CN109193098B - 一种波导耦合器 - Google Patents

Abstract

一种波导耦合器，其壳体沿波导的E面剖分为下壳和上盖，在下壳内设有容纳所述上盖的腔体。所述腔体的端部设有至少一个凸起，用于与所述上盖抵接。由此，本发明所提供的波导耦合器能够保证其腔体的底面和端面，这两个相互垂直的面均由于凸起的挤压而与上盖紧密贴合。由此，本发明所提供的波导耦合器无需额外的固定结构，其零件数量仅为3个，并且，由于腔体的底面和端面均能够直接与上盖紧密贴合，本发明能够直接通过灌胶的方式实现密封。因此，本发明的耦合器，其组装更为方便，信号的泄露更少，且可靠性高，元件成本更低。

Description

一种波导耦合器

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种微波器件。

背景技术

微波波导耦合器广泛的应用于微波点对点通信系统中。利用微波耦合器可实现两个ODU（Out Door unit， 室外通信收发单元）同时工作，实现通信系统热备份功能。其支架一般作为天线和ODU的挂架使用。为了便于在各种场合方便安装ODU和天线，往往需要带极化设计。目前带框架设计的微波耦合器技术已经很成熟，国内外有很多成熟的产品。例如，ZL201310505625.9提供了一种带框架的微波耦合器。

由于微波耦合器发货量巨大，其产品的成本是一个非常关键的考量指标。如何在保证产品性能的前提下，降低成本是目前微波耦合器研究的方向。目前，通过改进制造工艺，提高微波耦合器的集成度，减少微波耦合器的零件数量降低产品成本是一个可行的方向。这种思路下，专利ZL201621341244.7给出了一种高集成度的微波耦合器设计方案，该方案整个微波耦合器仅有两个零件，大大降低产品生产成本。然而，该技术在实际生产过程中，该设计仅仅适用于较低频段，例如，点对点通信的6G和7GHz频段。在频率较高的频段，该设计存在体积偏大，以及信息泄露的风险。并且，上述方案在较高频段应用时，产品的良率不高，其生产成本仍然存在偏高的问题。

因此，目前急需针对微波波导耦合器，提供一种高性能，低成本、产品小型化，高可靠性的方案，该方案适合11GHz以上的微波点对点通信频段微波耦合器。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种性能可靠、集成度高的波导耦合器。

首先，为实现上述目的，提出一种波导耦合器，包括：一个波导耦合器的主体和至少三个极化器。所述极化器用于实现对微波信号的旋转。波导耦合器的主体主要包括：至少两个波导，所述波导分别连接所述极化器，所述波导之间设有耦合窗口，用于将一个波导内传播的电磁波耦合至另一波导内；壳体，用于容纳所述波导。其中，所述壳体沿所述波导的E面剖分为下壳和上盖；所述下壳内设有用于容纳所述上盖的腔体；所述腔体的端部，沿其内壁设有至少一个凸起；所述腔体内，由所述凸起的前端面至与所述凸起相对的内壁的距离，小于所述上盖的长度。

可选的，上述的波导耦合器中，所述凸起的底部贴合所述腔体的底部，所述凸起的底部的面积大于所述凸起的上表面的面积，或，所述凸起的前端面向所述腔体的开口方向倾斜。

可选的，上述的波导耦合器中，所述凸起设置在所述腔体内与一个所述极化器相对的一侧内壁。

可选的，上述的波导耦合器中，所述凸起的数量为两个或多个。

可选的，上述的波导耦合器中，所述上盖与所述凸起抵接的抵接面向所述腔体的底部倾斜。

可选的，上述的波导耦合器中，所述上盖的抵接面的倾斜角度与所述凸起的前端面的倾斜角度匹配。

可选的，上述的波导耦合器中，所述倾斜角度为5°至15°之间，且凸台上部倾角和上盖底部倾角角度相同。

可选的，上述的波导耦合器中，所述极化器至少部分的集成于所述壳体内。

可选的，上述的波导耦合器中，所述上盖安装在所述腔体内，并与所述凸起完全抵接的状态下，所述壳体的外缘高于所述上盖，所述壳体的外缘与所述上盖的上表面形成灌胶槽；所述灌胶槽内注有密封胶，用于密封所述波导耦合器。

