CN107331931A - 一种波导探针耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导探针耦合器，属于电子通讯元器件技术领域。针对现有技术所存在的宽频范围内耦合量波动大的问题，本发明通过对波导探针耦合器耦合通孔内部的结构进行优化，使得耦合通孔在耦合器中的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联，补偿耦合量的平坦度，从而可有效提高本发明波导探针耦合器在极宽频带范围内具有更好的耦合量平坦度，进而大幅提升系统的信号检测准确度。本发明一方面保留了传统波导探针耦合器所具有的结构简单可靠、体积小、成本低的优点，一方面耦合平坦度指标可降低至传统波导探针耦合器耦合平坦度指标的1/10以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种耦合器，尤其涉及一种波导探针耦合器，属于电子通讯元器件技术领域。
背景技术
波导探针耦合器具有结构简单可靠，体积小、成本低等优点，是卫星通信系统中常用的微波器件。该器件常用于波导前段中，提取一定耦合量的耦合信号，监测整个通信系统工作状态，是一种弱耦合的耦合器。
目前传统的波导探针耦合器是直接在波导宽边的波导壁上开一个耦合通孔，将同轴接插件（例如SMA连接器）的金属内芯伸入波导腔内，就可以耦合一定比例的耦合信号。该结构只有两个零件组成，一个波导腔体和一个同轴接插件，结构简单。该耦合结构相当于一个并联电容耦合，其等效电路如图1所示。由图1的等效电路模型可知：在很宽的频率带宽内，这种形式的探针耦合器必然存在耦合量波动很大的问题。以现有的Ku波段39dB的BJ120波导耦合器为例，采用该种耦合器耦合波动大于2.5dB（如图2所示），这在检测微波功率时在不同的频率点就会带来较大的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的宽频范围内耦合量波动大的问题，提供一种在宽频范围内具有极佳耦合平坦度的波导探针耦合器。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种波导探针耦合器，包括波导管和同轴接插件，所述同轴接插件的内芯通过设置于所述波导管侧壁上的耦合通孔插入波导管内腔；所述耦合通孔中设置有用于提高耦合平坦度的优化结构，所述优化结构可使得耦合通孔的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。
作为本发明的优选方案之一，所述优化结构的实现方式包括：所述耦合通孔被设置为由沿轴向分布的具有不同孔径的多个同轴通孔组合而成。
进一步地，所述多个同轴通孔的孔径从波导管内腔向外依次增大。
作为本发明的优选方案之二，所述优化结构的实现方式包括：所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯被设置为由多个外径不同的内芯分段沿轴向依次连接而成。
进一步地，所述多个内芯分段的外径从波导管内腔向外依次增大。
作为本发明的优选方案之三，所述优化结构的实现方式包括：所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯在轴向上的多个分段分别套有一个电介质套，各电介质套的介电参数各不相同。
作为本发明的优选方案之四，所述优化结构通过以下三种方式中的至少两种组合实现：
所述耦合通孔被设置为由沿轴向分布的具有不同孔径的多个同轴通孔组合而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯被设置为由多个外径不同的内芯分段沿轴向依次连接而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯在轴向上的多个分段分别套有一个电介质套，各电介质套的介电参数各不相同。
优选地，所述同轴接插件为SMA连接器，或BNC连接器，或SMB连接器。
优选地，所述耦合通孔设置于所述波导管的宽边侧壁上，且耦合通孔的中心位于波导管宽边的中心线上。
优选地，所述波导管两端分别设置有波导管接头。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明通过对耦合通孔内部的结构进行优化，使得耦合通孔在耦合器中的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联，补偿耦合量的平坦度，从而可有效提高本发明波导探针耦合器在极宽频带范围内具有更好的耦合量平坦度，进而大幅提升系统的信号检测准确度。本发明一方面保留了传统波导探针耦合器所具有的结构简单可靠、体积小、成本低的优点，一方面耦合平坦度指标可降低至传统波导探针耦合器耦合平坦度指标的1/10以下。
