CN217239727U - 超宽带加脊正交模耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超宽带加脊正交模耦合器，所述正交模耦合器内部设有模式分离腔体、合路腔体以及匹配腔体，所述正交模耦合器的腔体内设有两条脊，分别为第一脊和第二脊；所述第一脊和所述第二脊位于所述模式分离腔体内上下相对设置的第一侧面和第二侧面上，所述第一脊和第二脊从公共端口向匹配腔体方向延伸且高度逐渐增加的梯形脊，所述公共端口的最外侧为正方形。通过本实用新型提供的技术方案，能够解决现有技术中正交模耦合器的带宽较窄，无法实现单个器件覆盖5G全频段；以及，工艺加工难度加大，生产条件苛刻的技术问题。

Description

超宽带加脊正交模耦合器

技术领域

本实用新型涉及耦合器技术领域，尤其涉及一种超宽带加脊正交模耦合器。

背景技术

第五代蜂窝移动通信系统其特点是速度快、延迟低、连接密集。相较于之前几代通信系统，5G通信系统使用的频率有明显的提高。但是在实际测试过程中，现有的正交模耦合器的带宽较窄，无法实现单个器件覆盖5G全频段。此外，现有的正交模耦合器还存在工艺加工难度加大，生产条件苛刻的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种频带可覆盖5G全频段，且加工工艺简单，生成成本低的超宽带加脊正交模耦合器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：

所述正交模耦合器内部设有模式分离腔体、合路腔体以及匹配腔体，所述模式分离腔体用于将公共端口传输的波分离成TE01模和TE10模，所述合路腔体与所述模式分离腔体的两个侧口连通，用于将两个侧口传输的TE01模合并成一路，并从第一标准矩形口输出，所述匹配腔体与所述模式分离腔体的直通口连接，用于将所述直通口传输的TE10模过渡为第二标准矩形口输出；

其中，所述正交模耦合器的腔体内设有两条脊，分别为第一脊和第二脊；所述第一脊和所述第二脊位于所述模式分离腔体内上下相对设置的第一侧面和第二侧面上，所述第一脊和第二脊从公共端口向匹配腔体方向延伸且高度逐渐增加的梯形脊，所述公共端口的最外侧为正方形；

以及，所述匹配腔体呈L型，所述模式分离腔体的所述直通口通过所述匹配腔体过渡为标准矩形口；

其中，所述匹配腔体在L型转折处的外侧设有台阶结构，且所述台阶结构沿所述L型转折处的转折宽度方向设置；

其中，在所述L型转折处至所述直通口的方向上，所述匹配腔体外周的四个侧壁为平滑状态，且相对设置的侧壁两两平行，相邻设置的侧壁两两垂直。

进一步的技术方案在于：所述合路腔体中的两个分离的腔体与所述模式分离腔体的两个侧口连通后合并为一个腔体，该腔体的上下内表明为平面。

进一步的技术方案在于：所述合路腔体靠近第一标准矩形口的部分的相对的前后侧面之间的距离逐渐减小。

进一步的技术方案在于：所述匹配腔体从所述L型转折处至所述标准矩形口设有四个目标侧壁，其中，所述四个目标侧壁分为一组相对设置的阶梯状侧壁和一组相对设置的平滑状侧壁。

进一步的技术方案在于：所述阶梯状侧壁与所述L型转折处的转折宽度平行设置；以及，在所述L型转折处至所述第二标准矩形口的方向上，两个所述阶梯状侧壁之间的距离通过阶梯结构逐渐增加，直至将所述匹配腔体端口过渡为第二标准矩形口。

进一步的技术方案在于：所述平滑状侧壁与所述L型转折处的转折宽度垂直设置；以及，在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上，两个所述平滑状侧壁之间的距离始终一致。

进一步的技术方案在于：所述阶梯状侧壁与所述平滑状侧壁之间的交接处的至少部分设置有倒角。

进一步的技术方案在于：所述阶梯状侧壁的第一阶梯面与所述平滑状侧壁之间的交接处设置有倒角；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间的部分交接处设置有倒角；

