CN108011169A - 圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，属于微波、毫米波器件技术领域。其结构包括主波导、主波导外侧对称设置的非标矩形副波导和标准矩形副波导、主波导与两个副波导分别通过一排耦合圆孔连通，非标矩形波导两端分别设置有一段过渡波导。本发明的主波导两侧分别设置有一个副波导，主波导中为回旋行波管的工作模式TE01模和寄生的TE02模，通过圆孔耦合使两种模式在两个副波导中达到不同程度的耦合，实现回旋行波管的工作模式TE01模的检测，同时实现对寄生耦合的TE02模的功率成分监测。本发明还引入了非标过模矩形波导，达到扩展过模圆波导定向耦合器工作带宽以及减小带内耦合度波动的目的。

Description

圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器
技术领域
本发明属于微波、毫米波器件技术领域，具体涉及一种用于回旋行波管高频输出的圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器。
背景技术
定向耦合器是一种广泛应用于微波、毫米波测量领域的微波毫米波器件，它的主要作用就是对微波、毫米波系统中传输的大功率信号进行精确取样，耦合出一部分微波、毫米波信号，以便通过示波器、小功率计、频谱仪等测量仪器对微波、毫米波系统中传输的大功率信号进行时域包络监测、功率测量、频谱测量等。
传统的高功率微波、毫米波系统大多数采用矩形波导作为传输线，与之配套的定向耦合器一般都采用矩形波导结构。随着一种输出功率量级更高的宽带微波、毫米波源回旋行波管的发展，在工程应用中开始大量出现采用圆波导作为传输线的微波、毫米波系统。对于此类微波、毫米波系统，其输出信号的取样都采用圆波导到矩形波导单模定向耦合器。但是，对于以TE01模为工作模式的宽带回旋行波管，为了提高其功率容量，其输出链路均采用大口径的过模圆波导。要实现回旋行波管的高频系统到输出链路的连接，需一段从高频系统小口径到输出链路大口径的过渡波导。由于设计、加工、装配等因素，导致回旋行波管的过渡波导中会耦合出一部分寄生的TE02模，这是工程应用不需要的。要检测回旋行波管的输出链路中工作模式TE01模的信号，同时也要监测TE02模的功率成分，这对传统的单模定向耦合器来说是难以实现的。
发明内容
为了实现回旋行波管工作模式TE01模的检测，同时实现对寄生耦合TE02模功率成分的监测，本发明提出一种圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的技术方案。
本发明采取以下的技术方案实现：
一种用于回旋行波管高频输出的圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，其结构包括：主波导(1)、主波导外侧对称设置的非标矩形副波导(2)和标准矩形副波导(3)、主波导与两个副波导分别通过一排耦合圆孔连通，非标矩形波导(2)两端分别设置有一段过渡波导(6)。
所述两排耦合圆孔等距排列，且耦合圆孔之间的间距使副波导中的前向波满足同向叠加条件，反向波满足反向抵消条件。
所述过渡波导(6)将非标过模矩形波导转变成标准的矩形波导，保证单模传输同时便于与外部检测系统连接。
与传统过模圆波导定向耦合器相比，本发明的定向耦合器角向对称设置有两个副波导，而且两个副波导的宽边尺寸不同，通过在主波导与副波导共有的连接面上开设耦合圆孔，优化耦合圆孔的半径、厚度、孔间距以及副波导的宽边的长度，使主波导中不同模式的电磁波在副波导中达到不同程度的耦合，而在同一个副波导中模式间有较高的隔离度，进而分离出主波导中不同模式的电磁波。
本发明的一种用于回旋行波管高频输出的圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，主波导两侧分别设置有一个副波导，主波导中为回旋行波管的工作模式TE01模和寄生的TE02模，通过圆孔耦合使两种模式在两个副波导中达到不同程度的耦合，实现了回旋行波管的工作模式TE01模的检测，同时实现对寄生耦合的TE02模的功率成分监测。本发明还引入了非标过模矩形波导，达到扩展过模圆波导定向耦合器工作带宽以及减小带内耦合度波动的目的。
本发明利用多孔耦合的方式和相位叠加原理，计算出耦合圆孔之间的间距，使副波导中的前向波满足同向叠加条件，反向波满足反向抵消条件，提高圆波导定向耦合器的工作带宽以及隔离度，减小其带内耦合度波动。
设计要点及步骤：
(1)已知主波导(过模圆波导)半径R，求解出主波导中工作模式TE01模的截止波数kc1。
其中μ'01＝3.8317为第一类贝塞尔函数导数为零时的根。
(2)通过调节非标矩形副波导的宽边尺寸a(窄边尺寸b与标准矩形波导相同)，从而调节非标矩形副波导中工作模式TE10模的截止波数kc2。使其工作模式TE10模的截止波数kc2与主波导中工作模式TE01模的截止波数kc1相等，确定宽边a的尺寸。式中不同m、n的组合代表电磁场中不同模式的波。
(TE01的m＝1,n＝0)
由kc1＝kc2可得
(3)调节非标矩形副波导宽边a的尺寸使主波导和非标矩形副波导的截止波数相等，使得在工作频带内的任意频点处，主波导中工作模式TE01模的相位常数与非标矩形副波导中工作模式TE10模的相位常数相等。
其中波数波数已知，kc为截止波数。
(4)在等间距耦合的情况下，前向波和反向波的相位：
式中，S为耦合圆孔之间的间距，β1为主波导中工作模式TE01模的相位常数，β2为非标矩形副波导TE10模中工作模式的相位常数。只要
