CN108598655A - 一种紧凑型宽带矩形波导耦合器 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，涉及微波、毫米波器件技术领域，具体来说是一种紧凑型宽带矩形波导耦合器。为了拓宽矩形波导的工作带宽，提升耦合器耦合的平坦度，本发明提出一种紧凑型宽带矩形波导耦合器；与传统波导耦合器不同该矩形波导耦合器采用方形孔和窄缝组成的耦合阵列不仅使耦合器的结构紧凑易于加工，而且在工作频带(26.5GHz‑40GHz)内实现了的耦合波动低于0.3dB。采用方形小孔和窄缝组成的耦合孔阵列，结构简单，实现了耦合器整体结构的紧凑，加工简单。

Description

一种紧凑型宽带矩形波导耦合器
技术领域
本发明涉及微波、毫米波器件技术领域，具体来说是一种紧凑型宽带矩形波导耦合器。
背景技术
矩形波导耦合器在微波无线通信系统、微波在线测量、雷达反射监控、宽带大功率衰减等领域具有广泛的应用空间。它的主要作用就是对微波系统中传输的能量进行精确取样，提取出一部分微波能量，以便通过示波器、小功率计、频谱仪等测量仪器对微波系统中传输的能量进行时域包络监测、功率测量、频谱测量等。随着微波技术的不断发展，对波导耦合器的需求也在日益变化与提升。为了适应电子设备发展的不同需要，矩形波导耦合器也从单孔耦合发展到多孔耦合，从波导的窄边耦合发展到宽边耦合，以满足宽带和弱耦合、强耦合的不同要求。传统的单孔耦合的波导耦合器结构简单，参数较少，设计加工都比较方便，但是其工作带宽太窄不适合微波频段的宽带应用。那么为了拓宽小孔耦合器件的工作频率范围，就必须采用多孔耦合阵列，常用的耦合阵列分布形式主要有：等孔径等间距分布、二项式分布以及切比雪夫分布等。虽然多孔阵列波导耦合器显著提高了工作带宽，但是带来了波导耦合器长度较长，体积太大，加工精度高，插入损耗较高等问题。因此传统的矩形波导耦合很难兼顾尺寸的紧凑、较高耦合平坦度和一定的宽带。
为了实现矩形波导耦合器拥有紧凑的结构和较宽的工作带宽，专利耦合孔交错分布的多孔矩形波导波导耦合器(专利号CN201210282690.5，发明人王清源)设计了在矩形波导H面采用交错分布耦合小孔的结构实现微波能量的耦合，结构简单紧凑缩，但是并不能获得较高耦合平坦度。专利一种多孔矩形波导波导耦合器(专利号CN201610312777.0，发明人王志刚等)提出了一种在波导宽边对称加载两排对称的耦合孔，每排具有三个耦合孔，位于中间的为方形孔两边为三角形孔，这种设计提升了耦合器的工作带宽，但增大了加工难度和结构尺寸。
传统的矩形波导耦合器为了获得较宽的工作带宽大多采用多孔的耦合方式，同时通过增加耦合孔的数量提升耦合的平坦度，但这也导致了传统定向耦合器尺寸较大，加工精度要求高，插入损耗高。本发明正是基于此种背景与需求之下，设计了一种结构紧凑耦合度平坦的矩形波导耦合器。
发明内容
为了拓宽矩形波导的工作带宽，提升耦合器耦合的平坦度，本发明提出一种紧凑型宽带矩形波导耦合器；与传统波导耦合器不同该矩形波导耦合器采用方形孔和窄缝组成的耦合阵列不仅使耦合器的结构紧凑易于加工，而且在工作频带(26.5GHz-40GHz)内实现了的耦合波动低于0.3dB。
本发明采用了如下技术方案：一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，该耦合器包括：主波导、副波导、耦合通道、吸波材料、弯曲波导、输出波导；所述主波导和副波导为完全相同的矩形波导，且H面相互平行；所述耦合通道设置于主波导和副波导之间；所述输出波导通过弯曲波导与副波导的一端连通，而副波导另一端的内部设置有吸波材料；其特征在于所述耦合通道包括阵列排布的4个方形通道和两条连接方形通道的耦合缝隙，耦合缝隙与主波导或副波导内波的传播方向垂直。
进一步的，主波导和副波导传输腔的长为7.12mm，宽为3.56mm。
进一步的，所述吸波材料填充满副波导的一个切角，该切角为三棱柱型，且该切角的在副波导传输腔体长边的交点为该长边的中点，该三棱柱型的底面直角三角形的两直角边分别为3.56mm，8mm。该结构扩大与微波信号之间的接触面积用来吸收反向传播的微波信号，其材料为碳化硅。
进一步的，所述弯曲波导的弯曲角度为90°。其作用是改变副波导中能量的传播方向，方便与外部检测系统的连接。
进一步的，所述耦合通道中方形通道的边长为0.8mm*0.8mm，耦合缝隙长为4mm，宽为0.12mm，主波导与副波导的距离为1.5mm。
所述的紧凑型宽带矩形波导耦合器的耦合孔阵列(3)是在主副波导的公共面上对称加载的两行两列共4个方形孔及在两列方形孔间加载的窄缝组成。方形孔到波导中心线的距离影响着耦合器的耦合的平稳度其具体值由仿真软件优化所得，方形孔尺寸、高度以及窄缝的宽度影响着耦合器的耦合度，其值由耦合器耦合度大小决定；每行方形孔的距离约为四分之一波长满足相位叠加原理。
本发明的有益效果在于：
(1)采用方形小孔和窄缝组成的耦合孔阵列，结构简单，实现了耦合器整体结构的紧凑，加工简单。
(2)在同类产品中，本发明紧凑型宽带矩形波导耦合器具有工作频带更宽，耦合度平稳，在26.5-40GHz的工作频带内耦合波导低于0.3dB，同时具有较大的功率容量。
附图说明
图1一种紧凑型宽带矩形波导耦合器的示意图
图2一种紧凑型宽带矩形波导耦合器的侧视图
图3一种紧凑型宽带矩形波导耦合器的俯视图
图4紧凑型宽带矩形波导耦合器仿真所得的耦合度
图5紧凑型宽带矩形波导耦合器的传输端口的反射系数
具体实施方式
下面结合一个工作Ka波段(26.5GHz-40GHz)矩形波导耦合器的设计实例以及附图对本发明作进一步的详细阐述：
输入信号模式：矩形波导TE10模；
工作频段：Ka波段(26.5GHz-40GHz)；
附图1为紧凑型宽带矩形波导耦合器的示意图；图2为紧凑型宽带矩形波导耦合器的侧视图；附图3为紧凑型宽带矩形波导耦合器的俯视图。该发明新型包括：主波导(1)、副波导(2)、方形小孔和窄缝组成的耦合孔阵列(3)、吸波材料(4)、弯曲波导(5)。其中：
主波导(1)和副波导(2)：主波导和副波导均为Ka波段标准矩形波导BJ320，a*b＝7.12mm*3.56mm；
方形小孔和窄缝组成的耦合孔阵列(3)：方形孔边长0.8mm*0.8mm，窄缝长为4mm，宽0.12mm，高1.5mm；
吸波材料(4)：吸波材料为斜劈状，加载在矩形波导内部；
弯曲波导(5)：弯曲波导半径5mm。
图4为紧凑型宽带矩形波导耦合器仿真所得的耦合度。由图可知该紧凑型宽带矩形波导耦合器在26.5GHz-40GHz的工作带宽内耦合度为29.8-30.1dB，在13.5GHz的带宽内耦合度的波动在0.3dB以内，表明了该耦合器优越的性能及较宽的工作带宽。图5为紧凑型宽带矩形波导耦合器的传输端口的反射系数，可以看出端口的反射均在大于35dB，端口的反射较小。本发明的矩形波导耦合器同时兼具优越的性能和较宽的工作带宽的同时，结构简单紧凑，具有较高的应用和推广价值。
以上实例仅为方便说明本发明，本发明提出的紧凑型宽带矩形波导耦合器还可以适用于其它频段，具体尺寸由相应的频段和工作模式确定。