其中，所述阶梯状侧壁的第一阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上的第一个阶梯面至倒数第二个阶梯面；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上的最后一个阶梯面。

进一步的技术方案在于：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁交接处设置有倒角的部分为：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间交接处远离所述标准矩形口的部分。

进一步的技术方案在于：所述阶梯状侧壁的阶梯变化满足切比雪夫抗阻变换。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：在本申请中超宽带加脊正交模耦合器通过两脊结构拓宽了带宽，解决了现有正交模耦合器的带宽较窄，无法实现单个器件覆盖5G全频段的技术问题，实现了更宽的工作带宽、更高的端口隔离和交叉极化隔离的技术效果。

此外，本申请中的超宽带加脊正交模耦合器通过将匹配腔体的设置为梯形过度结构，降低实际加工难度，使得超宽带加脊正交模耦合器的生产条件大幅度降低，令超宽带加脊正交模耦合器可以规模生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例所述超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的内部腔体的结构示意图；

图2示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的模式分离腔体的结构示意图；

图3示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的合路腔体的结构示意图；

图4示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的匹配腔体的结构示意图；

图5示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的正视透视图；

图6示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的侧视透视图；

图7示出了图1中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的立体透视图；

图8示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的结构示意图一；

图9示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的结构示意图二；

图10示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的下壳体的结构示意图；

图11示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的上壳体的结构示意图；

图12示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的分解结构示意图；

图13示出了本实用新型提供的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的分解结构示意图；

其中：1、模式分离腔体；1-1、侧口；1-2、直通口；1-3公共端口；2、合路腔体；2-1、合路腔；2-2、第一转换腔；2-3、第二转换腔；2-4、第一标准矩形口；3、匹配腔体；3-1、台阶结构；3-2、第二标准矩形口；4、第一脊；5、第二脊。

具体实施方式

下面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的一部分实施例，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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1至图4所示，本实用新型实施例公开了一种超宽带加脊正交模耦合器(OMT)，所述超宽带加脊正交模耦合器(OMT)内部设有模式分离腔体1、合路腔体2以及匹配腔体3，其中，模式分离腔体1用于将公共端口1-3传输的波分离成TE01模和TE10模，合路腔体2与模式分离腔体3的两个侧口1-1连接，用于将两个侧口1-1传输的TE01模合并成一路，并从第一标准矩形口2-4输出，匹配腔体3与模式分离腔体1的直通口1-2连接，用于将直通口1-2传输的TE10模的平缓过渡到第一标准矩形口2-4输出。

需要说明的是：在申请中为了将超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的内部腔体结构描述清楚，因此，将超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的内部腔体划分为模式分离腔体1、合路腔体2和匹配腔体3，也即，本申请对超宽带加脊正交模耦合器(OMT)内部腔体的具体划分方式并不做具体限定。

其中，本申请超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的内部腔体结构可以如图1所示，模式分离腔体1可以如图2所示，合路腔体2可以如图3所示，匹配腔体3可以如图4所示。需要说明的是：图1-4均为超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的内部腔体模型，而非超宽带加脊正交模耦合器(OMT)实体模型。

需要说明的是：本申请超宽带加脊正交模耦合器(OMT)与外界连接涉及到三个端口，即，公共端口1-3(传输有TE01模和TE10模)、第一标准矩形口2-4(传输有TE01模)、第二标准矩形口3-2(传输有TE10模)。

针对上述三个端口，举例说明：本申请的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)从公共端口1-3接受到电磁波，而该电磁波基于模式分离腔体的腔体结构分离成TE01模和TE10模，其中TE01模从模式分离腔体1的两个侧口传输至合路腔体2，并基于合路腔体2的腔体结构合并成一路，并从合并腔体2的第一标准矩形口2-4输出；TE10模从模式分离腔体1的直通口传输至匹配腔体3，并从匹配腔体的第二标准矩形口输出。

