[其他]可变换多功率电平短槽波导混合耦合器

说明书

本发明涉及一种射频能量功率分配器，更具体地说，涉及一种改进的多功率电平波导混合耦合器。

混合耦合器广泛地应用于微波电路中，用来把一部分电磁能从一个波导耦合到另一波导。在某些情况下，其耦合比为二分之一，使两个波导之间的功率均分。在另外一些情况下，可以把较小的功率，例如四分之一或十分之一功率由一个波导耦合到第二个波导。在普通形式的众所周知的混合耦合器中，两个相互平行连接的波导共用一个公共壁，靠公共壁上的孔来耦合电磁能量。

某些应用之中，在第一波导和第二波导之间希望能够有选择地改变相对射频能量分配。卫星天线馈电网络中就是一种这样的应用，其中变换功率分配的能力可以用来改变辐射功率分配，而卫星天线系统的功率分配可以通过执行地面站的指令来改变。

以前，本申请人已经发明了一种可变换的3dB波导混合接头，它能在等功率分配状态和实际上没有功率耦合到第二个波导的分配状态之间进行变换。通常的方法是用三个间隔的销钉插入公共壁的孔中，以使孔有效地关闭;或拉出销钉打开孔，使能量耦合到第二波导中。然而，这种有效地开闭能力要达到所要求的系统的灵活性是不够的。

因此，本发明提供了一种可按指令产生几个可能功率电平之一的可变换的波导混合耦合器，它显示出技术上的进行，制造相当简单，而且成本低。

本发明公开了一种可变换的多功率电平波导混合耦合器。在最佳实施例中，耦合器采用短槽波导混合耦合器的形式，其中第一和第二波导是侧边并排连接的，把一个侧壁作为公共壁。在公共壁上形成一个耦合槽，用来按照最大耦合系数使电磁能量在两波导之间耦合。多个可伸缩的销钉按一定间隔关系沿耦合槽的纵向延伸方向排列，沿每个波导侧壁分别设置凸台，使沿槽的波导的宽度减小，从而增加耦合电平。在每个波导的宽壁一侧分别设置脊形部件，以使电场集中在波导的中心，因而能够提供较低耦合系数。一个操纵机构能有选择地把各个销钉插入槽或从槽中拉出，以便控制混合耦合器的耦合系数。

根据对实施例的详细描述，并结合附图说明，本发明的各种特性和优点将更加显明。其中：

图1是实施本发明的可变换混合耦合器的端视图。

图2是沿图1的线2-2方向的图1所示混合耦合器的剖视图。

图3是沿图2的线3-3方向的图1和图2所示混合耦合器的剖视图。

图4是图1至图3的混合耦合器中采用的典型销钉的透视图。

如图1至图3所示，最佳实施例的耦合器15是由一对并排配置的矩形波导20和30构成的，为了工作在大约12GH_Z微波频率之下，采用WR-75型矩形波导，其中波导20和30的短边和长边分别是0.750吋和2.250吋。相应于直通和耦合波导20和30的四个端口21、31，22和32分别定义为混合耦合器15的输入端，隔离端，直通端和耦合端。每个波导有两个宽壁，即顶壁20C和30C，以及底壁20a和30a，两宽壁分别由相应的窄壁即外侧壁20b和30b以及公共壁25相连接，公共壁25兼作两个波导的内侧壁。当然，图1至图4没有按照比例绘制是可以理解的。

细长的脊形部件23和33分别设置在直通和耦合波导20，30的底壁20a和30a上，每个脊形部件的侧臂23a，23b和33a，33b各自伸向波导20和30的外侧壁20b和30b。在最佳实施例中，这些脊形部件由黄铜之类的导电材料制成，其长度约为1.22吋，高度约为0.1吋，脊形部件整个侧壁的宽度约0.40吋，脊形部件侧壁中间区段宽度约0.25吋。正如图1和图2中所明显表示的那样，通常脊形部件23和33的长度与槽26相同，并且与槽对齐。例如，在图1端视图中所示的脊的矩形端面轮廓通常是设置在各个波导两侧壁之间的中心。

在TE₁₀模中，电场集中在相对中心壁和侧壁之间的波导中间部分。脊23和33起集中电场的作用，就是使波导20和30的中间部分的电场更加集中。这便减少了通过槽26耦合到波导30的能量。

凸台24和34分别沿直通波导和耦合波导20和30相对的侧壁20b和30b，设置在公共壁25上形成的耦合槽26的中线上。凸台24和34是由导电材料制成的，例如黄铜，并且在耦合槽处使波导20，30的宽度减小，形成波导内宽度减小区段。凸台和脊23和33用作阻抗匹配元件，使耦合器15的输出功率与频率关系曲线的斜率最小。由于容性脊23和33补偿了感性的宽度减小区段，其特性阻抗在整个频段内是相当恒定的。