專利名稱：矩形同軸線定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及矩形同軸線定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用單孔或雙孔進(jìn)行耦合的矩形同軸線定向耦合器。
背景技術(shù)：
定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的主要作用是將微波信號按一定的比例進(jìn)行功率分配；定向耦合器由兩根傳輸線構(gòu)成，同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線和微帶線等都可構(gòu)成定向耦合器；所以從結(jié)構(gòu)來看定向耦合器種類繁多，差異很大，但 從它們的耦合機(jī)理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。在20世紀(jì)50年代初以前，幾乎所有的微波設(shè)備都采用金屬波導(dǎo)和波導(dǎo)電路，那個(gè)時(shí)候的定向I禹合器也多為波導(dǎo)小孔I禹合定向I禹合器；其理論依據(jù)是Bethe小孔I禹合理論，Cohn和Levy等人也做了很多貢獻(xiàn)。隨著航空和航天技術(shù)的發(fā)展，要求微波電路和系統(tǒng)做到小型化、輕量化和性能可靠，于是出現(xiàn)了帶狀線和微帶線，隨后由于微波電路與系統(tǒng)的需要又相繼出現(xiàn)了鰭線、槽線、共面波導(dǎo)和共面帶狀線等微波集成傳輸線，這樣就出現(xiàn)了各種傳輸線定向耦合器。傳統(tǒng)單孔定向耦合器有一些的優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)少，設(shè)計(jì)起來比較方便；但是它還存在著一些缺點(diǎn)如帶寬窄、方向性差，只有在設(shè)計(jì)頻率處工作合適，偏離開這個(gè)頻率，方向性將降低。傳統(tǒng)多孔定向耦合器雖然可以做到很寬的帶寬，但也存在著一些缺點(diǎn)，如體積大、加工精度要求高、插入損耗高，特別是在毫米波太赫茲波段，過高的插損使該器件失去使用價(jià)值.這就激勵(lì)我們?nèi)ピO(shè)計(jì)一種能克服這些缺點(diǎn)的新型定向耦合器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)定向耦合器的一些缺點(diǎn)，提供了一種緊湊型、插入損耗低的矩形同軸線定向耦合器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下矩形同軸線定向耦合器，包括作為微波主通道的主矩形同軸線和作為取樣信號通道的副矩形同軸線、以及作為耦合通道的耦合孔；主矩形同軸線和副矩形同軸線相互隔離；主矩形同軸線通過I個(gè)或2個(gè)耦合孔與副矩形同軸線連通，至少I個(gè)耦合孔包括貼附在主矩形同軸線側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁的中空耦合管，中空耦合管靠近矩形同軸線的側(cè)壁連接有三端開口的耦合腔，耦合腔與中空耦合管導(dǎo)通，耦合腔位于主矩形同軸線和副矩形同軸線之間并與主矩形同軸線和副矩形同軸線導(dǎo)通。耦合孔在其俯視方向的投影形狀為圓形或多邊形。所述耦合孔內(nèi)設(shè)置有軸線與耦合孔的軸線平行并與主矩形同軸線的軸線垂直的柱狀金屬結(jié)構(gòu)。該柱狀金屬結(jié)構(gòu)的橫截面的形狀為三角形，優(yōu)先選擇矩形。
所述主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線的軸線之間的角度為30°至180°之間。所述耦合孔的數(shù)目為2時(shí)，兩耦合孔的中心分別位于主矩形同軸線和副矩形同軸線在俯視方向投影后相交構(gòu)成的平行四邊形的兩個(gè)相對的頂點(diǎn)附近。所述主矩形同軸線的一端或兩端還連接有彎曲同軸線。所述主矩形同軸線或\和副矩形同軸線在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結(jié)構(gòu)?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本發(fā)明相較于以往的單孔定向耦合器而言其改進(jìn)點(diǎn)為將傳統(tǒng)的耦合孔改進(jìn)為由耦合腔和中空耦合管組成的耦合通道，其中耦合腔設(shè)置在主矩形同軸線和副矩形同軸線之間，中空耦合管貼附在主矩形同軸線側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁；這樣可增加其方向性。

一般的主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線的軸線之間的角度為30°至180°之間。同時(shí)，其主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線的軸線之間的角度大小根據(jù)該定向耦合器的耦合度、方向性和工作帶寬等指標(biāo)經(jīng)過優(yōu)化而定。當(dāng)耦合孔的數(shù)目為I個(gè)時(shí)，相比以往的單孔耦合器，性能有明顯的進(jìn)步，當(dāng)耦合孔的數(shù)目增加為2個(gè)時(shí)，可進(jìn)一步的提高其方向性，此時(shí)我們需要使中空耦合管貼附在主矩形同軸線側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁才能提高其方向性。耦合孔在其俯視方向的投影形狀不受限制，當(dāng)考慮制作成本時(shí)，我們優(yōu)先考慮能簡易批量生產(chǎn)的圓形或三角形或四邊形。增加柱狀金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，所述耦合孔在俯視方向的投影形狀為一字形或Y字形或十字型和其它多于4個(gè)分支的星狀。矩形同軸線定向耦合器的工作原理可以敘述如下
