CN113540725B - 一种具有滤波特性的波导耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有滤波特性的波导耦合器，包括波导，多个波导谐振腔沿波导长边并排设置，相邻波导谐振腔之间通过滤波器耦合结构连通，波导与波导谐振腔之间通过波导耦合腔连通；波导谐振腔的高度较滤波器耦合结构的高度高。波导谐振腔和滤波器耦合结构共同实现滤波功能。调节波导谐振腔和滤波器耦合结构的数量和尺寸可以改变波导滤波器的工作频率和性能，调节波导耦合腔的数量、尺寸和相对位置可以调节波导耦合器的工作频率、耦合系数和其它性能。本设计的波导耦合器具有滤波器和耦合器的功能，结构设计紧密，尺寸相比于传统的波导耦合器差别不大，各部件的尺寸、数量、相对位置可灵活设计，具有低损耗、低成本、便于加工的优点。

Description

一种具有滤波特性的波导耦合器
技术领域
本发明涉及毫米波相控阵雷达领域，尤其是一种具有滤波特性的波导耦合器。
背景技术
在近些年来毫米波相控阵雷达领域迅猛发展的大背景下，毫米波电路和器件对于小型化和多功能的要求越来越高。而波导作为毫米波领域常用的传输线，具有损耗小、功率容量大和结构简单等优点，也有尺寸大和集成难度高等缺点。为适应更新的需要，提高毫米波波导电路的集成度成为了重点研究目标。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具备滤波特性的波导耦合器，以实现滤波器和耦合器的复合功能，以极大地减小结构的尺寸。
本发明采用的技术方案如下：
一种具有滤波特性的波导耦合器，包括波导、波导谐振腔、滤波器耦合结构和波导耦合腔；所述波导谐振腔至少为两个，各所述波导谐振腔并排设置；相邻所述波导谐振腔之间通过所述滤波器耦合结构连通；所述波导耦合腔至少为一个，各所述波导耦合腔的两端分别连通所述波导和所述波导谐振腔；所述波导谐振腔、滤波器耦合结构和波导耦合腔均沿过所述波导的高度中线的横截面对称分布；所述滤波器耦合结构的高度与所述波导谐振腔的高度不同。
进一步的，所述波导谐振腔的高度与所述波导的高度相同。
进一步的，所述波导谐振腔的高度较所述滤波器耦合结构高，所述波导耦合腔连接于所述波导谐振腔上。
进一步的，各所述滤波器耦合结构的高度不全相同。
进一步的，各所述波导谐振腔的形状不全相同。
进一步的，所述波导耦合腔的高度不高于所述波导谐振腔的高度。
进一步的，所述波导为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
进一步的，所述波导、波导谐振腔、滤波器耦合结构和波导耦合腔一体成型。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本设计的波导耦合器同时具有滤波器和耦合器的功能，结构设计紧密，尺寸相比于传统的波导耦合器差别不大。
2、本设计的波导耦合器设计灵活，能够通过更改各部件（耦合腔、谐振腔、耦合结构等）的尺寸、数量、相对位置等来适应不同的设计需求。
3、本设计的波导耦合器采用一体化波导结构设计，微波能量泄露极少，具有低损耗的优点。整体结构可通过一次加工实现，不需要额外器件和工序，具有成本低、结构紧凑、加工难度低等优点。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是具有滤波特性的波导耦合器的整体示意图。
图2是图1的具有滤波特性的波导耦合器沿过波导的高度中线的横截面对称剖开的上半部分示意图。
图3是图1的具有滤波特性的波导耦合器的正视图。
图4是图1的具有滤波特性的波导耦合器的俯视图。
图5是图1的具有滤波特性的波导耦合器的侧视图。
图6和图7为具有滤波特性的波导耦合器的性能实测结果，其中S11表示滤波器输入端口回波损耗、S21表示滤波器输出端口插入损耗、S31表示波导耦合端口的耦合系数。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
本实施例公开了一种一体成型的、具有滤波特性的波导耦合器。如图1、图2所示，波导谐振腔2、滤波器耦合结构3和波导耦合腔4均沿过波导1的高度中线的横截面对称分布。波导1为矩形波导。多个波导谐振腔2沿波导1的长边（长度方向）并排设置，每两个相邻波导谐振腔2间，通过一个滤波器耦合结构3连通，则同样的，每两个相邻滤波器耦合结构3之间，连接有一个波导谐振腔2。滤波器耦合结构3和波导谐振腔2的高度不同，由此，波导谐振腔2和滤波器耦合结构3共同实现滤波功能，波导谐振腔2决定微波谐振频率，调节波导谐振腔2和滤波器耦合结构3的数量和尺寸可以改变波导滤波器的工作频率和性能。波导1、波导谐振腔2和滤波器耦合结构3构成的波导滤波器具有低通、高通、或带通频率选择功能。
