[发明专利]一种宽带短毫米波段波导定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导定向耦合器，更具体地说，它涉及一种宽带短毫米波段波导定向耦合器。该耦合器是适用于短毫米波段微波测量、雷达及卫星通信系统中的高性能波导定向耦合器。

背景技术

波导型定向耦合器由于具有插损小、频带宽、能承受较大的输入功率、可根据需要扩展量程、使用方便灵活、可靠性能高等优点，而广泛应用于微波传输系统中。

近年来，随着微波技术的不断发展和应用，以及毫米波段的不断开发，人们对耦合器的性能相应提出了更高的要求，同时对短毫米波段(50GHz-500GHz)波导定向耦合器的需要也日益增长。目前，国内外常见的波导定向耦合器采用短槽耦合式、十字槽耦合式和多孔耦合式等多种形式。多孔耦合式由于采用机械加工工艺，生产成本高、加工复杂，在高频段尤其是短毫米波段更是难于加工。十字槽耦合式定向耦合器结构紧凑，频响特性好，但由于其主要适合于弱耦合(＞35dB)场合，而大大限制了其发展。短槽耦合式定向耦合器，就是在波导公共壁上开一排多个任意尺寸的矩形槽，由于该结构的定向耦合器适用于各种耦合度场合，避免了十字槽耦合式定向耦合器适用于弱耦合的缺点；同时耦合片单独采用腐蚀加工工艺，又解决了多孔耦合式定向耦合器高频难于加工的问题，应用更为广泛。但这种结构的短槽耦合式定向耦合器，最大的遗憾是频带窄、定向性差、耦合度的频响特性较十字槽耦合式也差。

发明内容

本发明的目的是克服现有短槽耦合式波导定向耦合器技术中的不足，提供一种新型耦合结构的短毫米波段波导定向耦合器，该定向耦合器具有宽频带、高定向性、耦合度平稳等优点。

为了解决上述技术问题，本发明是通过具有以下特征的耦合器来实现的。

本发明是一种短毫米波段波导定向耦合器，所述耦合器由主波导、副波导和耦合片构成，其特征在于，所述耦合片为具有双排槽结构的金属片。

根据本发明，所述耦合片中的双排槽均采用矩形槽结构，以便于矩形波导中H10模的传输。所述矩形槽上下两排以波导宽边中心线为轴对称分布，其中每排槽的尺寸遵循中间大两头小的规律，耦合片的所有耦合槽可整体左右平移，移动对耦合性能影响不大。耦合片夹在波导公共宽壁之间，实现功率耦合性能，并通过定位销及螺孔与主、副波导相连接，构成定向耦合器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，耦合片采用双排矩形槽结构，可提高耦合度的平稳性，同时矩形槽采用中间尺寸大两头尺寸小，可使各槽之间的影响相互抵消，提高定向性，降低驻波比。另外，耦合片采用腐蚀技术制作，提高了毫米波段尤其是短毫米波段的加工精度。

附图说明

图1为本发明的耦合器外形图；

图2为本发明的三维透视图；

图3为耦合片结构示意图；

图中1、定位孔，2、螺孔，3、法兰盘，4、主波导，5、副波导，6、耦合片。

图4为3mm波段耦合度为-15dB的耦合器性能，其中图3(a)为S参数，图3(b)为耦合度，耦合片厚度为0.1mm，共15对矩形槽，中间9对尺寸相等，其余尺寸开始减小，左右对称分布。

图5为2mm波段耦合度为-20dB的耦合器性能，其中图4(a)为S参数，图4(b)为输入驻波比，耦合片厚度为0.1mm，共17对矩形槽，中间9对尺寸相等，其余8对尺寸开始减小，左右对称分布。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明主要是通过一种新型的宽边耦合结构，如图3所示，实现了短毫米波段波导定向耦合器的高耦合性能。

参阅图1、2所示，波导定向耦合器由主、副波导和耦合片构成，主、副波导和耦合片主要通过定位孔定位，借助螺钉进一步加固耦合器。在定向耦合器的四个端口处设置有标准矩形法兰盘，耦合器通过法兰盘与其它器件相连接。

如图3所示，耦合片为开双排矩形槽结构的金属片，将其夹在波导公共宽壁，用以实现耦合功能。图中A为耦合片的中心槽，耦合片中各矩形槽以A槽为中心，上下左右对称分布，从B槽开始尺寸逐步减小。相邻耦合槽之间的距离取为中心频率处波导波长λ_g的四分之一附近，此时工作带宽最宽；上下对称的两排矩形槽中，发现各槽距波导内壁的距离越小，耦合度的平坦型越好，最小值为零，即紧贴波导内壁的情形，但又考虑加工误差，距离一般在0.01mm以内；图3所示耦合片中的耦合槽可整体左右移动，且耦合槽的个数及尺寸不固定，只要保证这种中间大两头小的耦合形式，通过优化参数，多种不同组合均可满足宽带、低回波损耗、耦合度平稳等性能。

图4所示的是根据上述说明所设计的工作在3mm波段的波导定向耦合器的耦合性能，图5所示的是根据上述说明所设计工作在2mm波段的波导定向耦合器的耦合性能，由图看出，获得了在85％的带宽内，耦合平坦度在±0.5dB的偏离范围内，驻波比小于1.05，定向性大于25dB的良好性能。