CN108091974B - 一种矩形波导定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矩形波导定向耦合器，包括耦合器壳体，耦合器壳体内设有主线波导腔和分支波导腔，主线波导腔和分支波导腔之间设有耦合窗口，耦合窗口位置设有竖向的两个耦合主柱；主线波导腔内、分支波导腔内对应位置分别设有耦合副柱；耦合主柱的上下两端、耦合副柱的上下两端附近的耦合器壳体上都设有滑动槽，滑动槽使耦合主柱、耦合副柱按照预定曲线移动至预定位置，调节矩形波导定向耦合器的耦合度。上述矩形波导定向耦合器，由于设有耦合主柱和耦合副柱，通过调节耦合主柱和耦合副柱在滑动槽中的位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度，耦合度可调，使上述矩形波导定向耦合器能够适用于多种耦合度的需要，适应性更强。
Description
技术领域
本发明涉及耦合器领域，特别是涉及一种矩形波导定向耦合器。
背景技术
矩形波导定向耦合器是一种常用的大功率微波器件，被广泛应用在微波大功率合成和分配系统中。耦合度是矩形波导定向耦合器的重要技术指标之一，该参数表征旁支波导从耦合主柱耦合出来的能量的大小，耦合度越大，表示耦合的能量越强。
对于传统的矩形波导定向耦合器，耦合度是耦合器在设计之初就要率先确定的参数之一，耦合度将直接决定耦合器的具体结构，一种耦合度就对应特定的一种耦合器结构。这类矩形波导定向耦合器的耦合度是固定不可调的。
当一个系统中需要多个耦合度不同的矩形波导定向耦合器时，每个耦合度的耦合器都要单独进行设计和仿真，工作量随着耦合器数量的增加而成倍增长。或者，当矩形波导定向耦合器的耦合度需要根据应用实时可调时，固定耦合度的耦合器就无法满足使用需要。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种矩形波导定向耦合器，以解决矩形波导定向。
一种矩形波导定向耦合器，包括耦合器壳体，所述耦合器壳体内设有主线波导腔和分支波导腔，所述主线波导腔和所述分支波导腔都为长方体结构，所述主线波导腔和所述分支波导腔之间设有耦合窗口，所述耦合窗口位置设有竖向的两个耦合主柱，两个耦合主柱之间留有间隙；所述主线波导腔内、所述分支波导腔内对应位置分别设有耦合副柱；
所述耦合主柱的上下两端、所述耦合副柱的上下两端分别安装在所述耦合器壳体的上、下表面上，所述耦合主柱的上下两端、所述耦合副柱的上下两端附近的所述耦合器壳体的上、下表面上都分别设有滑动槽，所述耦合主柱、所述耦合副柱沿匹配的所述滑动槽移动至预定位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度。
上述技术方案，由于设有耦合主柱和耦合副柱，通过调节耦合主柱和耦合副柱在滑动槽中的位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度，耦合度可调，避免了一种耦合度需要对应一种耦合器的情况，极大地减少了矩形波导定向耦合器设计和开发时的工作量，缩短了设计开发的周期，使上述矩形波导定向耦合器能够适用于多种耦合度的需要，适应性更强。
在其中一个实施例中，还包括两个空心螺帽，两个所述空心螺帽分别位于所述耦合窗口上、下方的所述耦合器壳体上，两个所述空心螺帽上下对应设置，所述空心螺帽伸入所述耦合器壳体内或从所述耦合器壳体中抽出。
上述技术方案，由于设有空心螺帽，可以通过调节空心螺帽在耦合器壳体内的深度，从而调节矩形波导定向耦合器的端口反射损耗、耦合度及方向性等性能指标，与耦合主柱、耦合副柱配合调节矩形波导定向耦合器的各项性能。
在其中一个实施例中，两个所述耦合主柱分别位于所述空心螺帽的两侧。
在其中一个实施例中，与所述耦合主柱匹配的滑动槽为直线槽一，所述直线槽一沿所述耦合器壳体的长度方向设置。
在其中一个实施例中，所述耦合窗口长度方向两端都设有窗口隔板，所述窗口隔板远离所述耦合窗口的一端与所述耦合器壳体内壁连接，所述窗口隔板的厚度为1～20mm。
在其中一个实施例中，所述耦合副柱包括耦合副柱一和耦合副柱二，所述耦合副柱一及所述耦合副柱二位于所述主线波导腔或所述分支波导腔远离所述耦合窗口一侧的腔体内。
在其中一个实施例中，所述耦合副柱包括两个所述耦合副柱一和两个所述耦合副柱二，两个所述耦合副柱一、两个所述耦合副柱二分别以所述耦合器壳体宽度方向的中心线为轴对称设置，且所述耦合副柱一位于靠近所述耦合器壳体宽度方向中心线的位置；两个所述直线槽二、两个所述曲线槽一也分别以所述耦合器壳体100宽度方向的中心线为轴对称设置。