波导谐振腔2和滤波器耦合结构3构成的连通结构，通过波导耦合腔4与波导1连通，波导耦合腔4连接于波导谐振腔2上，通常连接于波导谐振腔2的中间位置。波导耦合腔4的数量、尺寸以及相对位置（连接哪个波导谐振腔2）均可根据需要设定，而调节波导耦合腔4的数量、尺寸和相对位置可以调节波导耦合器的工作频率、耦合系数和其它性能。通常的，波导耦合腔4的高度是小于波导1的高度的。将波导耦合腔4连接在波导谐振腔2上而非滤波器耦合结构3上，是因为波导谐振腔2的高度较滤波器耦合结构3高，以此便于波导耦合腔4高度高于滤波器耦合结构3时的连接。
如图3、图5所示，各波导谐振腔2的高度相同，且均与波导1的高度相同。各滤波器耦合结构3的高度可以相同，也可以不同（包括不全相同），通常是需要设计为不全相同，以达到滤波目的。无论各滤波器耦合结构3的高度是否相同，各滤波器耦合结构3的高度均较波导谐振腔2的高度小。
如图4所示，多个波导谐振腔2排列的长度与波导1的长度等长，波导耦合腔4连接在部分波导谐振腔2上。
而对于各波导谐振腔2的形状，根据不同的需要，彼此设计为相同或不同。如图3、图4所示，可将部分波导谐振腔2设计为矩形波导，部分波导谐振腔2设计为圆波导。
对上述实施方式的波导耦合器进行性能测试，测试结果如图6、图7所示。由图6和图7的实测结果可知，该波导耦合器在91.2GHz~94.6GHz频率范围内的滤波器输入端口回波损耗S11小于-15dB，滤波器输出端口插入损耗S21小于1dB，波导耦合端口的耦合系数S31在22 dB ~25 dB之间，具有良好的滤波效果和耦合效果。
实施例二
本实施例公开了另一种具有滤波特性的波导耦合器，其大体结构与实施例一中的具有滤波特性的波导耦合器相同，唯一不同之处在于，本实施例中，部分或全部波导谐振腔2的高度与波导1不同。
实施例三
本实施例公开了另一种具有滤波特性的波导耦合器，其大体结构与实施例一中的具有滤波特性的波导耦合器相同，唯一不同之处在于，本实施例中，波导1为圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
进一步说明，波导1可以是标准形式波导，也可以是非标准形式波导。
实施例四
本实施例公开了另一种具有滤波特性的波导耦合器，其大体结构与实施例一中的具有滤波特性的波导耦合器相同，唯一不同之处在于，本实施例中，各波导谐振腔2的高度均高于波导1的高度。
实施例五
本实施例公开了另一种具有滤波特性的波导耦合器，其对实施例一中的具有滤波特性的波导耦合器的结构进行了进一步设计。
本实施例中，波导耦合腔4连接在相邻波导谐振腔2上。例如如图4所示，在第2、3个波导谐振腔2上分别连接一个波导耦合腔4。
实施例六
本实施例公开了另一种具有滤波特性的波导耦合器，其大体结构与实施例一中的具有滤波特性的波导耦合器相同，唯一不同之处在于，本实施例中，各波导耦合腔4并不限定于仅连接在波导谐振腔2上，其可以连接在除波导谐振腔2外的其他位置，例如连接于滤波器耦合结构3上，或者波导谐振腔2与滤波器耦合结构3的连接处。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种具有滤波特性的波导耦合器，包括波导（1），其特征在于，还包括波导谐振腔（2）、滤波器耦合结构（3）和波导耦合腔（4）；所述波导谐振腔（2）至少为两个，各所述波导谐振腔（2）沿波导（1）的长边并排设置；相邻所述波导谐振腔（2）之间通过所述滤波器耦合结构（3）连通；所述波导耦合腔（4）至少为一个，各所述波导耦合腔（4）的两端分别连通所述波导（1）和所述波导谐振腔（2）；所述波导谐振腔（2）、滤波器耦合结构（3）和波导耦合腔（4）均沿过所述波导（1）的高度中线的横截面对称分布；所述波导谐振腔（2）的高度较所述滤波器耦合结构（3）高，所述波导耦合腔（4）连接于所述波导谐振腔（2）上。
2.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，所述波导谐振腔（2）的高度与所述波导（1）的高度相同。
3.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，各所述滤波器耦合结构（3）的高度不全相同。
4.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，各所述波导谐振腔（2）的形状不全相同。
5.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，所述波导耦合腔（4）的高度不高于所述波导谐振腔（2）的高度。
6.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，所述波导（1）为矩形波导、圆波导、脊波导或同轴波导中的一种。
7.如权利要求1所述的具有滤波特性的波导耦合器，其特征在于，所述波导（1）、波导谐振腔（2）、滤波器耦合结构（3）和波导耦合腔（4）一体成型。
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