就可以满足前向波同相叠加的条件。只要
就可以满足反向波反相抵消的条件。根据式(2)以及式(3)中前向波同相叠加的条件可知，由于β1＝β2故对于任意的耦合圆孔间距都满足前向波同相叠加的条件，再根据式(1)可以求出孔距
其中：
1、主波导的截面尺寸与微波、毫米波系统中的过模圆波导的尺寸相同，可视为已知参数。
2、耦合圆孔的半径以及高度由定向耦合器的耦合度确定，耦合圆孔与耦合圆孔之间的间距由主波导中的工作模式、工作频率确定，耦合圆孔的数目由工作带宽确定，一般来说工作频带要求越宽，耦合圆孔数目需要越多。
3、非标矩形副波导的截面尺寸由主波导中的工作模式、工作频段以及主波导的截面尺寸确定，宽边均为标准矩形波导尺寸。
4、标准矩形副波导根据以上步骤计算所得长边尺寸接近于标准波导，故采用标准波导。
5、过渡波导的长度大于带内最低频点处自由空间波长的6倍，这样才能保证其驻波比在整个工作频带内小于1.05。
附图说明
图1圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的示意图；
图2圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的剖视图；
图3圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的侧视图；
图4仿真所得圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器非标矩形副波导(2)中TE01模和TE02模的耦合度；
图5仿真所得圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器非标矩形副波导(2)中TE01模和TE02模的隔离度；
图6仿真所得圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器标准矩形副波导(3)中TE01模和TE02模的耦合度；
图7仿真所得圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器非标矩形副波导(3)TE01模和TE02模的隔离度。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本方案圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器进行说明，其中说明书附图中圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的示意图(1)、剖视图(2)、侧视图(3)由于作图需要原本每排48个耦合圆孔简化为每排20个耦合圆孔。
主波导(1)内传播的是回旋行波管的工作模式TE01模，同时夹杂有回旋行波管寄生模TE02模，工作频段为32GHz—36GHz。
附图1为圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的示意图，附图2为圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的剖视图，附图3为圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器的侧视图。包括：主波导(1)、主波导外侧对称设置的非标矩形副波导(2)和标准矩形副波导(3)、主波导与两个副波导分别通过一排耦合圆孔(4、5)连通，非标矩形波导(2)两端对称设置有一段过渡波导(6)。其中：
1.主波导(1)为圆波导：半径16mm，长度为220mm；
2.非标矩形副波导(2)和标准矩形副波导(3)：非标矩形副波导(2)宽边尺寸12.98mm，窄边尺寸3.56mm，长度220mm；标准矩形副波导(3)为标准波导BJ320宽边尺寸7.12mm，窄边尺寸3.56mm，长度220mm。
3.耦合圆孔(4)和(5)：为了使定向耦合器有足够的带宽，选择耦合圆孔的数量为48个，耦合圆孔(4)中孔半径1mm，孔高度0.3mm，孔间距3.6mm；耦合圆孔(5)中孔半径1mm，孔高度1.2mm，孔间距3.1mm。
4.过渡波导(6)：非标过模矩形波导到标准矩形波导线性过渡，渐变长度100mm。
附图4为仿真所得圆波导矩形波导双模宽带定向耦合器非标矩形副波导(2)中TE01模和TE02模的耦合度。由图可知该过模圆波导宽带定向耦合器的TE02模耦合度-30dB左右，而TE01的耦合度达到-55dB左右。两条曲线的参数之间的差值的绝对值就是非标矩形副波导中两种模式的隔离度即附图(5)，达到了25dB左右。表明了非标矩形副波导(2)主要耦合TE02模且与TE01模之间有较好的隔离。
图6为仿真所得圆波导矩形波导双模宽带定向耦合器标准矩形副波导(3)中TE01模和TE02模的耦合度。由图可知该过模圆波导宽带定向耦合器的TE02的耦合度-30dB左右；而TE01的耦合度高于-45dB。两条曲线的参数之间的差值的绝对值就是标准矩形副波导中两种模式的隔离度即附图(7)，达到了15dB以上。表明了标准矩形副波导(3)主要耦合TE01且与TE02有较好的隔离。
因此本发明实现了在标准矩形副波导(3)耦合出TE01模用于回旋行波管的工作模式TE01模用于的采样，非标矩形副波导(2)耦合出TE02模用于于对寄生耦合的TE02模的功率成分监测。
以上实例仅为方便说明本发明，本实发明可以适用于其他频段和工作在其他双模的过模圆波导定向耦合器上，耦合圆孔之间的间距由相应的频段和工作模式确定。

