宽边双排多孔耦合W波段全波段定向耦合器的制作方法

本实用新型涉及全波段定向耦合器，尤其涉及一种宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器。

背景技术：

定向耦合器是一种用于功率分配的微波/毫米波器件，主要应用于功率监测、频谱检测方面，在通信系统、雷达系统以及测试测量仪器中具有广泛应用。其中，由于波导定向耦合器具有场结构求解比较简单、性能稳定、功率容量大、理论和加工工艺较为成熟等优势，多用于涉及毫米波测试的大功率系统。但随着测试测量系统的工作频率逐渐升高，覆盖频段越来越宽，现有波导定向耦合器仍存在如下问题：由于采用传统的从h面剖分的加工方式，波导体与电流方向垂直引起波导性能的恶化；采用窄边单排多孔耦合方式对波导加工工艺的精度要求高，而且单排耦合孔的设计不利于拓展带宽，使得工作带宽未实现全频段覆盖等。现有的基于窄边耦合单排孔的波导三层腔体w波段定向耦合器，频段为88-102ghz，工作带宽仍存在提升空间；现有的波导定向耦合器设计方法进行了优化，但仍属于基于窄边单排多孔耦合方式，均未实现宽频带覆盖、频谱均匀且结构简单的毫米波波段定向耦合器。

技术实现要素：

实用新型目的：为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种实现w波段全波段覆盖、同一波导频段内耦合度可调节替换的宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器。

技术方案：一种宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，包括上腔体、中间腔体、下腔体，所述的上腔体、中间腔体和下腔体通过螺孔螺栓连接为一体；所述中间腔体上设有波导传输通道；所述波导传输通道的耦合孔等间距、等孔径双排布置；中间腔体可更换。

所述导传输通道包括主波导通道和副波导通道。主波导通道的两端分别为输入端口和直通端口，副波导通道的两端分别为耦合端口以及隔离端口。

采用宽壁耦合等间距分布等半径双排通孔的结构，在主波导传输通道的金属槽中，沿纵向中心线等间距生成一定数量的双排等半径金属通孔。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有更好的宽频带特性。通过在金属波导上布置双排耦合通孔来实现信号的耦合传输，获得更平坦的耦合响应和均匀的宽频响。通过更换具有不同通孔参数的中间腔体结构，即可调整耦合器的性能指标，而其余结构保留并通用。本实用新型提供的定向耦合器具备并改善了现有波导耦合器的插损、耦合度、平坦度等技术指标，并且具有w波段(75-110ghz)全波段覆盖、结构设计灵活、便于组装和调整的优势。

附图说明

图1为本实用新型的各部件正向装配视图；

图2为本实用新型的中间腔体正面结构图；

图3为本实用新型的中间腔体背面结构图；

图4为本实用新型的宽边双排耦合孔结构视图；

图5为本实用新型的整体结构图；

图6为本实用新型的耦合度、插入损耗、输入和输出回路损耗参数的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型技术方案做进一步说明。

本实用新型制作的定向耦合器，包括上腔体101、中间腔体102、下腔体103，所述的上腔体101、中间腔体102和下腔体103通过螺孔104螺栓连接为一体；所述中间腔体上设有波导传输通道；所述波导传输通道的耦合孔为等间距分布、等半径双排通孔；通过更换中间腔体102，实现同一波导频段内不同的中心频率、带宽、耦合度参数的耦合器；上腔体101、中间腔体102、下腔体103均使用铝(镀金)材质。

波导传输通道包括主波导通道201和副波导通道301；所述主波导通道201的两端有输入端口202和直通端口203；所述副波导通道301的两端有耦合端口302和隔离端口303。所述主波导通道201位于中间腔体102的正面，所述副波导通道301位于中间腔体102的背面。

波导传输通道耦合孔位于主波导通道201的槽中，为沿纵向中心线等间距、一定数量的双排等半径通孔401；沿纵向中心线孔间距约为耦合器有效工作频段的中心频率所对应波长的四分之一；孔半径与耦合度有关，孔径越大，耦合度越高；孔的数量越多，带宽越宽。

