[发明专利]单孔波导定向耦合器

说明书

本发明公布了一种单孔波导定向耦合器，包括耦合腔、金属柱、金属体、耦合段和匹配段，采用深度、高度和/或宽度不同的耦合段、匹配段、金属柱和金属体，利用横向错位的金属柱，利用金属柱和金属体沿一方向的无缝连接，实现高频毫米波，特别是太赫兹频段全带宽波导定向耦合器的微波结构的无翻转一次性加工，并最大限度地降低器件装配误差和对位误差对性能的影响。本发明可以广泛用于各种微波毫米波和太赫兹测量和信号监控中。

技术领域

本发明涉及一种耦合器。具体地说，是涉及一种横向尺寸变化的脊结构宽带单孔波导定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用元件。波导定向耦合器由于其功率容量高、插入损耗低等特点， 应用十分广泛。十字交叉波导定向耦合器结构紧凑、插入损耗小但耦合度低、相对带宽小而且方向性有限。多孔波导定向耦合器虽然可以实现波导全带宽和高方向性，但是所需耦合孔的数目很大（比如20个以上），导致耦合器的长度比较大。随着工作频率的升高，特别是在高频段毫米波和太赫兹频段，多孔定向耦合器存在以下几个问题：1）插入损耗急剧上升。2）耦合孔很小，对加工精度要求也很高，加工成本很高。3）加工误差和装配误差的影响增大，导致多孔波导定向耦合器的性能的急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、宽带，容易加工、加工精度和装配精度容易保障的单孔波导定向耦合器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

单孔波导定向耦合器，包括耦合腔和4个支路，支路A上设置有端口A，支路B上设置有端口B， 支路C上设置有端口C，支路D上设置有端口D。 耦合腔由沿线段XY依次排列并相互连通的至少两个耦合段构成。 其中X点和Y点位于耦合腔内， 而且线段XY为水平线段。每条支路与耦合腔之间直接连通或通过一级或多级匹配段连通。端口A和端口B位于平面Z的左侧，端口C和端口D位于平面Z的右侧。其中平面Z为过水平线段XY的垂直平面。端口A和端口D 位于水平线段XY的X点附近。端口B和端口C位于水平线段XY的Y点附近。

在高频段毫米波，特别是太赫兹频段，该单孔波导定向耦合器的尺寸非常小。为了便于通过放置适当大小的安装螺钉使底座的上表面和和盖板的下表面重合以防止电磁泄漏，我们让该单孔波导定向耦合器的四个端口中心之间的间距随着四个支路从所述耦合腔向外延伸而迅速增大：所述端口A、端口B、端口C和D的法线方向与过X点和Y点的矢量XY或矢量YX之间的夹角大于30度，小于60度。较佳的设计，四个端口的法线与过X点和Y点的矢量XY或矢量YX之间的夹角都等于45度。也就是说，四个端口中心的法线方向位于水平面内，分别从某个矩形体中心点向外，分别垂直于该矩形体的四个侧面。

扩展单孔波导定向耦合器的相对带宽的第一个步骤，所述耦合段中至少有2个耦合段的下表面或/和上表面设置有至少共4个金属体；所述金属体只在对应的耦合段的下表面或/和上表面与该耦合段相连；所有所述金属体的数目为2N个，N为大于2或等于2的正整数，所有所述金属体并被分为两列；每列N个金属体设置于N个耦合段中；两列金属体分别设置于平面Z的左右两侧；至少有2个属于同一列的金属体中的一个金属体的几何中心与另一个金属体的几何中心之间的连线在该单孔波导定向耦合器宽度方向的投影长度为D，D>所有金属体的宽度的最大值的5%。举例说明，金属体M1和金属体N1属于同一列的2个金属体，金属体M1宽度的最大值为M1，金属体N1为宽度的最大值为N1，M1大于N1，则D大于M1的5%，即所有金属体的宽度的最大值的测算方法是：将单个金属体的最大宽度求出，比较所有金属体的最大宽度，取数值最大的金属体的最大宽度作为所有金属体的宽度的最大值。