有益效果

本发明所提供的波导耦合器，其壳体沿波导的E面剖分为下壳和上盖，在下壳内设有容纳所述上盖的腔体。所述腔体的端部设有至少一个凸起，用于与所述上盖抵接。由此，本发明所提供的波导耦合器能够保证其腔体的底面和端面，这两个相互垂直的面均由于凸起的挤压而与上盖紧密贴合。由此，本发明所提供的波导耦合器无需额外的固定结构，仅通过3个零件即可完成组装，实现对微波信号的耦合、密封。

并且，由于腔体的底面和端面均能够直接与上盖紧密贴合，本发明所提供的波导耦合器，仅其上盖部分是可活动的结构，所述波导耦合器的其他部分均通过铣刀的加工工艺而一体成型。因此，本发明仅将波导耦合器的上盖进行密封即可实现对整个器件的密封与固定。由此，本发明能够直接通过灌胶的方式，密封其上盖，从而实现对整个波导耦合器的密封。本发明的耦合器，其组装与密封均更为方便，信号的泄露更少，且可靠性高，元件成本更低。

进一步，本发明还可以通过钣金工艺实现其支架结构，通过铣刀的加工直接将极化器至少部分地集成于所述耦合器的壳体内。因此，本发明波导耦合器的整体结构将进一步被简化。通过这种集成式的极化器，本发明可直接通过连接所述波导耦合器的天线安装盘将波导耦合器与天线连接，通过波导耦合器壳体端部的盖板实现与其前后级器件的连接。因此，本发明所提供的波导耦合器，其与其他器件的连接方式也同样由于极化器的集成而得到简化。本发明的波导耦合器，其安装更为方便、高效。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的波导耦合器的整体结构示意图；

图2为本发明的波导耦合器中波导与极化器的连接方式示意图；

图3为本发明的波导耦合器中腔体的结构示意图；

图4为本发明的波导耦合器中上盖的示意图；

图5为本发明的波导耦合器中天线安装盘的示意图；

图6为本发明的波导耦合器中凸起的示意图；

图7为本发明的波导耦合器中上盖的抵接面的示意图；

图8为本发明中天线极化器的一种具体结构的示意图；

图9为本发明中另一个连接OUD端口的极化器的一种实现方式的示意图；

图10为本发明的波导耦合器中腔体结构的尺寸示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明所提供的一种波导耦合器的示例。该耦合器可适合较高频率，主要应用于微波点对点通信中的11GHz--42GHz的微波耦合器的设计和生产。其结构主要包括：壳体，极化器，波导。参考图2所示，所述波导包括两个分别连接第一极化器11、第二极化器22和天线极化器33，所述波导之间设有耦合窗口4，用于将一个波导内传播的电磁波耦合至另一波导内，通过电磁仿真软件，合理设置耦合窗口的大小以及之间的距离，。

参考图3至图5所示，所述波导耦合器的壳体沿所述波导的E面剖分为下壳和上盖1。所述下壳内设有用于容纳所述上盖1的腔体2，所示腔体2的前端设置所述天线极化器33。所述天线极化器的外部留有安装如图5所示的天线安装盘的接口5和5’。

参考图3所示，所述腔体2的端部，沿其内壁设有两个凸起。参考图3及图4所示，所述腔体2内，由所述凸起3的前端面至与所述凸起3相对的内壁的距离，也就是由所述凸起3的前端面至与所述天线安装盘的接口5的距离，小于所述图4所示的上盖1的长度。由此，本发明的波导耦合器在安装时，能够通过凸起3与上盖的抵接，而实现对腔体的底面和端面，这两个相互垂直的面的紧闭和密封。其安装方便，并且密封效果好。

在本发明的另一种实现方式下，类似的，所述的微波耦合器的主体仅由腔体2、上盖1、和天线安装盘三个部分组成。其内波导的其他端口的极化器和天线端的极化器可直接集成于腔体的壳体上。耦合器的框架采用钣金工艺制造。由于采用这些新的技术，整个耦合器集成度高，防水和电磁兼容更加容易保证，成本也比传统设计的耦合器成本大大降低。