针对上述三个端口，举例说明：本申请的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)从合路腔体的标准矩形口接收TE01模，并将TE01模划分为两路传输至模型分离腔体的两个侧口；且本申请的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)从匹配腔体的标准矩形口接收TE10模，并将TE10模传输至模型分离腔体的直筒口；此时，模型分离腔体从两个侧口处接受到TE01模，从直通口处接受到TE10模，进而模型分离腔体将接收到的TE01模和TE10模合并成一路从公共端口处输出。

在一种可选的实施例中，所述超宽带加脊正交模耦合器(OMT)上设有两条脊，分别为第一脊和第二脊；所述第一脊4和所述第二脊5位于所述模式分离腔体1内上下相对设置的第一侧面和第二侧面上，所述第一脊4和第二脊5为从公共端口1-3向匹配腔体3方向延伸且高度逐渐增加的梯形脊，所述公共端口1-3为正方形口。

此外，如图1所示，所述合路腔体2中的两个分离的腔体与所述模式分离腔体1的两个侧口1-1连通后合并为一个腔体，该腔体的上下内表明为平面。所述合路腔体2靠近第一标准矩形口2-4的前后侧面之间的距离逐渐减小。

也即，在本申请中超宽带加脊正交模耦合器(OMT)通过两脊结构拓宽了带宽，解决了现有产品没有针对5G毫米波测试频段、没有标准波导覆盖5G毫米波频段，以及现有双线极化具体为交叉极化30dB，端口隔离20dB的技术问题。也即，本申请中的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)相对于现有产品达到了更宽的工作带宽、更高的端口隔离和交叉极化隔离的技术效果。

在一个可选的示例中，所述第一脊和所述第二脊的第一端位于所述公共端口内，另一端延伸至所述模式分离腔体的直通口处。

需要说明的是：现有技术中尚未存在两脊端口，该处技术特征为在技术史上未曾有过先例，且该技术特征取得了如下技术效果：令本申请的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)相对于现有产品达到了更宽的工作带宽。

在一个可选的示例中，如图1-图2所示，所述第一脊的第二端和所述第二脊的第二端在所述模式分离腔体1内，且所述第一脊和第二脊的高度呈阶梯状并逐渐增加。

在一个可选的示例中，所述合路腔体2包括合路腔2-1、第一转换腔2-2和第二转换腔2-3，所述第一转换腔2-2的第一端和所述第二转换腔2-3的第一端分别与所述模式分离腔体1的所述两个侧口1-1连接，所述第一转换腔2-2的第二端和所述第二转换腔2-3的第二端均与所述合路腔2-1连接，其中，所述第一转换腔2-2和所述第二转换腔2-3用于将单脊波导转换至矩形波导；所述合路腔2-1用于将两路矩形波导合并成一路矩形波导。

在一个可选的示例中，所述匹配腔体3呈L型，所述模式分离腔体1的所述直通口1-2通过所述匹配腔体3过渡为第二标准矩形口，具体的，所述匹配腔体主要有如下几个特征：

1、在L型转折处的外侧设有台阶结构3-1，而所述台阶结构3-1沿所述L型转折处的转折宽度方向设置

2、在所述L型转折处至所述直通口的方向上，所述匹配腔体外周的四个侧壁为平滑状态，且相对设置的侧壁两两平行，相邻设置的侧壁两两垂直。

3、所述匹配腔体从所述L型转折处至所述标准矩形口设有四个目标侧壁，其中，所述四个目标侧壁分为一组相对设置的阶梯状侧壁和一组相对设置的平滑状侧壁。

关于阶梯状侧壁，需要说明的是：所述阶梯状侧壁与所述L型转折处的转折宽度平行设置；以及，在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上，两个所述阶梯状侧壁之间的距离通过阶梯结构逐渐增加，直至将所述匹配腔体端口过渡为标准矩形口。