Claims (5)

1.一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，该耦合器包括：主波导、副波导、耦合通道、吸波材料、弯曲波导、输出波导；所述主波导和副波导为完全相同的矩形波导，且H面相互平行；所述耦合通道设置于主波导和副波导之间；所述输出波导通过弯曲波导与副波导的一端连通，而副波导另一端的内部设置有吸波材料；其特征在于所述耦合通道包括阵列排布的4个方形通道和两条连接方形通道的耦合缝隙，耦合缝隙与主波导或副波导内波的传播方向垂直。
2.如权利要求1所述的一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，特征在于所述耦合通道中方形通道的边长为0.8mm*0.8mm，耦合缝隙长为4mm，宽为0.12mm，主波导与副波导的距离为1.5mm。
3.如权利要求1或2所述的一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，特征在于所述吸波材料填充满副波导的一个切角，该切角为三棱柱型，且该切角的在副波导传输腔体的长边的交点为该长边的中点，该三棱柱型的底面直角三角形的两直角边分别为3.56mm，8mm。
4.如权利要求1或2所述的一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，特征在于所述弯曲波导的弯曲角度为90°。
5.如权利要求1或2所述的一种紧凑型宽带矩形波导耦合器，特征在于所述主波导和副波导传输腔的长为7.12mm，宽为3.56mm。
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