Claims (3)

1.一种圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，其结构包括：主波导(1)、主波导外侧对称设置的非标矩形副波导(2)和标准矩形副波导(3)、主波导与两个副波导分别通过一排耦合圆孔连通，非标矩形波导(2)两端分别设置有一段过渡波导(6)。
2.如权利要求1所述的一种圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，其特征在于：所述两排耦合圆孔等距排列，且耦合圆孔之间的间距使副波导中的前向波满足同向叠加条件，反向波满足反向抵消条件。
3.如权利要求1所述的一种圆波导到矩形波导双模宽带定向耦合器，其特征在于：所述过渡波导(6)将非标过模矩形波导转变成标准的矩形波导。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808201A (zh) * 2018-06-14 2018-11-13 电子科技大学 一种用于过模导波系统的选模定向耦合器
CN110677137A (zh) * 2019-09-17 2020-01-10 淮安信息职业技术学院 一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09116302A (ja) * 1995-10-14 1997-05-02 Nec Corp 高次モード結合器
WO2009121937A1 (fr) * 2008-04-02 2009-10-08 Centre National D'etudes Spatiales Coupleur pour systeme radio frequences multibandes
CN103579732A (zh) * 2013-09-18 2014-02-12 电子科技大学 一种毫米波高隔离度3dB定向耦合器
CN104505571A (zh) * 2014-12-15 2015-04-08 电子科技大学 一种过模圆波导宽带定向耦合器及其设计方法
CN106025480A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器及用于该定向耦合器的制造方法
CN106450642A (zh) * 2016-10-26 2017-02-22 中国科学院新疆天文台 一种q波段多孔耦合型定向耦合器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09116302A (ja) * 1995-10-14 1997-05-02 Nec Corp 高次モード結合器
WO2009121937A1 (fr) * 2008-04-02 2009-10-08 Centre National D'etudes Spatiales Coupleur pour systeme radio frequences multibandes
CN103579732A (zh) * 2013-09-18 2014-02-12 电子科技大学 一种毫米波高隔离度3dB定向耦合器
CN104505571A (zh) * 2014-12-15 2015-04-08 电子科技大学 一种过模圆波导宽带定向耦合器及其设计方法
CN106025480A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器及用于该定向耦合器的制造方法
CN106450642A (zh) * 2016-10-26 2017-02-22 中国科学院新疆天文台 一种q波段多孔耦合型定向耦合器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹乃胜 等: "圆波导-矩形波导小孔耦合定向耦合器设计", 《强激光与粒子束》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108808201A (zh) * 2018-06-14 2018-11-13 电子科技大学 一种用于过模导波系统的选模定向耦合器
CN110677137A (zh) * 2019-09-17 2020-01-10 淮安信息职业技术学院 一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构
CN110677137B (zh) * 2019-09-17 2023-06-23 江苏电子信息职业学院 一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构

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