关于平滑状侧壁，需要说明的是：所述平滑状侧壁与所述L型转折处的转折宽度垂直设置；以及，在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上，两个所述平滑状侧壁之间的距离始终一致。

可选的，阶梯状侧壁与平滑状侧壁之间通过直角转折。但是，若设计阶梯状侧壁与平滑状侧壁之间通过直角转折，则会导致超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的生产工艺难度大幅度提升。此时，本申请提供了另一种优选方式，即，令阶梯状侧壁与平滑状侧壁之间通过倒角转折，以便适当降低超宽带加脊正交模耦合器(OMT)的生产工艺难度。

具体的倒角设置可以为：所述阶梯状侧壁与所述平滑状侧壁之间的交接处的至少部分设置有倒角。例如图4和图6所示：所述阶梯状侧壁的第一阶梯面与所述平滑状侧壁之间的交接处设置有倒角；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间的部分交接处设置有倒角；其中，所述阶梯状侧壁的第一阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上的第一个阶梯面至倒数第二个阶梯面；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述标准矩形口的方向上的最后一个阶梯面。

需要说明的是：上述第一阶梯面可以为多个，例如图4和图6所示，在该附图所展示的示例中，第一阶梯面为三个。当然，优选情况仍如图4和图6所示，第一阶梯面的数量为三个。

需要说明的是：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁交接处设置有倒角的部分可以为：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间交接处远离所述标准矩形口的部分，具体也如图4和图6所示。

此外，所述阶梯状侧壁的阶梯变化满足切比雪夫抗阻变换。

最后，还需要说明的是：超宽带加脊正交模耦合器(OMT)上设置的四条脊的横截面尺寸满足如下公式：

式中，a₁为公共端口的长边边长；a₂为脊宽；b₁为公共端口的宽边边长；b₂为脊间距；μ为相对磁导率；ε为相对介电常数；f_c为截止频率；C_f为边缘电容；具体如图8所示。

也即，本申请所记载的超宽带加脊正交模耦合器(OMT)(正交模耦合器)可以通过上述公式计算出不同尺寸两脊波导的截止频率。

综上所述，本实用新型在正交模耦合器中公共端口采用了2脊结构，两个分支侧口由单脊波导过渡到非标矩形波导。上述通过两脊结构达到了更宽的工作带宽，更高的端口隔离；实现了多倍频程，具有良好的阻抗匹配，提高了隔离度和极化纯度，并降低了加工难度。

本申请还提供了另一种可选的实施例，其中，该实记载有一种超宽带加脊正交模耦合器(OMT)，所述超宽带加脊正交模耦合器(OMT)模型包括多个组件，其中，所述多个组件依次叠加后形成上述模式分离腔体1、合路腔体2he匹配腔体3。

如图8，在一个可选的示例中，所述超宽带加脊正交模耦合器(OMT)上设有第一脊和第二脊，且该第一脊为上述任意示例或实施例中所提及的第一脊，所述第二脊为上述任意示例或实施例所提及的第二脊。需要时说明的是：在示例中第一脊完整的设置在一个组件上，第二脊也完整的设置在一个组件上。

也即，在该示例中，第一脊和第二脊可以完整的设置在某个组件上，而不是由多个组件拼接而成。需要说明的是：第一脊和第二脊可以完整的设置在同一个组件上，也可以完整的设置在不同的组件上，本申请对此不作具体限定。

需要说明的是：上述目标组的组件可以为两个，例如：目标组的组件包括并排设置的第一组件和第二组件，其中，第一脊设置在第一组件上，第二脊设置在第二组件上，其具体结构如图8、图10-图13所示。

需要说明的是：如图9所示，本申请还可以包括位于第一组件和第二组件之间的两个中间组件，通过四个组件能够围合成内部具有模式分离腔体、合路腔体和匹配腔体的结构，其中，第一脊和第二脊完整的设置在目标组的组件上(上壳体或下壳体上)，四个组件之间通过相互配合的螺栓和螺纹孔连接到一起。

