[发明专利]耦合孔交错分布的多孔脊波导定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及多孔定向耦合器，具体地说，是涉及一种利用多个孔进行加强耦合的耦合孔交错分布的多孔脊波导定向耦合器。

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、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、方向性也有很所改善，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多孔定向耦合器。

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、宽带的耦合孔交错分布的多孔脊波导定向耦合器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：耦合孔交错分布的多孔脊波导定向耦合器，包括作为微波主通道的主脊波导和作为取样信号通道的副脊波导、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，其中主脊波导和副脊波导都是由矩形空腔结构波导、以及设置在矩形空腔结构波导上壁或/和下壁的加载导体脊构成；主脊波导和副脊波导相互隔离；主脊波导通过至少3个耦合孔与副脊波导连通，耦合孔包括贴附在矩形空腔结构波导侧壁的中空耦合管，中空耦合管靠近矩形空腔结构波导的侧壁连接有三端开口的耦合腔，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；所述耦合孔沿主脊波导的轴线方向排列，沿主脊波导轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主脊波导轴线的左侧和右侧；沿主脊波导轴线方向上，相邻两耦合孔的孔心间距在主脊波导中心工作频率的波导波长的15%~35%之间；所述耦合腔中加入了一个轴线与耦合腔的轴线平行并与主脊波导轴线垂直的柱状金属体，该柱状金属体一端与对应的耦合腔的内壁连接；该柱状金属体的横截面的形状为多边形。

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。

所述柱状金属体延伸进主脊波导的内部。

所述主脊波导或副脊波导的一端或两端还连接有弯曲波导；在弯曲波导的另一端还可连接有与外界匹配的匹配结构。

单孔定向耦合器在方向性上有相对窄的带宽，于是人们想到了设计一系列耦合孔，这一系列的耦合孔组成一个阵列，若干个阵列还可以叠加起来，由此来综合耦合度和方向性响应。利用小孔的方向性和阵列的方向性在耦合端叠加，就可以获得更好的方向性，并且这个额外的自由度还可以提高带宽。因此，为了增加耦合孔的耦合性能，我们将耦合孔沿主脊波导的轴线排列，同时为了增加耦合孔的口径，我们将相邻的耦合孔依次交错的分布于主脊波导轴线的左侧和右侧。

将耦合孔交错排列后，在满足耦合加强的条件下，即相邻两耦合孔的孔心间距应设置在主脊波导的中心工作频率的波导波长的15%~35%之间，我们可以增大耦合孔的口径，这样一来又可以进一步的加强耦合，从而进一步提高该矩形波导定向耦合器的方向性。

同时，优先选择横截面为矩形柱状金属体设置在耦合孔内，且柱状金属体在耦合孔内的位置不受限制，可根据实际需求进行设置。

为了使其整个定向耦合器的体积减少，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，并且整个定向耦合器都被密封在金属屏蔽盖的内部。

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。