CN206585050U - 一种v波段宽带波导分支定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于雷达射频信号检测领域，特别涉及一种V波段宽带波导分支定向耦合器。本实用新型包括E面耦合的第一波导和第二波导，所述第一波导和第二波导互相平行，第一波导具有输入端口和直通端口，第二波导具有隔离端口和耦合端口，所述第一波导与第二波导之间设置有3个柱状耦合块，所述耦合块与耦合块之间、耦合块与第一波导和第二波导的连接处均形成耦合缝隙，本实用新型的带宽可达到10G以上，而且带内传输损耗小，本实用新型在保证了V波段电性能的同时，微尺寸器件结构加工基于常规工艺工程即可实现，易于加工，插入损耗小，带内耦合平坦度好，隔离度高。
Description
技术领域
本实用新型属于雷达射频信号检测领域，特别涉及一种V波段宽带波导分支定向耦合器。
背景技术
在现代雷达射频领域中，毫米波技术渐渐成为研究热点。在毫米波段，目前通常采用波导分支定向耦合器来检测毫米波信号。波导分支定向耦合器的耦合度和耦合缝隙的宽度有关，耦合缝隙的宽度越小，耦合过去的能量越小，耦合度就越小。但是由于频带的增高，波长越来越小，这就要求耦合缝隙进一步减小。
传统的波导分支定向耦合器的耦合面采用的是方块状的耦合块，而在V波段器件设计中，由于频率很高在50GHz～60GHz之间，波导分支耦合器的分支耦合体尺寸非常小，如若实现15dB的耦合度，传统的块状分支耦合体已难以在现有的机械加工工艺上实现，亟需提供一种易于加工的V波段宽带波导分支定向耦合器。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种V波段宽带波导分支定向耦合器，本实用新型易于加工、损耗小、带内耦合平坦度好、隔离度高。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术措施：
一种V波段宽带波导分支定向耦合器包括E面耦合的第一波导和第二波导，所述第一波导和第二波导互相平行，第一波导具有输入端口和直通端口，第二波导具有隔离端口和耦合端口，所述第一波导与第二波导之间设置有多个耦合块，所述耦合块与耦合块之间、耦合块与第一波导和第二波导的连接处均形成耦合缝隙。
本实用新型还可以通过以下技术措施进一步实现。
优选的，所述耦合块设置为三个，形成的耦合缝隙的数量为四个。
优选的，所述耦合块与耦合块之间的中心间距为中心频率的1/4波导波长。
优选的，所述耦合块为柱状耦合块。
优选的，所述第一波导和第二波导均为矩形波导。
进一步的，本波导分支定向耦合器采用左右对称结构。
进一步的，所述第一波导的两个波导臂与第二波导垂直。
本实用新型的有益效果在于：
1)、本实用新型包括E面耦合的第一波导和第二波导，所述第一波导与第二波导之间设置有3个柱状耦合块，所述耦合块与耦合块之间、耦合块与第一波导和第二波导的连接处均形成耦合缝隙，本实用新型的带宽可达到10G以上，而且带内传输损耗小，本实用新型在保证了V波段电性能的同时，微尺寸器件结构加工基于常规工艺工程即可实现，易于加工，插入损耗小，带内耦合平坦度好，隔离度高。
2)、本波导分支定向耦合器采用左右对称结构，第一波导的两个波导臂与第二波导垂直，保证了后期波导口法兰盘的安装互不干扰。
附图说明
图1为本实用新型波导分支定向耦合器的一个实施例的二维俯视图；
图2为本实用新型波导分支定向耦合器的一个实施例的三维结构示意图；
图3为本实用新型波导分支定向耦合器的一个实施例的输入端口的驻波结果图；
图4为本实用新型波导分支定向耦合器的一个实施例的直通端口的插入损耗仿真结果图；
图5为本实用新型波导分支定向耦合器的隔离端口的隔离度仿真结果图；
图6为本实用新型中波导分支定向耦合器的耦合端口的耦合度仿真结果图。
图中的附图标记含义如下：
10—第一波导 20—第二波导 30—耦合块
40—耦合缝隙
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、2所示，本实用新型实施例提供的V波段宽带波导分支定向耦合器包括E面耦合的第一波导10和第二波导20，所述第一波导10和第二波导20互相平行，第一波导10具有输入端口Port1和直通端口Port2，第二波导20具有隔离端口Port3和耦合端口Port4，所述第一波导10与第二波导20之间设置有多个耦合块30，所述耦合块30与耦合块30之间、耦合块30与第一波导10和第二波导20的连接处均形成耦合缝隙40。
所述第一波导10和第二波导20构成两个主线波导，所述若干耦合缝隙40构成若干分支线波导，其中，直通端口Port2和耦合端口Port4为输出端口，且两输出信号存在90度的相位差。其原理为：毫米波信号从输入端口Port1输入并一分为二，一部分直接输出到直通端口Port2，另一部分通过耦合缝隙40输出到耦合端口Port4，隔离端口Port3无输出被隔离。耦合度的大小与耦合缝隙40的宽度有关，简单说来，就是耦合缝隙40越小，则从耦合缝隙40过去的能量越少，那么耦合度越小。随着频带的增高，波长越来越小，这就要求耦合缝隙进一步减小，因此在加工工艺上，主要加工难度来自于耦合缝隙间的耦合体的尺寸。