附图说明
图1为传统波导探针耦合器的等效电路图；
图2为Ku波段传统波导探针耦合器耦合曲线图；
图3为具体实施例中本发明Ku波段波导探针耦合器的外形图；
图4为具体实施例中本发明Ku波段波导探针耦合器的剖面结构示意图，图中，1为同轴接插件内芯；2、3、4为组合成耦合通孔的三个同轴通孔，其孔径依次减小；
图5为具体实施例中本发明Ku波段波导探针耦合器的等效电路图；
图6为具体实施例中本发明Ku波段波导探针耦合器耦合曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
针对传统波导探针耦合器所存在的宽频范围内耦合量波动大的问题，本发明的思路是通过对耦合通孔内部的结构进行优化，使得耦合通孔在耦合器中的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联，补偿耦合量的平坦度，从而可有效提高本发明波导探针耦合器在极宽频带范围内具有更好的耦合量平坦度，进而大幅提升系统的信号检测准确度。
实现上述优化结构的方式很多，本发明优选采用以下三种方式中的至少一种：
所述耦合通孔被设置为由沿轴向分布的具有不同孔径的多个同轴通孔组合而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯被设置为由多个外径不同的内芯分段沿轴向依次连接而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯在轴向上的多个分段分别套有一个电介质套，各电介质套的介电参数各不相同。
上述第一种实现方式是在耦合通孔内壁上设置至少两个台阶，这样耦合通孔在轴向上就被分成了至少三段不同孔径的通孔，每个通孔的孔壁与其中的导体内芯一起就形成了一个等效的同轴传输线结构，整个耦合通孔的等效电路就显示为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。通过调整每个通孔的孔径和长度可以改变相应同轴传输线结构的特性阻抗，根据实际需要调整多个同轴传输线间的特性阻抗匹配关系，即可使耦合器得到最佳的宽带耦合量平坦度指标。此种实现方式仅需要对耦合通孔进行加工，实现起来更加简单方便；从加工难度考虑，最好采用从波导管管壁外向内腔方向的通孔孔径依次减小的排布结构，这样只需要采用直径从小到大的钻头依次在波导管的管壁（通常为宽边管壁）上钻入不同深度即可。
上述第二种实现方式是对同轴接插件内芯进行调整，使得位于耦合通孔中的导体内芯分成多个不同外径的分段，每个内芯分段与其所在的部分耦合通孔孔壁一起就形成了一个等效的同轴传输线结构，整个耦合通孔的等效电路就显示为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。通过调整每个内芯分段的直径和长度可以改变相应同轴传输线结构的特性阻抗，根据实际需要调整多个同轴传输线间的特性阻抗匹配关系，即可使耦合器得到最佳的宽带耦合量平坦度指标。
上述第三种实现方式是在同轴接插件位于耦合通孔中的内芯上的不同分段处分别套上不同介电参数的电介质套（空气也可以看作是一种电介质），每个内芯分段与其所在的部分耦合通孔孔壁以及两者之间的电介质套一起形成了一个等效的同轴传输线结构，整个耦合通孔的等效电路就显示为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。通过调整每个内芯分段的长度、各电介质套的介电参数（例如调整电介质套的介电材料、厚度等参数）等可以改变相应同轴传输线结构的特性阻抗，根据实际需要调整多个同轴传输线间的特性阻抗匹配关系，即可使耦合器得到最佳的宽带耦合量平坦度指标。
上述三种方式也可组合使用，只要能使得耦合通孔在耦合器中的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联即可。
为了便于公众理解，下面以一个具体实施例来对本发明技术方案及其效果进行进一步详细说明。
本实施例中的波导探针耦合器为Ku波段波导探针耦合器，图3显示了该耦合器的外形。由图3可知，该Ku波段波导探针耦合器与传统波导探针耦合器类似，都是由两个零部件组成：一段短的波导管和一个同轴接插件，同轴接插件的内芯经由波导管的宽边侧壁上的耦合通孔插入内腔，，耦合通孔的中心位于波导管宽边的中心线上，通过内芯调节耦合量的大小，内芯伸入的多，则耦合量大，反之则耦合量小。同轴接插件通过两侧的螺钉组件固定在波导管侧壁上。为了便于连接，本实施例中波导管的两端分别设置有波导管接头。
