专利名称：紧凑型圆波导超强耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种耦合器，具体地说，是涉及一种宽带的波导超级耦合器。
背景技术：
耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的主要作用是将微波信号按一定的比例进行功率分配；其中波导结构的耦合器由于其本身具有的优点在微波界被广泛应用。金属波导具有导体损耗和介质(管内一般为空气)损耗小、功率容量大、没有辐射损耗、结构简单、易于制造等优点。广泛应用于3000MHz至300GHz的厘米波段和毫米波段的通信、雷达、遥感、电子对抗和测量等系统中。波导作为导行系统，在传输过程中传输线路往往需要交叉或跨接。在以往解决此类问题时，通常是通过波导组件来实现，如弯曲波导、扭波导、波导管等组件实现。但是，这种方案通常导致在连接和交叉处需要采用法兰盘连接，导致连接精度的降低和体积的增大。集成波导系统将上述所有元器件集成在一个金属底板上，降低了加工难度，并使系统的体积大大缩小。然而，在波导传输线的连接和交叉处，为使两波导交叉通过，通常要两波导错开使之形成立体结构并使用渐变结构才能恢复到处于同一平面内继续传播，这样不但造成交叉处体积增大、损耗增加、电压驻波比增大，还会由于渐变结构的复杂性给加工带来难度。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服由于波导跨接、交叉需要立体的复杂结构而造成交叉处体积增大、加工精度降低等一系列问题，提供了一种在一个平面上即可实现波导跨接、交叉传输的超级耦合器。为了实现上述目的 ，本实用新型采用的技术方案如下:紧凑型圆波导超强耦合器，包括主波导和副波导，还包括连通主波导和副波导的耦合孔，和设置在主波导内或\和副波导内的加载体，加载体相邻于耦合孔，主波导的两端分别为输入端口和隔离端口 A，副波导的两端分别为输出端口和隔离端口 B，连通主波导和副波导的耦合孔的宽度为X，耦合孔的高度为Y，设置在主波导内或\和副波导内的加载体的高度为Z，所述主波导和副波导都为圆形空波导，X小于或等于紧凑型圆波导超强耦合器工作频带中心频率时波长的两倍，Y小于主波导或副波导的最大高度，主波导或副波导的最大高度即圆形空波导的直径，Z小于或等于圆形空波导直径的三分之二。宽度是指耦合孔沿主波导或副波导轴线方向上的长度，高度是指耦合孔沿垂直于主波导或副波导轴线方向上长度。从主波导的输入端口输入的微波信号通过耦合孔只从副波导的输出端口输出。所述耦合孔的垂直于水平面的横截面为矩形或圆形。所述耦合孔的垂直于水平面的横截面为中心对称图形。所述加载体为金属体或介质体。主波导的轴线和副波导的轴线相互平行且处于同一水平面上。主波导和副波导相对于主波导和副波导之间的一个平面呈镜像对称，该平面垂直于水平面。对于给定的设计指标，设计指标包括反射系数，隔离度，总插入损耗等，为了获得更宽的工作带宽，在主波导和副波导中加入金属体，且金属体位于耦合孔附近。金属体沿着主波导或副波导的走向排列在耦合孔的两侧，位于主波导内的金属体相对于耦合孔呈对称排布，位于副波导内的金属体相对于稱合孔呈对称排布。本实用新型在上述结构的基础上，同时按照下列参数设置:连通主波导和副波导的耦合孔的宽度为X，耦合孔的高度为Y，设置在主波导内或\和副波导内的加载体的高度为Z，宽度是指从主波导至副波导方向耦合孔的尺度，高度是指垂直于宽度并指向耦合孔的下底面的尺度，所述主波导和副波导都为圆形空波导，X小于或等于紧凑型圆波导超强耦合器工作频带中心频率时波长的两倍，Y小于主波导或副波导的最大高度，即圆形空波导的直径，Z小于或等于圆形空波导直径的三分之二。即可实现从主波导的输入端口输入的微波信号通过耦合孔只从副波导的输出端口输出。这样即可实现能量全部耦合到副波导的输出端口中输出，以解决波导交叉或跨接带来的一系列问题。本实用新型的最大特点是能量从主波导的输入端口输入，全部耦合到副波导的输出端口中输出。由于波导传输能量往往需要交叉或跨接，我们实用新型的紧凑型圆波导超强耦合器解决了由于波导交叉或跨接带来的一系列问题，使波导在一个平面内即可实现交叉而不产生附加的损耗和加工难度。本实用新型的工作原理可以简述如下:微波信号通过主传输线上的输入端口输入，通过选取耦合孔的宽度和长度，以及输入端口、隔离端A、隔离端B、输出端口的尺寸和位置，可以使隔离端A耦合出来的功率相位相差180度，相互抵消，同时使输出端口耦合出来的功率相位相差O度或360度的整数倍，相互叠加。这时，基本上所有能量都从输出端口耦合输出，而不从隔离端A输出。由于输入端口激励的工作模式TEll模在隔离端B处自然满足反相相消，从隔离端B耦合出来的功率都很小，从而使隔离端B为隔离端使用。为了进一步拓宽器件的工作带宽，可以在主波导和副波导中加入加载体，且加载体位于耦合孔附近，微波信号有向加载体方向集中的趋势，达到增强耦合的效果。本实用新型的优点在于:本实用新型的输出端口位于与主波导相耦合的副波导上，主要用于解决传统波导交叉或跨接等所带来的一系列问题。本实用新型还具有结构简单、体积小等特点。本实用新型在引导能量传输的导行系统中存在的交叉或跨接应用领域中有着广泛的应用。
图1为本实用新型的立体图及实施实例I的立体图。图2为本实用新型的从输入端口看入的视图。图3为本实用新型的俯视图。图4为实施实例1计算结果曲线。附图中标号对应名称:1-主波导，2-副波导，3-耦合孔，4-加载体，SI，1_主波导输入端口的反射系数，S2, 1-主波导隔离端口 A的隔离系数，S3, 1-副波导输出端口的传输系数，S4, 1-副波导隔离端口 B的隔离系数。