参考图2为一种微波波导耦合器内部三纬模型，图中11、22分别为输出端口的两个45度极化器；33为天线端口的45度极化器；4为耦合窗口。其中，11处极化器单独加工；22和33处极化器集成在耦合器的腔体上。

由图3至图5可知该耦合由耦合器主体,耦合器盖板或上盖,以及一个连接有45度极化器的天线安装盘这三个零件组成。天线端极化器、以及另一个极化器、安装天线的安装盘都可集成于图3所示的耦合器的主体上，该主体通过低压压铸制造，可以有效的降低成本。

由图3、图4可知，微波耦合器的腔体和盖板之间有两个接触面需要紧密贴合：分别为图中的2所示的腔体的底面和5所示的腔体的前端面。这两个面互相垂直。我们知道，常规的机械制造安装智能保证一个接触面紧密贴合，而不能保证两个或两个以上的接触面完全贴合。如果这两个接触面不能与上盖完全贴合则会造成泄漏，导致整个耦合器不能正常工作。在本设计中，为了实现该耦合器两个接触面同时紧密接触，在图三中5处盖板和腔体完全垂直。在盖板和腔体的根部或图6所示的后端面采用凸起3以及与之配合的倾角的设计。

如图7所示在盖板或上盖的根部或后端面带设计有倾斜角度θ。如图6所示，在腔体的根部和盖板底部接触部位设计两个厚度较小的凸台3（多设计几个也同样可以）。凸台的顶部设计有与盖板顶部相同角度的斜角。同时盖板长度方向过盈设计，利用腔体上两个凸台向前方的压力，以及凸台由于厚度较小在较大压力下会产生轻微形变的特性，同时挤压腔体中相互垂直的2面和5面，实现盖板和腔体两个方向的紧密贴合。也就是说图6中标记的2是两个带有斜面的凸台，这两个凸台向前顶住盖板，使得盖板的前端面和底面两个面能够分别紧贴腔体的前端面和底面。

值得注意的是，由于波导耦合器常采用铝或铝合金这类硬度不高的材料，因此，凸台受压后容易变形，并被挤压至腔体底部的后端面附近，从而贴合上盖的端面，封闭所述腔体。若将凸台替换为设置在腔体上部的卡扣结构，盖板在安装过程中对卡扣结构的摩擦将会产生金属碎屑，金属碎屑进入腔体底面与盖板之间的缝隙，填充该缝隙，会使得盖板无法完全与腔体内壁完全贴合，从而对波导内传输的微波信号造成干扰，导致耦合器成品率偏低。而本申请中所采用的凸台的结构，其摩擦产生的碎屑能够随上盖一并被压入上盖抵接面与腔体端面的缝隙，而不会落入腔体底面与盖板之间的缝隙。因此，本发明所采用的凸台结构，凸台与上盖抵接面倾斜角的配合，能够保证本发明不会因安装过程中产生的金属碎屑而对腔内的微波信号产生干扰。因此，本发明的波导耦合器，成品率更高，性能也更为稳定。

参考图10所示，在本方面的一种实现方式下，所述波导耦合器壳体内部按照图10中上盖和腔体的尺寸关系设计：腔体内部，自凸起的前端面部到腔体对侧端面的距离为172.36mm，上盖长度为172.46mm。上盖的长度比腔体内部长0.1mm，利用该过盈配合使得两个面都贴合。

本发明所提供的耦合器盖板和腔体是沿着耦合器的E面剖分的，因为矩形波导E面具有不泄漏的特性，此处利用该特性。盖板和腔体之间过盈配合，如此设计则可以保证如图3中2处盖板底部和腔体底部的接触面即使可能存在一个极小的缝隙，但是该缝隙由于正好处于E面分界处，因此不存在泄漏，因此采用该设计方式，同时满足高性能和低成本的特性。

天线端极化器集成于腔体上的技术是该耦合器实现的关键点之一。由图3可知，天线端极化器位于图三中腔体5处。由图可知，该处由于有一个如图5所示的天线安装盘，该处有可能和加工中心的铣刀安装盘干涉。因此该处腔体加工必须用比较大直径的铣刀加工，本项目中所有频段在该处距离天线安装盘20mm距离内，需要最小直径为6mm的铣刀加工。刀直径越大越好，同时在公共端口处，由于有一个大直径的圆盘，此处会和铣刀的刀盘干涉，所以此处要使用直径为6mm以上的铣刀加工，由于这个要求，本发明还设计有了几种极化器，使得结合处都能采用较大直径的铣刀，避开刀盘的干涉。

