[发明专利]紧凑型单排长孔定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合器，具体地说，是涉及一种紧凑型宽带定向耦合器。

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小孔耦合、裂缝耦合、平行耦合、多孔耦合等。

    在20世纪50年代，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。只有在设计频段的中心处性能较好。偏离开这个频率，匹配、耦合系数的平坦度、方向性等都将变差。

传统多孔定向耦合器虽然可以做到很宽的带宽,方向性也有很大改善，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种幅度一致性好，工作带宽可以达到40%以上的紧凑型宽带定向耦合器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

紧凑型单排长孔定向耦合器，包括主传输线，副传输线，和至少两个位于主传输线和副传输线的公共壁上的耦合孔，耦合孔分别连通主传输线和副传输线，主传输线两端分别为输入端和输出端，副传输线两端分别为耦合端和隔离端，至少有一个耦合孔沿主传输线的轴线方向的长度为P，P大于或等于该紧凑型单排长孔定向耦合器的工作频段中最高工作频率所对应的自由空间波长的0.35倍。

传统的多孔定向耦合器中，纵向相邻耦合孔之间的间距设置为该耦合器工作频带的中心频率对应的波导波长的1/4左右。 本发明中的耦合孔的长度突破了传统定向耦合器的理论限制。

为了实现较强的耦合，沿主传输线的轴线方向，至少有一对相邻耦合孔的边沿之间的最小值距离小于或等于该紧凑型单排长孔定向耦合器的工作频段中最高频率对应的自由空间波长的10%。

进一步的，为了实现较强的耦合，沿主传输线的轴线方向，至少有一对相邻耦合孔的几何中心点之间的距离大于或等于工作频段中最高频率对应的自由空间波长的一半。

采取以上措施，该紧凑型单排长孔定向耦合器耦合系数可以在0dB至-2.5dB之间, 即从输入端输入的能量中大于56%的能量从耦合端输出。

为了拓宽紧凑型单排长孔定向耦合器的工作频段，所述主传输线和副传输线的侧壁或底部有凹槽或凸起。

    主传输线和副传输线为空管结构，其水平面上的宽度小于其垂直方向的深度的0.7倍。特别地，主传输线和副传输线的端口以深度大于宽度的矩形空波导。

为了便于与标准传输线连接，所述主传输线和副传输线的至少两个端口上设置有弯传输线，位于主传输线上的弯传输线的弯曲方向背向副传输线，位于副传输线上的弯传输线的弯曲方向背向主传输线。

     为了便于与标准传输线匹配，在所述主传输线和副传输线的至少一个端口外、连接有匹配段，匹配段在水平面上的宽度沿其自身的轴向变化，变化规律从公共壁区域向外方向逐渐变宽。

     为了便于与标准传输线匹配同时缩小整个器件的尺寸，在所述主传输线和副传输线的至少一个端口外、连接有弯渐变段，位于主传输线上的弯渐变段的弯曲方向背向副传输线，位于副传输线上的弯渐变段的弯曲方向背向主传输线，并且弯渐变段水平方向的宽度逐渐变化，变化规律从公共壁区域向外方向逐渐变宽。

 为了便于将该紧凑型单排长孔定向耦合器分为底座和盖板， 分别采用普通数控铣床一次性加工，该耦合器的所有结构，所述传输线、副传输线、和所有的耦合孔等的上表面与同一水平面齐平。