窄边底部。
进一步的，所述每个耦合单元的耦合结构7是圆形、方形或其它多边形，其高度在Z方向上大于0.01mm。
所述每个耦合单元的耦合结构7 中的多个耦合孔均不在同一个X方向和Y方向上。
主波导5和耦合波导6是标准波导或是非标准波导。
在主波导5两端分别设有输入端口1和外接匹配负的输出端口2；
设置在主波导5上部的耦合波导6可以仅为一个单元结构，也可以是大于两个的耦合阵列结构。
主波导5与耦合波导6之间形成的夹角为90度，且耦合波导6两边分别设置了耦合端口3和隔离端口4。
输入端口1、耦合端口3和隔离端口4是一个或多个直接相连的波导结构，或通过接波导-同轴转接器与外部相连，其中，输出端口2接大功率波导匹配负载。
两个耦合孔在X和Y方向进行交错排列，耦合孔的高度大于1mm。
主波导5和耦合波导6均为非标准波导，每个耦合单元的耦合结构7的两个耦合孔均为长方形孔，且耦合孔四个直角制有倒角。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
开孔少、结构简单。本发明采用耦合波导6垂直设置在主波导5上方，构成一个耦合单元，相比于传统的十字交叉波导定向耦合器结构简单，易于加工。每个耦合单元的孔阵耦合的耦合孔数小于10个且不是分布在一个长度方向上，相比于传统大的多孔定向耦合器，避免了所有耦合孔均分布在一个长度方向上带来的耦合器长度太大的缺陷。
承受功率大，本发明结合倍兹孔定向耦合器和多孔定向耦合器方向性好的特点，且具有耦合性好、隔离度高、结构简单、加工容易等优点，将耦合结构开口于主波导5的宽边，两个耦合孔分别与主波导5的宽边和耦合波导6的窄边相连，相比于传统微带定向耦合器功率容量更高、插损更小，耦合度平坦度更好。
隔离度高。本发明将非对称耦合孔开在主波导5与耦合波导6底端之间的接触面间，让能量能够通过非对称孔阵耦合孔从主波导耦合到耦合波导中，隔离度更高。
本发明提供的多孔波导定向耦合器可广泛用于微波、毫米波通信和雷达系统。
附图说明
图1为本发明多孔波导定向耦合器的结构示意图。
图中：1输入端口，2输出端口，4隔离端口，3耦合端口、5主波导，6耦合波导，7耦合结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步详细说明。
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种多孔波导定向耦合器，包括主波导5、耦合波导6、连接于主波导5和耦合波导6之间的耦合结构7。耦合波导6位于主波导5的宽边上部，其窄边通过两个耦合孔阵构成的耦合结构7与主波导5的宽边相连。本实施例中，输入端口1、耦合端口3、隔离端口4均通过接波导-同轴转接器与外部相连，输出端口2接大功率波导匹配负载。
每个耦合单元的耦合结构7可以是圆形，也可以是方形或其他多边形，其高度在Z方向上大于0.01mm。
每个耦合单元的耦合结构7中的多个耦合孔均不在同一个X方向和Y方向上。
主波导5和耦合波导6可以是标准波导，也可以是非标准波导。
输入端口1和输出端口2、耦合端口3、隔离端口4可以是标准波导或非标准波导，也可以是同轴结构。
设置在主波导5上部的耦合波导6可以为1个单元结构，也可以是大于2个的孔阵耦合阵列结构。
主波导5和耦合波导6成90度交叉，主波导5与耦合波导6之间形成的夹角为90度，且耦合波导6两边分别设置了耦合端口3和隔离端口4。
对于本实施实例，具体来讲，主波导5和耦合波导6均为非标准波导，每个耦合单元的耦合结构7的两个耦合孔均为长方形孔，耦合孔四个直角做倒角处理。两个耦合孔在X和Y方向进行交错排列，耦合孔的高度大于1mm。输入端口1、耦合端口3和隔离端口4都通过波导-同轴转接器与外部相连。输出端口2接大功率波导匹配负载。
本发明的工作原理为：
输入信号从端口1进入到主波导5内进行传输，一部分信号通过主波导5直接传输到直通端口2，被接于端口2上的匹配负载所吸收。开在主波导5和耦合波导6之间的两个耦合孔切断了波导上的管壁电流，因此另一部分信号则通过耦合孔耦合到了耦合波导6的耦合端口3和隔离端口4，耦合端口3和隔离端口4再与外部相连从而完成信号的采集。
如上所述便可以较好实现本发明。

Claims (10)

1.一种多孔波导定向耦合器，包括，一端作为输入端，另一端作为直通输出端的主波导（5）、连接于主波导（5）和耦合波导（6）之间的耦合结构（7），其特征在于，耦合波导（6）垂直设置在主波导（5）的宽边上部，构成一个耦合波导的一端作为耦合输出端，另一端作为隔离输出端的耦合单元，每个耦合单元至少设置有两个耦合孔组成的耦合孔阵，且孔阵耦合的耦合孔数小于10个，耦合波导（6）的窄边通过两个耦合孔形成的耦合结构（7）与主波导（5）的宽边相连，两个耦合孔非对称于耦合波导（6）的窄边底部。
2.根据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：所述每个耦合单元的耦合结构（7）是圆形、方形或其它多边形，其高度在Z方向上大于0.01mm。
3.根据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：所述每个耦合单元的耦合结构（7） 中的多个耦合孔均不在同一个X方向和Y方向上。
4.根据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：主波导（5）和耦合波导（6）是标准波导或是非标准波导。
5.根据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：在主波导（5）两端分别设有输入端口（1）和外接匹配负的输出端口（2）。
6.根据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：耦合波导（6）为一个单独的单元结构或大于两个单元的耦合阵列结构。
7.据权利要求1所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：主波导（5）与耦合波导（6）之间形成的夹角为90度，且耦合波导（6）两边分别设置了耦合端口（3）和隔离端口（4）。
8.据权利要求5所述的一种多孔波导定向耦合器，其特征在于：输入端口（1）、耦合端口（3）和隔离端口（4）是一个或多个直接相连的波导结构，或通过接波导-同轴转接器与外部相连，其中，输出端口（2）接大功率波导匹配负载。
9.据权利要求1所述的一种多孔波导定向耦合器，其特征在于：两个耦合孔在X和Y方向进行交错排列，耦合孔的高度大于1mm。
10.据权利要求4所述的多孔波导定向耦合器，其特征在于：主波导（5）和耦合波导（6）均为非标准波导，每个耦合单元的耦合结构（7）的两个耦合孔均为长方形孔，且在耦合孔四个直角设置有圆弧倒角。
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