[发明专利]一种Π型介质波导宽带定向耦合器

摘要

本发明公开了一种用于毫米波电路的∏型介质波导宽带定向耦合器，由对称置于中轴线两侧的左右两根相互靠近但不接触的背向弯曲的介质波导传输线固定在接地金属板上构成，形成类似X型结构；特征是在耦合器的耦合段和过渡段利用∏型介质波导达到宽带平坦耦合，过渡段波导轴线采用双曲正切函数线型；在近6GHz频率范围内耦合系数起伏不超过±0.5dB，可以在更宽的频带内实现平坦的耦合特性；与传统的完全由介质镜像线构造的定向耦合器相比，本发明由于使用双曲正切线型的过渡波导段，且省去了现有耦合器过渡波导段中垂直于地的金属侧壁，降低了辐射损耗和金属损耗，减小了器件体积，降低了制造复杂度和成本，可方便地进行大规模生产。

主权项

1、一种∏型介质波导宽带定向耦合器，由对称置于中轴线(8)两侧的左右两根相互靠近但不接触的背向弯曲的介质波导传输线固定在接地金属板(7)上构成，形成类似X型结构，右侧介质波导传输线(5)两端分别连接耦合器的输入端口(1)和直通端口(2)，左侧介质波导传输线(6)两端分别连接耦合器的隔离端口(3)和耦合端口(4)；所述右侧介质波导传输线(5)和左侧介质波导传输线(6)分别沿纵向分为输入波导段(11)、前端过渡波导段(31)、∏型介质波导段(21)、后端过渡波导段(32)和输出波导段(12)；∏型介质波导段(21)位于耦合器中部，构成耦合区波导段，其横截面为∏形波导截面(22)；前端过渡波导段(31)和后端过渡波导段(32)各自的一端分别对称地连接在耦合区波导段两端，另一端分别对称地连接输入波导段(11)和输出波导段(12)；输入波导段(11)和输出波导段(12)均利用横截面为矩形截面(13)的介质镜像线构造，它们共同构成耦合器的外部输入输出波导段；其特征在于：所述前端过渡波导段(31)的中心轴线(33)和后端过渡波导段(32)的中心轴线(34)均为双曲正切线型，过渡波导段波导截面沿纵向在外部输入输出波导段的矩形波导截面(13)和耦合区波导段的∏型波导截面(22)间均匀过渡；依照上述各部分之间的对称性连接，所述右侧介质波导传输线(5)和左侧介质波导传输线(6)各自关于耦合区波导段中段横截面(a-a’)对称；设外部输入输出波导段与中轴线(8)间距为h，耦合区波导段与中轴线(8)间距为S，输入波导段和输出波导段的矩形截面(13)宽度为R，高度为B，耦合区波导段的∏型介质波导长度为L，其∏型截面(22)的内部矩形窗(23)的宽度为A，高度为T，前端过渡波导段和后端过渡波导段长度均为W；设中轴线(8)为z轴，中轴线(8)与耦合区波导段中段横截面(a-a’)的交点为原点，原点处垂直于z轴的轴线为x轴，z轴上到原点距离为z处的过渡段波导横截面(b-b’)与后端过渡段波导(32)的中心轴线(34)的交点到z轴的距离由距离函数S(z)确定：距离函数S(z)＝h·tanh((z-L/2-W/2)/η)+(S+R+h)/2，L/2≤z≤L/2+W；式1其中渐变系数η＝W/2arctanh((h-S)/2h)；此处的过渡段波导横截面(b-b’)，其内部矩形窗的宽度由宽度函数A(z)确定：宽度函数A(z)＝A(1-(z-L/2)/W)，L/2≤z≤L/2+W； 式2矩形窗的高度由高度函数T(z)确定：高度函数T(z)＝T(1-(z-L/2)/W)，L/2≤z≤L/2+W； 式3按照上面式1、式2和式3的函数关系构造后端过渡段波导(32)，根据对称性构造前端过渡段波导(31)。