CN114256584A - 一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波、毫米波和太赫兹领域，具体为一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器。包括包括作为微波主通道的主波导、作为取样信号通道的副波导、以及用于连通主波导和副波导的耦合通道。其中副波导为N段矩形波导构成的阶梯状渐变波导，每一段矩形波导的宽边a长度沿主波导轴向方向逐渐增大。在工作频带内，信号通过主波导H面的耦合通道耦合进入副波导的每一段，由于副波导中每一段的宽边a长度不同，所以对不同频率的信号耦合量和衰减量也不同，最终通过多个耦合通道的耦合信号在副波导耦合段叠加，在宽频带内耦合度几乎保持一致。

Description

一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器
技术领域
本发明属于微波、毫米波和太赫兹领域，具体为一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器。
背景技术
耦合器是一种用途广泛的微波元件，它可以看作是一种功率分配器。一般耦合器由两路微波传输线相耦合组成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线等微波传输结构都可以构成耦合器；所以从结构来看耦合器种类繁多，而且差异较大，但是从耦合作用的激励来看主要可以分为：小孔耦合、平行耦合、分支耦合和匹配双T。
在这些种类的耦合器中，传统的多孔耦合器是应用最为广泛，其结构如图1所示，包括一个主波导和一个副波导，主波导和副波导之间通过耦合缝隙连接。整体结构简单，但是带宽较窄且带内耦合度波动较大。图2为传统多孔耦合器耦合度参数图，从图2可以看出，在传统多孔耦合器中，耦合度随频率升高而降低，在带内平坦度较差，在较宽频率范围内耦合度难以保持一致，无法满足通过耦合器耦合的功率波动小的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，以解决现有多孔耦合器因带宽较窄，带内耦合度波动较大，导致其无法满足对耦合功率波动较小的要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，该耦合器包括作为微波主通道的主波导、作为取样信号通道的副波导、以及用于连通主波导和副波导的耦合通道；
所述主波导为矩形波导，其宽边a和窄边b的比例范围为3：1～1.5：1，宽边的尺寸取值范围为1～2λ1，λ1为最低工作频率的波长；
所述副波导为N段矩形波导构成的阶梯状渐变波导；每一段矩形波导的窄边b1长度相等，宽边a长度沿主波导轴向方向逐渐增大，且每一段与主波导连通的H面在同一平面上，N≥3；
所述耦合通道设置在主波导的H面和副波导的H面之间，耦合通道应≥N-1，且副波导的前N-1段每一段都至少有一个耦合通道与主波导连通。
进一步的，所述耦合通道包括设置在主波导H面的通孔和设置在副波导H面的通孔；副波导上的通孔与主波导上的通孔大小相同且一一对应连通。
更进一步的，所述通孔的形状为圆孔、方孔、耦合缝隙或其他任意形状。
更进一步的，所述通孔中每组孔大小都是非均匀的，每个孔之间的间距也是非均匀的。
本发明提供的一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，在工作频带内，信号通过主波导H面的耦合通道耦合进入副波导的每一段，由于副波导中每一段的宽边a长度不同，所以对不同频率的信号耦合量和衰减量也不同，最终通过多个耦合通道的耦合信号在副波导耦合端叠加，形成在宽频带内耦合度非常平坦的信号，这样在宽带内就能够稳定地提取信号。与现有技术相比，本发明解决现有多孔定向耦合器无法满足耦合功率波动小的要求，可以广泛用于微波、毫米波和太赫兹领域。
附图说明
图1为传统多孔耦合器结构示意图；
图2传统多孔耦合器耦合度参数图；
图3为实施例整体结构示意图；
图4为实施例的性能参数图；
图5为实施例的耦合器和传统多孔耦合器耦合度对比图；
附图标记：
1、主波导；2、副波导；3、耦合通道；4、副波导第一段；5、副波导第二段；6、副波导第三段；a、宽边；b、主波导窄边；b1、副波导窄边。