以一种基于宽边双排多孔耦合的w波段全波段10db定向耦合器为实例进行说明，其技术指标要求如下：

工作频段：75-1106hz(w波段全波段)；

波导接口：ugm387/u，wr10尺寸，宽边2.54mm、窄边1.27mm；

耦合度：10.4±0.7db；

隔离度：20db；

插入损耗：2.3±0.8db；

回波损耗：大于20db；

带内耦合波动：1.0db(max)；

图1中各部件正向装配，其中，上腔体101，其长度为50mm，宽度为24mm，高度为8.915mm，凹槽深度为5.4mm；中间腔体102，其长度为50mm，宽度为24mm，厚度为2.89±0.2mm；波导通道201的长度为50mm，宽度24mm，深度1.27±0.2mm；波导传输通道301中直波导段长度为22.4mm，两端弯波导轴线处的弯曲半径为5.5mm；下腔体103，其长度为50mm，宽度为24mm，高度为8.915mm。

图4为宽边双排耦合孔结构，沿纵向中心线等间距(w)生成一定数量(n)的双排等半径(r)金属通孔401，两排通孔垂直纵向中心线的孔心间距为k。孔的沿纵向中心线间距w为1.4mm，垂直纵向中心线间距k为1.68mm，半径r为0.53mm，数量n为22。

图6为一种宽边多孔耦合的w波段10db定向耦合器的耦合度和隔离度的仿真结果，结果显示：在75-110ghz频段，耦合值为10.4±0.7db，插入损耗为2.3±0.8db，带内耦合度波动小于±1db，耦合器的输入和输出回路损耗(驻波比)大于20db，耦合器响应平坦且带宽覆盖整个w波段，满足技术指标要求。

技术特征：

1.一种宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，其特征在于包括上腔体(101)、中间腔体(102)、下腔体(103)，所述的上腔体(101)、中间腔体(102)和下腔体(103)通过螺孔(104)螺栓连接为一体；所述中间腔体上设有波导传输通道；所述波导传输通道的耦合孔等间距、等孔径双排布置；中间腔体(102)可更换。

2.根据权利要求1所述的宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，其特征在于，所述波导传输通道包括主波导通道(201)和副波导通道(301)；所述主波导通道(201)的两端有输入端口(202)和直通端口(203)；所述副波导通道(301)的两端有耦合端口(302)和隔离端口(303)。

3.根据权利要求2所述的宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，其特征在于，所述主波导通道(201)位于中间腔体(102)的正面，所述副波导通道(301)位于中间腔体(102)的背面。

4.根据权利要求1所述的宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，其特征在于，所述波导传输通道耦合孔位于主波导通道(201)的槽中，为沿纵向中心线等间距、一定数量的双排等半径通孔(401)。

5.根据权利要求1所述的宽边双排多孔耦合w波段全波段定向耦合器，其特征在于，所述波导传输通道耦合孔沿纵向中心线的孔间距为有效工作频段的中心频率所对应波长的四分之一。

技术总结
本实用新型公开了一种宽边双排多孔耦合W波段全波段定向耦合器，包括上腔体、中间腔体、下腔体，所述的上腔体、中间腔体和下腔体通过螺栓连接为一体；所述中间腔体上设有波导传输通道；所述波导传输通道的耦合孔等间距、等孔径双排布置；通过更换中间腔体，实现同一波导频段内不同的中心频率、带宽、耦合度参数的耦合器。采用宽边耦合等间距分布等半径双排圆孔的方式，具有更好的宽频带特性。通过在金属波导上布置双排耦合通孔来实现信号的耦合传输，获得更平坦的耦合响应和均匀的宽频响。通过更换具有不同通孔参数的中间腔体结构，即可调整耦合器的性能指标。

技术研发人员：姚常飞;冯潇潇
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2019.12.03
技术公布日：2020.06.02