[发明专利]一种大功率微波矩形波导定向耦合器

说明书

技术领域

本发明属于微波器件技术领域，更为具体地讲，涉及一种大功率微波矩形波导定向耦合器。该定向耦合器可与微波功率测量系统配套使用，以提取大功率微波的小部分功率到测量系统能够测量的范围之内，以便进行精确地测量和分析。

背景技术

微波定向耦合器是微波系统中最常用的元件之一，尤其是在微波功率测量系统中，往往需要利用定向耦合器把功率信号耦合到测量系统能够测量的范围之内，再对信号进行精确地测量和分析。

目前常见的大功率微波定向耦合器分为同轴线定向耦合器和矩形波导定向耦合器两类。同轴线定向耦合器采用同轴线为主副线，其工作带宽通常很宽，并且标准的N型同轴接口可直接与测试系统相连，整体结构相对较小，测试非常方便，但是其峰值功率很难满足MW级别的要求。矩形波导定向耦合器主要采用矩形波导为主副线，矩形波导内部通常以空气作为介质，矩形波导通过公共壁上的缝隙或小孔进行功率耦合。

名称为《S波段高功率矩形波导定向耦合器的设计》(《电子测量技术》2011年4月第34卷第4期、P50-52)所公开的技术即属于矩形波导定向耦合器，该矩形波动定向耦合器以空气为介质，主副线为矩形波导。在两个矩形波导管公共壁上开了单排10个圆孔，主线的入射功率通过圆孔将功率耦合到副线的耦合端口。10个圆孔的耦合度按照切比雪夫函数进行设计，目的是为了在整个波段内呈现良好的方向性。为了能与外部波导相连，副线通过弯形波导与耦合端口相连，隔离端口内侧放置匹配材料。以该文所述结构为例：频率范围为S波段(1.72GHz～2.61GHz),耦合度为-49.3～-50.3dB，带内波动小于1dB，方向性小于-36dB。每个圆孔的中心距离波导窄边距离x＝0.235a，其中a为矩形波导的内壁宽边(a＝109.22mm)。最小的圆孔直径为7mm。虽然这类定向耦合器在冷测时表现良好，但是在进行热测实验时，当输入峰值功率达到2MW，该定向耦合器内部会发生打火现象，不满足峰值功率2MW的指标要求。并且该定向耦合器总长度为1191mm，耦合端口为矩形波导端口，不仅长度过长，而且十分不方便测试，因此，该定向耦合器不满足大功率微波矩形波导定向耦合器的设计要求。

申请人在“大功率微波定向耦合器功率容量提升及小型化研究”(2014)(指导老师童玲，作者罗春杰)的硕士论文中，申请人提出了一种两级耦合结构的大功率微波定向耦合器，第一级定向耦合器提出了采用两排椭圆孔波导转波导的耦合结构，第二级采用波导转波导双十字缝结构，但是其耦合度带内波动较大，有待改善；此外，测试端口连接复杂，不方便测试。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大功率微波矩形波导定向耦合器，在满足频带范围内耦合度以及方向性指标的前提下，提高定向耦合器的峰值功率，从而达到可与微波功率测量系统配套，将高功率信号耦合到测量系统能够测量的范围之内，以便于对大功率微波信号进行准确分析和测量，并有效提高其测试精度，扩大其应用范围的目的。

为实现上述发明目的，本发明大功率微波矩形波导定向耦合器，其特征在于，包括：

第一级定向耦合器，所述的第一级定向耦合器采用双排6椭圆孔波导转波导的耦合结构，由主线波导管、副线波导管组成；主线波导管与副线波导管均为矩形波导，副线波导管的下侧宽边叠在主线波导管上侧宽边上，并且宽边对齐；在副线波导管的下侧宽边上沿波导管开有双排、每排6个椭圆孔、主线波导管上侧宽边对应位置也开有双排、每排6个椭圆孔，每一排6个椭圆孔的耦合度按照切比雪夫函数进行排列；

两个弯波导，分别连接到副线波导管的两端即隔离端口与耦合输出端口，然后再分别与外界匹配负载、第二级定向耦合器连接；

第二级定向耦合器，所述的第二级定向耦合器采用波导通过窄槽缝隙耦合到带状线，并从标准N型同轴接头输出功率的方式，由主线波导管以及副线带状线组成；主线波导管为矩形波导，主线波导管的一端即耦合输入端口与第一级定向耦合器的耦合输出端口连接，主线波导管的另一端即匹配端口与外界匹配负载连接；主线波导管上侧宽边中间位置沿传输方向开有窄槽缝隙，副线带状线置于主线波导管上侧窄槽缝隙处，其外导体与主线波导管上侧形成一个矩形腔体，矩形腔体内为带状线内导体，带状线内导体位于带状线空间即矩形腔体的中间位置；

两个标准N型同轴接头，二者的内导体分别与带状线内导体的两端连接，二者的外导体与带状线外导体连接，一个标准N型同轴接头作为第二级定向耦合器的耦合输出端口，另一个标准N型同轴接头与外界匹配负载连接。