[发明专利]脊波导定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及脊波导定向耦合器，具体地说，是涉及一种利用单孔或双孔进行耦合的脊波导定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的主要作用是将微波信号按一定的比例进行功率分配；定向耦合器由两根传输线构成，同轴线、矩形波导、脊波导、圆波导、带状线和微带线等都可构成定向耦合器；所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大，但从它们的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。

    在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和波导电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器；其理论依据是Bethe小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。

    随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线，随后由于微波电路与系统的需要又相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线，这样就出现了各种传输线定向耦合器。

传统单孔定向耦合器有一些的优点：如结构简单、参数少，设计起来比较方便；但是它还存在着一些缺点：如带宽窄、方向性差，只有在设计频率处工作合适，偏离开这个频率，方向性将降低。

传统多孔定向耦合器虽然可以做到很宽的带宽，但也存在着一些缺点，如体积大、加工精度要求高、插入损耗高，特别是在毫米波太赫兹波段，过高的插损使该器件失去使用价值；这就激励我们去设计一种能克服这些缺点的新型定向耦合器。

发明内容

本发明的目的在于克服传统定向耦合器的一些缺点，提供了一种紧凑型、插入损耗低的宽带脊波导定向耦合器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：脊波导定向耦合器，包括相互隔离的主脊波导和副脊波导、以及作为耦合通道的耦合孔；主脊波导和副脊波导的结构一致，其中主脊波导包括矩形波导空腔体、以及设置在矩形波导空腔体上壁或/和矩形波导下壁的加载导体脊；主脊波导通过1个或2个耦合孔与副脊波导连通，至少1个耦合孔包括中空耦合管、以及设置在中空耦合管侧壁的耦合腔，所述中空耦合管贴附在主脊波导侧壁或/和副脊波导侧壁，耦合腔为三端开口的中空腔体，耦合腔与中空耦合管导通，耦合腔位于主脊波导和副脊波导之间并与主脊波导和副脊波导导通。

中空耦合管在其俯视方向的投影形状为半圆形，耦合腔在其俯视方向的投影形状为圆形。

所述耦合孔内设置有金属体，其中金属体的轴线与耦合孔的轴线平行并与主脊波导的轴线垂直或副脊波导的轴线垂直，且柱状金属体的横截面为三角形。

所述主脊波导的轴线和副脊波导的轴线之间的角度为0°至170°之间。

所述耦合孔的数目为2时，两耦合孔的中心点分别位于主脊波导和副脊波导在俯视方向投影后相交构成的平行四边形的两个相对的顶点的正上方。

所述主脊波导的一端或两端还连接有弯曲脊波导。

所述主脊波导或/和副脊波导在其一端或两端连接有与外界器件匹配的匹配结构。

基于上述结构，本发明相较于以往的单孔定向耦合器而言其改进点为：将传统的耦合孔改进为由耦合腔和中空耦合管组成的耦合通道，其中耦合腔设置在主脊波导和副脊波导之间，中空耦合管贴附在主脊波导侧壁或/和副脊波导侧壁。这样可增加其方向性。

一般的主脊波导的轴线和副脊波导的轴线之间的角度为0°至170°之间。为了使其整个耦合器的体积减少，我们优先考虑主脊波导的轴线和副脊波导的轴线平行设置，即，主脊波导的轴线和副脊波导的轴线之间的角度为0°。同时，其主脊波导的轴线和副脊波导的轴线之间的角度大小根据该定向耦合器的耦合度、方向性和工作带宽等指标经过优化而定。

当耦合孔的数目为1个时，相比以往的单孔耦合器，性能有明显的提高，当耦合孔的数目增加为2个时，可进一步的提高其方向性，此时我们需要使中空耦合管贴附在主脊波导侧壁或/和副脊波导侧壁才能提高其方向性。

耦合孔在其俯视方向的投影形状不受限制，当考虑制作成本时，我们优先考虑能简易批量生产的圆形或三角形或四边形。

增加柱状金属体时，所述耦合孔3在俯视方向的投影形状为一字形或Y字形或十字型和其它多于4个分支的星状。

单孔定向耦合器的工作原理可以叙述如下：