[发明专利]一种Π型介质波导宽带定向耦合器

说明书

技术领域

本发明属于毫米波电路的定向耦合器技术领域，具体涉及Π型介质波导宽带定向耦合器。

背景技术

在现有的微波工程中，定向耦合器主要采用微带线结构来设计。这种微带形式的定向耦合器随着频率的提高会出现难于抑制的高次模，从而带来大的辐射损耗和串扰等缺陷。随着微波技术向毫米波波段的发展，介质波导作为毫米波电磁能量的理想传输结构显示出低损耗、易于加工、成本低廉、便于集成化等优点，已得到广阔的应用。用介质波导构造的定向耦合器通常由两根相互靠近但不接触的介质波导传输线构成，两根波导传输线可以是背向弯曲的，形成类似X型结构，也可以是一根为直波导另一根弯曲形成类似K型结构；其共同特征是连接外部端口的输入和输出波导间距较大从而互相隔离，耦合区内两根波导充分靠近从而耦合能量，输入和输出波导与耦合区波导间由过渡段波导相连接。使用的波导通常是介质镜像线，但已有文献例如美国IEEE微波理论和技术汇刊上发表的“矩形截面平面介质波导的耦合特性”(Coupling characteristics of planardielectric waveguides of rectangular cross section，IEEE Trans on MTT，vol.29，no.9，Sept.1981，pp.875-880)指出这类定向耦合器为一种窄带结构。为了增大带宽，美国IEEE微波理论和技术汇刊上发表的“具有高度平稳耦合度的直接连接的镜像波导三分贝耦合器”(Directly connected image guide 3-dB couplers with very flat couplings，IEEE Trans on MTT，vol.32，no.6，Jun.1984，pp.621-627)一文介绍了对此类结构做的一些改进，该文章的分析表明在耦合器耦合区使用直接连接的镜像波导可以增加带宽，但随着连接区介质厚度的增加会在工作频段产生高次模，从而增大回波损耗和插入损耗；另外，考虑到过渡段的额外耦合效应，此类结构的耦合系数仍随频率而剧烈变化。美国IEEE微波理论和技术汇刊上发表的题为“宽带介质波导定向耦合器”(Wide-band directional couplers in dielectricwaveguide，IEEE Trans on MTT，vol.35，no.8，Aug.1987，pp.681-687)一文提出利用空心介质波导构造宽带定向耦合器。其过渡段波导轴线为曲率很大的圆弧线型，为了保证外部输入和输出波导间的隔离，过渡段为很长的圆弧结构，从而增大了耦合器体积；为了避免过渡段额外的耦合效应，在过渡段引入了垂直于地的金属侧壁，但这样也引入了额外的金属损耗；而且由于对金属侧壁光洁度和垂直度的严格要求，增加了制造复杂度和成本。

发明内容

本发明提出一种Π型介质波导宽带定向耦合器，以克服现有技术的上述缺陷，达到宽带平坦耦合、减小器件体积、降低加工难度，并可方便地进行大规模生产。