具体实施方式
下面结合附图和实施列对本发明进行进一步说明。
如图3所示，本发明提供的一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，包括主波导1、副波导2和用于连通主波导和副波导的耦合通道3。
主波导1和副波导2相互隔离，主波导1的主模E面与副波导2的主模E面相互平行。主波导1为矩形波导，其宽边a和窄边b的比例范围为3：1～1.5：1，宽边a的尺寸取值范围为1～2λ1，λ1为最低工作频率的波长。副波导2为N段矩形波导构成的阶梯状渐变波导；每一段矩形波导的窄边b1长度相等，宽边a长度沿主波导1轴向方向逐渐增大，且每一段与主波导1连通的H面在同一平面上，N≥3。本实施例中，副波导由3段矩形波导构成，其中第一段4、第二段5、第三段6、三段的宽边a长度沿轴向逐渐增大。耦合通道3设置在主波导1的H面和副波导2的H面之间，耦合通道3设置数量应≥N-1，且副波导2的前N-1段每一段都至少有一个耦合通道3与主波导1连通。耦合通道3包括设置在主波导1H面上的通孔和设置副波导H面上的通孔；副波导上的通孔与主波导上的通孔大小相同且一一对应连通。通过可以是圆孔、方孔、耦合缝隙或者其他任何形式。
按照如下尺寸制作上述超宽带耦合度平坦的多孔耦合器：
该耦合器总长度轴向长度90mm，主波导1宽边a尺寸为33mm，窄边b尺寸为15.4mm；副波导2沿主波导1轴向4、5、6三段的宽边a长度依次为11.8mm、31.8mm、33mm，副波导长度b1为15.4mm，其长度依次为17.6mm、41.4mm、18.9mm，第一段3起始端距离主波导输入端口所在的平面12.2mm。所述耦合通道3为5个设置在主波导主模H面和副波导主模H面之间的耦合缝隙，缝隙高度与副波导2窄边b1长度相等，每个缝隙距离主波导输入端的距离分别为18.8mm、33mm、43.2mm、56.1mm、67.4mm，其长度分别为2.66mm、5.90mm、4.73mm、4.67mm、4.47mm。
本实施例超宽带耦合度平坦的多孔耦合器工作频段为6GHz-12GHz。在该工作频段内测试其性能，如图4所示，该耦合器的反射系数S11在6-12GHz内都小于-30dB，耦合器传输系数S21都等于0dB，耦合器的传输系数，S31在6-12GHz内都小于-39.8dB，大于-40.2dB。由此可见，本发明结构能够实现在工作频段(6-12GHz)耦合度-40±0.2dB，同时在全频带(6-12GHz)内保持小于-30dB的反射。
为了更好的体现本实施例的优点，将本实施例的耦合器与传统多孔耦合器耦合度进行对比，对比结果如图5所示，本实施例的耦合度更加平坦。
以上实例仅为方便说明本发明，本发明提出的耦合器可用于不同频段的信号提取。通过改变本发明方案中所提及的各个参数、使用本发明的结构，均属于本发明所保护的范畴。

Claims (3)

1.一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，该耦合器包括作为微波主通道的主波导、作为取样信号通道的副波导、以及用于连通主波导和副波导的耦合通道，其特征在于：
所述主波导为矩形波导，其宽边a和窄边b的比例范围为3：1～1.5：1，宽边的尺寸取值范围为1～2λ1，λ1为最低工作频率的波长；
所述副波导为N段矩形波导构成的阶梯状渐变波导；每一段矩形波导的窄边b1长度相等，宽边a长度沿主波导轴向方向逐渐增大，且每一段与主波导连通的H面在同一平面上，N≥3；
所述耦合通道设置在主波导的H面和副波导的H面之间，耦合通道应≥N-1，且副波导的前N-1段每一段都至少有一个耦合通道与主波导连通。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，其特征在于：所述耦合通道包括设置在主波导H面的通孔和设置在副波导H面的通孔；副波导上的通孔与主波导上的通孔大小相同且一一对应连通。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带耦合度平坦的多孔耦合器，其特征在于：所述通孔的形状为圆孔、方孔、耦合缝隙或其他任意形状。
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