[发明专利]基于模式合成的交叉耦合器及构建方法、阻抗匹配结构

说明书

本发明公开了一种基于模式合成的交叉耦合器及构建方法、阻抗匹配结构，包括本体，交叉耦合器本体包括两个隔板极化器，两个隔板极化器对称级联形成本体。与传统的交叉耦合器结构相比较而言，本发明交叉耦合器由两个隔板极化器对称级联而成，采用模式合成的方法由隔板极化器在奇模和偶模两种激励模式下叠加得到交叉耦合器，该交叉耦合器不仅具有宽频带、低插入损耗和高隔离度的优点，而且结构简单紧凑，易于加工，使得基于矩形波导设计的交叉耦合器在毫米波段可以广泛应用，能够满足全性能试验和交叉耦合器基本测试性能。

技术领域

本发明涉及毫米波通信技术领域，尤其涉及基于模式合成的交叉耦合器及构建方法、阻抗匹配结构。

背景技术

近年来，随着世界各国陆续发布第五代移动通信(5G)毫米波频谱规划，在全球范围内毫米波通信研发和产业化步入快速发展轨道。与传统微波通信相比，毫米波因其波长短，带宽较宽的特点，可有效解决6GHz以下微波无线通信中频谱紧张的问题，实现超高速率无线通信。但毫米波大气传输损耗较高，在毫米波通信系统中通常需要天线具备高增益特性以补偿链路损耗。然而，天线增益的提高无可避免的带来了窄波束问题，单一波束所能覆盖的范围因而减小。为了提升波束覆盖范围，多波束成为未来毫米波特性系统必不可少的技术。

巴特勒矩阵是实现多波束天线的一种馈电网络。其具有尺寸紧凑的优势，因而近年来成为研究热点。交叉耦合器是构建巴特勒矩阵的关键部件，其插入损耗、工作带宽、端口隔离度是衡量该器件性能的关键指标。传统的基于矩形波导设计的交叉耦合器存在带宽窄以及结构复杂加工难度大的缺点。例如传统的基于矩形波导设计的交叉耦合器一般在交叉耦合器的中心填充介电材料或者插入金属通孔得到。前者通过选择不同的介电材料以及不同的填充形状来实现交叉耦合器，然而这种方式对介电材料的介电常数和形状要求较高，结构相对复杂。后者则对金属通孔的尺寸要求较高，对加工工艺精度有着严格的要求。并且两种结构所得到的交叉耦合器工作带宽都较窄，所以传统的基于矩形波导的交叉耦合器在毫米波频段应用存在一定难度。因此设计一款宽带宽、结构简单的交叉耦合器十分有必要。

发明内容

为了解决目前基于矩形波导设计的交叉耦合器存在带宽窄及结构复杂的问题，本发明第一方面提供一种基于模式合成的交叉耦合器，包括本体，所述交叉耦合器本体包括两个隔板极化器，两个隔板极化器对称级联形成本体。

采用以上技术方案，所述本体包括方波导区域、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述本体的一端设有第一端口和第二端口，所述本体的另一端设有第三端口和第四端口，所述本体的中部设有方波导区域。

采用以上技术方案，隔板极化器包括两个矩形波导端口和方波导输出端口，两个隔板极化器的方波导输出端口级联构成本体的方波导区域，其中一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体的第一端口和第二端口，另一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体的第四端口和第三端口。

采用以上技术方案，隔板极化器包括矩形波导和阶梯状隔板，所述矩形波导内插设有阶梯状隔板。

本发明第二方面提供一种基于模式合成的交叉耦合器构建方法，包括隔板极化器在偶模激励模式下和奇模激励模式下叠加构建本体。

采用以上技术方案，在所述偶模激励模式下，当隔板极化器的两个矩形波导端口输入等幅同相的激励时，在方波导输出端口输出TE10模式的电磁波；在所述奇模激励模式下，当隔板极化器的方波导输出端口输入等幅反相的激励时，两个矩形波导里的电流在阶梯状隔板处发生耦合，在方波导输出端口输出TE01模式的电磁波。

采用以上技术方案，在仅激励隔板极化器的一个端口时，在方波导输出端口叠加输出有TE10模式和TE01模式的电磁波，TE10模式的电磁波和TE01模式的电磁波由于阶梯状隔板的作用产生了90°相位差。

采用以上技术方案，当方波导区域传输的是左旋极化波时，输入和输出分别为本体的第一端口和第四端口；当方波导区域传输的是右旋极化波时，输入和输出分别为本体的第二端口和第三端口。