Claims (10)

1.一种超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：

所述正交模耦合器内部设有模式分离腔体（1）、合路腔体（2）以及匹配腔体（3），所述模式分离腔体（1）用于将公共端口（1-3）传输的波分离成TE01模和TE10模，所述合路腔体（2）与所述模式分离腔体（1）的两个侧口（1-1）连通，用于将两个侧口（1-1）传输的TE01模合并成一路，并从第一标准矩形口（2-4）输出，所述匹配腔体（3）与所述模式分离腔体（1）的直通口（1-2）连接，用于将所述直通口（1-2）传输的TE10模过渡为第二标准矩形口（3-2）输出；

其中，所述正交模耦合器的模式分离腔体（1）内设有两条脊，分别为第一脊（4）和第二脊（5）；所述第一脊（4）和所述第二脊（5）位于所述模式分离腔体（1）内上下相对设置的第一侧面和第二侧面上，所述第一脊（4）和第二脊（5）为从公共端口（1-3）向匹配腔体（3）方向延伸且高度逐渐增加的梯形脊，所述公共端口（1-3）为正方形口；

所述匹配腔体（3）呈L型，所述模式分离腔体（1）的所述直通口（1-2）通过所述匹配腔体（3）过渡为第二标准矩形口（3-2）；

其中，所述匹配腔体（3）在L型转折处的外侧设有台阶结构（3-1），且所述台阶结构（3-1）沿所述L型转折处的转折宽度方向设置；

其中，在所述L型转折处至所述直通口（1-2）的方向上，所述匹配腔体（3）外周的四个侧壁为平滑状态，且相对设置的侧壁两两平行，相邻设置的侧壁两两垂直。

2.如权利要求1所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述合路腔体（2）中的两个分离的腔体与所述模式分离腔体（1）的两个侧口（1-1）连通后合并为一个腔体，该腔体的上下内表明为平面。

3.如权利要求1所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述合路腔体（2）靠近第一标准矩形口（2-4）的前后侧面之间的距离逐渐减小。

4.如权利要求1所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述匹配腔体（3）从所述L型转折处至所述第二标准矩形口（3-2）设有四个目标侧壁，其中，所述四个目标侧壁分为一组相对设置的阶梯状侧壁和一组相对设置的平滑状侧壁。

5.如权利要求4所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述阶梯状侧壁与所述L型转折处的转折宽度平行设置；且在所述L型转折处至所述第二标准矩形口（3-2）的方向上，两个所述阶梯状侧壁之间的距离通过阶梯结构逐渐增加，直至将所述匹配腔体端口过渡为第二标准矩形口（3-2）。

6.如权利要求4所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述平滑状侧壁与所述L型转折处的转折宽度垂直设置；在所述L型转折处至所述第二标准矩形口（3-2）的方向上，两个所述平滑状侧壁之间的距离始终一致。

7.如权利要求4所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述阶梯状侧壁与所述平滑状侧壁之间的交接处的至少部分设置有倒角。

8.如权利要求7所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述阶梯状侧壁的第一阶梯面与所述平滑状侧壁之间的交接处设置有倒角；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间的部分交接处设置有倒角；

其中，所述阶梯状侧壁的第一阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述第二标准矩形口（3-2）的方向上的第一个阶梯面至倒数第二个阶梯面；所述阶梯状侧壁的第二阶梯面为：所述阶梯状侧壁在所述L型转折处至所述第二标准矩形口（3-2）的方向上的最后一个阶梯面。

9.如权利要求7所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁交接处设置有倒角的部分为：所述阶梯状侧壁的第二阶梯面与所述平滑状侧壁之间交接处远离所述第二标准矩形口（3-2）的部分。

10.如权利要求4-9中任意一项所述的超宽带加脊正交模耦合器，其特征在于：所述阶梯状侧壁的阶梯变化满足切比雪夫抗阻变换。

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