而在V波段这种毫米波频段下尺寸要求越来越小，加工难度很大。本实用新型的实施例在满足雷达要求15dB耦合度的前提下采用圆柱体耦合块之后，就可以在不引入波导高次模的前提下通过调整圆柱体的直径来获得15dB耦合度，通过HFSS仿真软件的优化处理确定圆柱体的直径为0.5mm，这样就减小了加工难度，采用常规的加工工艺即可实现。由此也大大提高了本实用新型的带宽，在本实用新型的某些优选实施例中，相对带宽可达10G以上。实际应用时，可以与相关宽带的雷达射频微波模块配合使用。
具体的，请参照图1和图2，在本实用新型的某些优选实施例中，所述耦合缝隙40的数量为四个，柱状耦合块为三个。耦合缝隙40的数量也可以更多，但本实用新型的实施例可以保证在实现相同性能的情况下，所需要的分支线波导更少，比其他定向耦合器可以少一半的分支线，从而使该实施例结构更简单，加工更容易。
优选的，所述三个耦合柱的中心间距为中心频率的1/4波导波长。在实际应用中，逼近函数可以选择切比雪夫函数。对定向耦合器做奇偶模分析时，通过调整圆柱偶合体的直径和它们的中心距离，使其带内的电压驻波比和定向性接近最佳。
具体的，在本实用新型的某些优选实施例中，所述第一波导10和第二波导20均为矩形波导。
实际应用中，所述波导分支定向耦合器可以采用左、右均对称的结构，所述第一波导10的两个波导臂与第二波导20垂直。第一波导10两臂打了90°弯，为了后期在结构上方便波导口法兰盘的安装不干扰。请参照图1和图2，波导采用波导BJ-620，波导宽边a＝3.759mm，波导窄边b＝1.88mm，定向耦合器的节数n＝3，相邻圆柱体的间距为2mm，三个圆柱体的直径为0.5mm，大大降低加工难度和精度要求，并减小加工误差对电性能的影响，工程可实现。如果采用传统块状分支定向耦合器，该尺寸工程上很难实现，加工误差难以保证。
需要说明的是，本实用新型主要应用于雷达毫米波的收发前端，其工作频段是50GHz～60GHz。
如图3所示，本实用新型实施例的V波段宽带波导分支定向耦合器的输入端的驻波在整个宽带内均在-20dB以下。其中，S11为Port1归一化反射电压波与Port1归一化入射电压波的比值，即表示Port1的输入驻波比。
如图4所示，本实用新型实施例的V波段宽带波导分支定向耦合器的直通端口的传输特性S12/S21在整个宽带内都小于0.19dB，表明了良好的传输特性。其中，S12为Port1归一化传输电压波与Port2归一化入射电压波的比值，S21为Port2归一化传输电压波与Port2归一化入射电压波的比值。
如图5所示，本实用新型实施例的V波段宽带波导分支定向耦合器的隔离端口的隔离度在整个宽带内均大于30dB，隔离度很好。其中，S31为Port3归一化传输电压波与Port1归一化入射电压波的比值。
如图6所示，本实用新型实施例的V波段宽带波导分支定向耦合器的耦合端口的耦合度均在15dB左右，带内耦合平坦度控制在1.4dB范围内。其中，S41为Port4归一化传输电压波与Port1归一化入射电压波的比值。
Claims (7)
1.一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：包括E面耦合的第一波导(10)和第二波导(20)，所述第一波导(10)和第二波导(20)互相平行，第一波导(10)具有输入端口和直通端口，第二波导(20)具有隔离端口和耦合端口，所述第一波导(10)与第二波导(20)之间设置有多个耦合块(30)，所述耦合块(30)与耦合块(30)之间、耦合块(30)与第一波导(10)和第二波导(20)的连接处均形成耦合缝隙(40)。
2.如权利要求1所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：所述耦合块(30)设置为三个，形成的耦合缝隙(40)的数量为四个。
3.如权利要求2所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：所述耦合块(30)与耦合块(30)之间的中心间距为中心频率的1/4波导波长。
4.如权利要求1～3任一项所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：所述耦合块(30)为柱状耦合块。
5.如权利要求4所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：所述第一波导(10)和第二波导(20)均为矩形波导。
6.如权利要求5所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：本波导分支定向耦合器采用左右对称结构。
7.如权利要求6所述的一种V波段宽带波导分支定向耦合器，其特征在于：所述第一波导(10)的两个波导臂与第二波导(20)垂直。
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