参考图8至图9。本设计中根据不同的频段采用不同的技术实现。

例如，11GHz--15GHz频段内，由于该工作频段矩形波导的窄边宽度本身大于6mm，因此只需要在矩形波导和45度矩形波导连接处，采用过渡结构，该过渡结构设置台阶，实现45度极化。18GHz--28GHz频段范围内，由于工作矩形波导宽度为4.32mm，在第一种基础上，可增设凸台，方便匹配回波，或抑制高次模，从而获得较好的性能。对于32 GHz --42GHz，可将上述过渡结构部分加工在盖板上。方便用大直径铣刀加工。

单独加工的极化器同样根据频率不同，也采用不同的技术实现。该极化器采用不同的技术是因为，在较低频段，采用尽量紧凑的结构，减小体积。在较高的频段，采用便于加工的结构，降低加工成本，提高生产效率。该极化器可通过图9所示的示例，将其上部分加工在极化器零件中，下部分加工在腔体和盖板中。

本发明技术方案的优点主要体现在：

1)耦合器的主体沿矩形波导的E面剖分，由该处剖分，不切断电流，不存在信号泄漏。

2）天线端处的45度极化器，针对不同的频段，可采用多种不同的结构实现。极化器可通过铣刀加工，集成于耦合器壳体内。

3）在腔体的根部，利用两个带有一定倾角的凸起，从后部向前将上盖顶紧，实现上盖和腔体在两个互相垂直面紧密贴合装配。假如腔体的其他端也加工成斜面，同样可以达到相同的效果。

4）和天线安装盘连接的极化器根据频率不同，可通过不同的形式实现，以方便与所述波导耦合器的集成。

5）本发明直接通过波导耦合器能够保证其腔体的底面和端面，这两个相互垂直的面直接由凸起挤压而与上盖紧密贴合。由此，本发明所提供的波导耦合器无需额外的固定结构，仅通过3个零件即可完成组装，对微波信号的耦合、密封效果更好，并且使得安装和材料成本得到精简。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种波导耦合器，包括：

至少三个极化器，每一个极化器均实现信号旋转45度；

至少两个波导，所述波导分别连接所述极化器，所述波导之间设有耦合窗口（4），用于将一个波导内传播的电磁波耦合至另一波导内；

壳体，用于容纳所述波导；

所述壳体沿所述波导的E面剖分为下壳和上盖（1）；

所述下壳内设有用于容纳所述上盖（1）的腔体（2）；

所述腔体（2）的端部，沿其内壁设有至少一个凸起（3）；所述腔体（2）内，由所述凸起（3）的前端面至与所述凸起（3）相对的内壁的距离，小于所述上盖（1）的长度；

所述凸起（3）的底部贴合所述腔体（2）的底部，所述凸起（3）的底部的面积大于所述凸起（3）的上表面的面积，或，所述凸起（3）的前端面向所述腔体（2）的开口方向倾斜；

所述凸起（3）设置在所述腔体（2）内与一个所述极化器相对的一侧内壁；

所述凸起（3）的数量为两个或多个。

2.如权利要求1所述的波导耦合器，其特征在于，所述上盖（1）与所述凸起（3）抵接的抵接面向所述腔体（2）的底部倾斜。

3.如权利要求2所述的波导耦合器，其特征在于，所述上盖（1）的抵接面的倾斜角度与所述凸起的前端面的倾斜角度匹配。

4.如权利要求3所述的波导耦合器，其特征在于，所述倾斜角度为5°至15°之间，且凸台上部倾角和上盖底部倾角角度相同。

5.如权利要求1至4任一所述的波导耦合器，其特征在于，所述极化器至少部分的集成于所述壳体内。

6.如权利要求1所述的波导耦合器，其特征在于，所述上盖（1）安装在所述腔体（2）内，并与所述凸起（3）完全抵接的状态下，所述壳体的外缘高于所述上盖（1），所述壳体的外缘与所述上盖的上表面形成灌胶槽；所述灌胶槽内注有密封胶，用于密封所述波导耦合器。