具体实施方式
实施实例I如图1所示，紧凑型圆波导超强耦合器，包括主波导I和副波导2，还包括连通主波导I和副波导2的耦合孔3，和设置在主波导I内或\和副波导2内的加载体4，加载体4相邻于耦合孔3，主波导I的两端分别为输入端口和隔离端口 A，副波导2的两端分别为输出端口和隔离端口 B，连通主波导I和副波导2的耦合孔3的宽度为X，耦合孔3的高度为Y，设置在主波导I内或\和副波导2内的加载体4的高度为Z，所述主波导I和副波导2都为圆形空波导，X小于或等于紧凑型圆波导超强耦合器工作频带中心频率时波长的两倍，Y小于主波导I或副波导2的最大高度，主波导I或副波导2的最大高度即圆形空波导的直径，Z小于或等于圆形空波导直径的三分之二。从主波导I的输入端口输入的微波信号通过耦合孔3只从副波导2的输出端口输出。所述耦合孔3的垂直于水平面的横截面为矩形或圆形。所述耦合孔3的垂直于水平面的横截面为中心对称图形。所述加载体4为金属体或介质体。主波导I的轴线和副波导2的轴线相互平行且处于同一水平面上。主波导I和副波导2相对于主波导I和副波导2之间的一个平面呈镜像对称，该平面垂直于水平面。对于给定的设计指标，设计指标包括反射系数，隔离度，总插入损耗等，为了获得更宽的工作带宽，在主波导I和副波导2中加入金属体，且金属体位于耦合孔3附近。在本实施例中，选择在主波导I和副波导2中各加两个金属体，且金属体相对于与耦合孔3轴线平行和垂直的面分别呈镜像对称分布。微波信号通过主传输线上的输入端口输入，通过选取耦合孔3的宽度和长度，以及输入端口、隔离端A、隔离端B、输出端口的尺寸和位置，可以使隔离端A耦合出来的功率相位相差180度，相互抵消，同时使输出端口耦合出来的功率相位相差O度或360度的整数倍，相互叠加。这时，基本上所有能量都从输出端口耦合输出，而不从隔离端A输出。由于输入端口激励的工作模式TEll模在隔离端B处自然满足反相相消，从隔离端B耦合出来的功率都很小，从而使隔离端B为隔离端使用。为了进一步拓宽器件的工作带宽，可以在主波导I和副波导2中加入加载体，且加载体位于耦合孔3附近，微波信号有向加载体方向集中的趋势，达到增强耦合的效果。根据实施实例I的结构计算得到的紧凑型圆波导超强耦合器的S参数如图4所示。从图中可以看出，在13.9GHz到15.3GHz工作带宽内，主波导I的输入端口 I的反射都低于-20dB，隔离端口 A和隔离端口 B上的输出也都低于_20dB，输出端口的插损低于0.05dB。因此，该实施实例提供了一只宽带的紧凑型圆波导超强耦合器。实施实例2本实施 例与实施实例I的区别仅在于，只在副波导2中添加加载体，而主波导I中不加加载体。
权利要求1.紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，包括主波导(1)和副波导(2)，还包括连通主波导(1)和副波导(2)的耦合孔(3)，和设置在主波导(1)内或\和副波导(2)内的加载体(4)，加载体(4)相邻于耦合孔(3)，主波导(1)的两端分别为输入端口和隔离端口 A，副波导(2)的两端分别为输出端口和隔离端口 B，连通主波导(1)和副波导(2)的耦合孔(3)的宽度为X，耦合孔(3)的高度为Y，设置在主波导(1)内或\和副波导(2)内的加载体(4)的高度为Z，所述主波导(I)和副波导(2)都为圆形空波导，X小于或等于紧凑型圆波导超强耦合器工作频带中心频率时波长的两倍，Y小于主波导(1)或副波导(2)的最大高度，主波导(I)或副波导(2)的最大高度即圆形空波导的直径，Z小于或等于圆形空波导直径的三分之二。
2.根据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，从主波导(I)的输入端口输入的微波信号通过耦合孔(3)只从副波导(2)的输出端口输出。
3.根据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，所述耦合孔(3)的垂直于水平面的横截面为矩形或圆形。
4.根据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，所述耦合孔(3)的垂直于水平面的横截面为中心对称图形。
5.根据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，所述加载体(4)为金属体或介质体。
6.根据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，主波导(I)的轴线和副波导(2)的轴线相互平行且处于同一水平面上。
7.根 据权利要求1所述的紧凑型圆波导超强耦合器，其特征在于，主波导(I)和副波导(2)相对于主波导(1)和副波导(2)之间的一个平面呈镜像对称，该平面垂直于水平面。
专利摘要本实用新型公布了紧凑型圆波导超强耦合器，包括主波导和副波导，还包括连通主波导和副波导的耦合孔，和设置在主波导内或\和副波导内的加载体，加载体相邻于耦合孔，主波导的两端分别为输入端口和隔离端口A，副波导的两端分别为输出端口和隔离端口B。本实用新型具有结构简单紧凑、工作频带宽、插入损耗低、加工调试成本低等特点，克服了由于波导跨接、交叉需要立体的复杂结构而造成交叉处体积增大、加工精度降低等一系列问题，提供了一种在一个平面上即可实现波导跨接、交叉传输的超级耦合器。
文档编号H01P5/18GK203085731SQ20132010856
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者王清源, 谭宜成, 张运波 申请人:成都赛纳赛德科技有限公司