在其中一个实施例中，所述耦合副柱还包括耦合副柱三，所述耦合副柱三位于所述主线波导腔或所述分支波导腔内。
在其中一个实施例中，所述耦合主柱的直径为10～30mm，所述耦合副柱的直径为10～20mm。
在其中一个实施例中，所述矩形波导定向耦合器的耦合度为-13～-3dB。
有益效果：与现有技术相比，本发明的矩形波导定向耦合器，具有以下优点：
1、由于设有耦合主柱和耦合副柱，通过调节耦合主柱和耦合副柱在滑动槽中的位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度，耦合度可调，避免了一种耦合度需要对应一种耦合器的情况，极大地减少了矩形波导定向耦合器设计和开发时的工作量，缩短了设计开发的周期，使上述矩形波导定向耦合器能够适用于多种耦合度的需要，适应性更强。
2、由于设有空心螺帽，可以通过调节空心螺帽在耦合器壳体内的深度，从而调节矩形波导定向耦合器的端口反射损耗、耦合度及方向性等性能指标，与耦合主柱、耦合副柱配合调节矩形波导定向耦合器的各项性能。
附图说明
图1为实施例1的矩形波导定向耦合器的结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为实施例2的矩形波导定向耦合器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1～2，一种矩形波导定向耦合器，包括耦合器壳体100，耦合器壳体100内设有主线波导腔1、分支波导腔2及两个空心螺帽6，主线波导腔1和分支波导腔2都为长方体结构，主线波导腔1和分支波导腔2之间设有耦合窗口3，耦合窗口3位置设有竖向的两个耦合主柱4，两个耦合主柱4之间留有间隙；主线波导腔1内、分支波导腔2内对应位置分别设有耦合副柱5。耦合窗口3长度方向两端都设有窗口隔板7，窗口隔板7的厚度为1～20mm。耦合主柱4的直径为10～50mm，耦合副柱5的直径为10～50mm。本实施例中，窗口隔板7的厚度为8mm，耦合窗口3的宽度为580mm。耦合主柱4的直径为30mm，耦合副柱5的直径为20mm。空心螺帽6包括螺帽本体和螺帽本体上设置的空心螺柱体，螺帽本体的直径为120mm，耦合器壳体100上与空心螺帽6匹配的通孔直径为100mm，空心螺柱体插入通孔内，通过调整空心螺柱体在通孔中的位置，从而调整空心螺帽的螺帽本体与耦合器壳体100的距离。
本实施例中，主线波导腔1、分支波导腔2均为金属波导管，主线波导腔1、分支波导腔2的空腔尺寸(不含金属壁厚)均为：宽度391mm，高度190.5mm，波导管的金属外壁壁厚为3.81mm。这个尺寸的波导管对应的国标型号是BJ6，对应国际标准的型号是WR1500。其他实施例中，可以采用其他型号的波导进行耦合度的调节。
优选的，耦合主柱4的上下两端、耦合副柱5的上下两端分别安装在耦合器壳体100的上、下表面上，耦合主柱4的上下两端、耦合副柱5的上下两端附近的耦合器壳体100的上、下表面上都分别设有滑动槽(图中未显示)，耦合主柱4、耦合副柱5沿匹配的滑动槽移动至预定位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度。本实施例中，位于主线波导腔1或分支波导腔2内的耦合副柱5分别包括耦合副柱一51和耦合副柱二52，耦合副柱一51及耦合副柱二52位于主线波导腔1或分支波导腔2远离耦合窗口3一侧的腔体内。耦合主柱4和耦合副柱5都为金属圆柱，金属圆柱上下两端都设有螺孔，通过固定螺丝将耦合主柱4和耦合副柱5固定在耦合器壳体100上。
其中，两个空心螺帽6分别位于耦合窗口3上、下方的耦合器壳体100上，两个空心螺帽6上下对应设置，空心螺帽6伸入耦合器壳体100内或从耦合器壳体100中抽出。空心螺帽6上设有调节装置，当将空心螺帽6上下移动至预定位置时，通过调节装置将空心螺帽6锁死，从而固定空心螺帽6的位置。优选的，两个耦合主柱4分别位于空心螺帽6的两侧。
请参阅图2，滑动槽的设置长度及位置与耦合主柱4、耦合副柱一51和耦合副柱二52的位置曲线图匹配。与耦合主柱4匹配的滑动槽为直线槽一，直线槽一沿耦合器壳体100的长度方向设置。与耦合副柱一51匹配的滑动槽为直线槽二，直线槽二沿耦合器壳体100的宽度方向设置；与耦合副柱二52匹配的滑动槽为曲线槽一。