与现有Ku波段波导探针耦合器不同之处在于，本发明在耦合通孔中设置有用于提高耦合平坦度的优化结构，该优化结构可使得耦合通孔的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。如图4所示，本实施例中用于插入同轴接插件内芯1的耦合通孔内壁上设置有两处台阶，这两处台阶将整个耦合通孔沿轴向从外到内地分成三个孔径依次减小的同轴通孔2、3、4。本实施例中的同轴接插件直接采用标准SMA连接器。如图4所示，最外侧的通孔2孔径最大，位于其中的标准SMA连接器内芯上套有标准SMA连接器匹配的特氟龙支撑套，通孔2孔壁和标准SMA连接器内芯以及特氟龙套一起构成了50欧姆的标准阻抗同轴传输线；通孔3的直径比通孔2稍小，由于孔壁和SMA连接器内芯之间没有特氟龙，因此阻抗高于50欧姆，该高阻抗同轴传输线相当于一个串联在耦合支路中的电感，改变通孔3的长度和直径可以改变该电感量的大小；通孔4是直径比通孔3更小的孔，该孔和SMA连接器内芯构成的同轴传输线的特性阻抗小于50欧姆，该低阻抗同轴传输线相当于一个并联在耦合支路上的电容，改变该孔的直径和长度，可以改变该并联到地的电容大小。图5显示了本实施例Ku波段波导探针耦合器的等效电路。通过改变3和4的电感和电容量的大小，可以使得该Ku波段波导探针耦合器在整个频段内获得最平坦的耦合量。图6显示了本实施例Ku波段波导探针耦合器的耦合曲线，与图2所示的传统Ku波段波导探针耦合器耦合曲线相比，同样的一个Ku波段39dB的BJ120波导耦合器，采用本发明技术方案其耦合量平坦度小于0.25dB，不到传统波导探针耦合器的1/10，从根本上克服了传统探针耦合器耦合量平坦度大的问题。采用本发明波导探针耦合器可极大的提高系统在很宽频率范围内信号幅度检测的准确度。此外，由于本实施例中三个通孔由外到内直径依次变小，因此该结构很方便进行机械加工。
Claims (10)
1.一种波导探针耦合器，包括波导管和同轴接插件，所述同轴接插件的内芯通过设置于所述波导管侧壁上的耦合通孔插入波导管内腔；其特征在于，所述耦合通孔中设置有用于提高耦合平坦度的优化结构，所述优化结构可使得耦合通孔的等效电路表现为多个具有不同特性阻抗的同轴传输线串联。
2.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述优化结构的实现方式包括：所述耦合通孔被设置为由沿轴向分布的具有不同孔径的多个同轴通孔组合而成。
3.如权利要求2所述波导探针耦合器，其特征在于，所述多个同轴通孔的孔径从波导管内腔向外依次增大。
4.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述优化结构的实现方式包括：所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯被设置为由多个外径不同的内芯分段沿轴向依次连接而成。
5.如权利要求4所述波导探针耦合器，其特征在于，所述多个内芯分段的外径从波导管内腔向外依次增大。
6.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述优化结构的实现方式包括：所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯在轴向上的多个分段分别套有一个电介质套，各电介质套的介电参数各不相同。
7.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述优化结构通过以下三种方式中的至少两种组合实现：
所述耦合通孔被设置为由沿轴向分布的具有不同孔径的多个同轴通孔组合而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯被设置为由多个外径不同的内芯分段沿轴向依次连接而成；
所述同轴接插件位于耦合通孔中的内芯在轴向上的多个分段分别套有一个电介质套，各电介质套的介电参数各不相同。
8.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述同轴接插件为SMA连接器，或BNC连接器，或SMB连接器。
9.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述耦合通孔设置于所述波导管的宽边侧壁上，且耦合通孔的中心位于波导管宽边的中心线上。
10.如权利要求1所述波导探针耦合器，其特征在于，所述波导管两端分别设置有波导管接头。
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