其中，位于主线波导腔1或分支波导腔2内的耦合副柱5分别包括两个耦合副柱一51和两个耦合副柱二52，两个耦合副柱一51、两个耦合副柱二52分别以耦合器壳体100宽度方向的中心线为轴对称设置，且耦合副柱一51位于靠近耦合器壳体100宽度方向中心线的位置；两个直线槽二、两个曲线槽一也分别以耦合器壳体100宽度方向的中心线为轴对称设置。图3只列出了一个耦合主柱4、分支波导腔2内一个耦合副柱一51、一个耦合副柱二52的位置曲线图，位置曲线图与滑动槽的位置及长度相对设置，通过耦合主柱4、耦合副柱一51及耦合副柱二52在滑动槽中的位置移动，从而得到相应的位置曲线图。
本实施例中，设定矩形波导定向耦合器的耦合度调节范围为-10～-3dB，两个耦合主柱4之间的间距与矩形波导定向耦合器的耦合度成正比例关系，两个耦合主柱4之间的间距越大，矩形波导定向耦合器的耦合度也越大。因为，只需要仿真计算最大耦合度-3dB和最小耦合度-10dB两种情况时，两个耦合主柱4之间的间距值，确定两个耦合主柱4之间的间距最大值和间距最小值，从而确定滑动槽的位置及长度，通过调节两个耦合主柱4之间的间距值，从而调节矩形波导定位耦合器的耦合度在-10～-3dB范围内。在其他实施例中，也可以将矩形波导定向耦合器的耦合度设定成其他范围，根据耦合度的范围，调整两个耦合主柱4、耦合副柱5及空心螺帽6的位置，从而实现耦合度的连续可调操作。
上述矩形波导定向耦合器的工作原理为：当需要将矩形波导定向耦合器的耦合度调节至预定值时，先调整两个耦合主柱4在滑动槽中的位置，将矩形波导定向耦合器的耦合度调整到预定值附近耦合度数值，后分别调整主线波导腔1、分支波导腔2内的耦合副柱一51、耦合副柱二52的位置及两个空心螺帽6深入耦合器壳体100内的深度，对矩形波导定向耦合器的耦合度进行微调，并同时优化矩形波导定向耦合器端口的反射损耗、隔离度及方向性等指标，当矩形波导定向耦合器的各项指标均达到要求时，将耦合主柱4、耦合副柱一51、耦合副柱二52上下两端的螺丝拧紧，并将空心螺帽6的调节装置锁死，即可完成矩形波导定向耦合器的耦合度调节过程。
对上述就行波导定向耦合器进行仿真模拟，得到不同耦合度时，耦合主柱4、耦合副柱5及空心螺帽的位置关系表，如表1所示。
表1实施例1中不同耦合度时，耦合主柱、耦合副柱的位置关系表
由表1可知，通过调节耦合主柱、耦合副柱及空心螺帽的螺帽本体的位置，可以得到不同耦合度。根据表1中的耦合度调节范围内，-10～-3dB内的其他耦合度数值对应的耦合主柱、耦合副柱的位置，可以通过表1中的整数耦合度的位置数值的线性插值得到。表1中，耦合副柱一距长度中心线距离为耦合副柱一距离耦合器壳体100长度方向中心线的距离，耦合副柱二也是以耦合器壳体100长度方向中心线为参照线。
例如：当需要将矩形波导定向耦合器的耦合度调节至-3dB时，将两个耦合主柱4分别沿直线槽一移动至两个耦合主柱4之间的间距为232.5mm，后分别调节耦合副柱一51在直线槽二中的位置、耦合副柱二52在曲线槽一中的位置，耦合副柱一51的位置为：两个耦合副柱一51之间的间距为115mm，耦合副柱一51距离耦合器壳体100长度方向的中心线的距离为251mm，耦合副柱二52的位置为：两个耦合副柱二52之间的间距为431mm，耦合副柱二52距离耦合器壳体100长度方向的中心线的距离为281mm，空心螺帽6深入耦合器壳体100内的深度为-35mm，即空心螺帽6的螺帽本体拔出耦合器壳体100的高度为35mm。通过调节耦合主柱4、耦合副柱5及空心螺帽6的位置到上述位置，可以得到矩形波导定向耦合器的耦合度为-3dB。
实施例2
请参阅图3，本实施例中，设定矩形波导定向耦合器的耦合度调节范围为-13～-3dB。本实施例与实施例1的区别点在于：主线波导腔1或分支波导腔2内的耦合副柱5的数量分别为6个，分别包括两个耦合副柱一51、两个耦合副柱二52及两个耦合副柱三53。耦合主柱4的直径为30mm，耦合副柱5的直径为14mm。耦合窗口3的宽度为580mm。窗口隔板7的厚度为8mm。且两个耦合副柱一51、两个耦合副柱二52及两个耦合副柱三53分别以耦合器壳体100宽度方向的中心线为轴对称设置。与耦合副柱一51、耦合副柱二52、耦合副柱三53分别匹配的滑动槽分别为曲线槽二、曲线槽三及曲线槽四。
对上述就行波导定向耦合器进行仿真模拟，得到不同耦合度时，耦合主柱4和耦合副柱5的位置关系表，如表2所示。
表2实施例2中不同耦合度时，耦合主柱、耦合副柱的位置关系表
由表2可知，通过调节耦合主柱、耦合副柱及空心螺帽的位置，即可实现不同耦合度的调节，操作简单方便。根据表2中的耦合度调节范围内，-13～-3dB内的其他耦合度数值对应的耦合主柱、耦合副柱的位置，可以通过表2中的整数耦合度的位置数值的线性插值得到。表2中，耦合副柱一距长度中心线距离为耦合副柱一距离耦合器壳体100长度方向中心线的距离，耦合副柱二、耦合副柱三也是以耦合器壳体100长度方向中心线为参照线。
Claims (10)
1.一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，包括耦合器壳体（100），所述耦合器壳体（100）内设有主线波导腔（1）和分支波导腔（2），所述主线波导腔（1）和所述分支波导腔（2）都为长方体结构，所述主线波导腔（1）和所述分支波导腔（2）之间设有耦合窗口（3），所述耦合窗口（3）位置设有竖向的两个耦合主柱（4），两个耦合主柱（4）之间留有间隙；
所述主线波导腔（1）内、所述分支波导腔（2）内均设有多个耦合副柱（5）；且所述主线波导腔（1）内的多个耦合副柱（5）和所述分支波导腔（2）内的多个耦合副柱（5）以耦合器壳体（100）宽度方向的中心线为轴对称设置；
所述耦合主柱（4）的上下两端、所述耦合副柱（5）的上下两端分别安装在所述耦合器壳体（100）的上、下表面上，所述耦合主柱（4）的上下两端、所述耦合副柱（5）的上下两端附近的所述耦合器壳体（100）的上、下表面上都分别设有滑动槽，所述耦合主柱（4）、所述耦合副柱（5）沿匹配的所述滑动槽移动至预定位置，从而调节矩形波导定向耦合器的耦合度。
2.根据权利要求1所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，还包括两个空心螺帽（6），两个所述空心螺帽（6）分别位于所述耦合窗口（3）上、下方的所述耦合器壳体（100）上，两个所述空心螺帽（6）上下对应设置，所述空心螺帽（6）伸入所述耦合器壳体（100）内或从所述耦合器壳体（100）中抽出。
3.根据权利要求2所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，两个所述耦合主柱（4）分别位于所述空心螺帽（6）的两侧。
4.根据权利要求 1～3中任意一项所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，与所述耦合主柱（4）匹配的滑动槽为直线槽一，所述直线槽一沿所述耦合器壳体（100）的长度方向设置。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合窗口（3）长度方向两端分别设有窗口隔板（7），所述窗口隔板（7）远离所述耦合窗口（3）的一端与所述耦合器壳体（100）内壁连接，所述窗口隔板（7）的厚度为1～20mm。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合副柱（5）包括耦合副柱一（51）和耦合副柱二（52），所述耦合副柱一（51）及所述耦合副柱二（52）都位于所述主线波导腔（1）或所述分支波导腔（2）内。
7.根据权利要求6所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合副柱（5）包括两个所述耦合副柱一（51）和两个所述耦合副柱二（52），耦合副柱一（51）及耦合副柱二（52）位于主线波导腔（1）或分支波导腔（2）远离耦合窗口（3）一侧的腔体内，且所述耦合副柱一（51）位于靠近所述耦合器壳体（100）宽度方向中心线的位置。
8.根据权利要求7所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合副柱（5）还包括耦合副柱三（53）。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述耦合主柱（4）的直径为10～30mm，所述耦合副柱（5）的直径为10～20mm。
10.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种矩形波导定向耦合器，其特征在于，所述矩形波导定向耦合器的耦合度为-13～-3dB。
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