由于波導(dǎo)內(nèi)壁可以近似看成理想導(dǎo)電平面，根據(jù)交變電磁場的邊界條件，理想導(dǎo)電平面E只有與表面相垂直的分量,沒有切向分量；磁場H只有與表面相切的分量,沒有法向分量。主波導(dǎo)內(nèi)電場垂直主副波導(dǎo)公共寬邊，通過小孔達(dá)到副波導(dǎo)的那一部分電場仍垂直與主副波導(dǎo)公共寬邊，其電力線形成一個(gè)彎頭。磁場(磁力線)為平行于主波導(dǎo)寬壁的閉合曲線，故主波導(dǎo)的磁場(磁力線)在小孔處形成一組穿進(jìn)穿出副波導(dǎo)的連續(xù)曲線。通過小孔進(jìn)入副波導(dǎo)的那一部分電場在副波導(dǎo)耦合孔兩側(cè)耦合出垂直向下的電場E’，交變的電場E’激發(fā)出感生磁場H’(方向由S=E*H決定)，電、磁場交替激發(fā)，形成分別向率禹合端和隔離端輸出的電磁波。通過小孔進(jìn)入副波導(dǎo)的那一部分磁場在副波導(dǎo)耦合孔兩側(cè)耦合出水平向右的磁場H’，交變的磁場H’激發(fā)出感生的電場E’，電、磁場交替激發(fā)，形成分別向耦合端和隔離端輸出的電磁波。小孔耦合是上述電耦合和磁耦合的疊加，即把兩種耦合形成的電磁波合并，我們可以看出往I禹合端方向傳輸?shù)碾姶挪ㄍ虔B加，形成I禹合輸出；往隔離端方向傳輸?shù)碾姶挪ǚ聪虔B加，相互抵消構(gòu)成隔離，所以原則上是無耦合輸出的；但是由于小孔電、磁耦合的不對稱性，兩者疊加產(chǎn)生了方向性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡單、超寬工作帶寬、功率容量大、插入損耗低，特別是在毫米波和太赫茲波段，與普通單孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優(yōu)勢。本發(fā)明的緊湊型矩形同軸線定向耦合器可望廣泛用于各微波波段及太赫茲波段的電子系統(tǒng)中，特別是雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信等軍事及民用領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明中主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線平行時(shí)的結(jié)構(gòu)立體圖。圖2為耦合孔的結(jié)構(gòu)立體圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施 例一的俯視圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例一中A— A剖面圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的俯視圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例三的俯視圖。圖7本發(fā)明實(shí)施例四的俯視圖。圖中的標(biāo)號分別表示為1、主矩形同軸線；2、副矩形同軸線；3、耦合孔；31、耦合腔；32、中空耦合管；7、柱狀金屬結(jié)構(gòu)；4、彎曲同軸線；5、矩形同軸線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明實(shí)施方式不限于此。如圖1、2所示，矩形同軸線定向耦合器，包括作為微波主通道的主矩形同軸線I和作為取樣信號通道的副矩形同軸線2、以及作為耦合通道的耦合孔3 ;主矩形同軸線I和副矩形同軸線2相互隔離，主矩形同軸線I通過I個(gè)或2個(gè)耦合孔3與副矩形同軸線2連通，至少I個(gè)耦合孔3包括貼附在主矩形同軸線I側(cè)壁或\和副矩形同軸線2側(cè)壁的中空耦合管32，中空耦合管32靠近矩形同軸線I的側(cè)壁連接有三端開口的耦合腔31，耦合腔31與中空耦合管32導(dǎo)通，耦合腔31位于主矩形同軸線I和副矩形同軸線2之間并與主矩形同軸線I和副矩形同軸線2導(dǎo)通。其中耦合孔3在其俯視方向的投影形狀為圓形，且主矩形同軸線I的軸線和副矩形同軸線2的軸線互相平行。相較于以往的單孔定向耦合器而言其改進(jìn)點(diǎn)為將傳統(tǒng)的耦合孔改進(jìn)為由耦合腔31和中空耦合管32組成的耦合通道，其中耦合腔31設(shè)置在主矩形同軸線I和副矩形同軸線2之間，中空耦合管32貼附在主矩形同軸線I側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁。這樣可增加其方向性。實(shí)施例一
如圖3、4所示，本實(shí)施例包括設(shè)置有主矩形同軸線I和副矩形同軸線2，主矩形同軸線I為微波主通道，副矩形同軸線2為取樣信號通道；主矩形同軸線I和副矩形同軸線2相互隔離，有I個(gè)耦合孔3包括貼附在主矩形同軸線I側(cè)壁或\和副矩形同軸線2側(cè)壁的中空耦合管32，中空耦合管32靠近矩形同軸線I的側(cè)壁連接有三端開口的耦合腔31，耦合腔31與中空耦合管32導(dǎo)通，耦合腔31位于主矩形同軸線I和副矩形同軸線2之間并與主矩形同軸線I和副矩形同軸線2導(dǎo)通。耦合孔3中加入另一個(gè)軸線與耦合孔3的軸線平行并與主矩形同軸線I的軸線垂直的柱狀金屬結(jié)構(gòu)7，該柱狀金屬結(jié)構(gòu)7的橫截面的形狀為矩形，這樣可以得到方向性更好的定向耦合器。實(shí)施例二
如圖5所示，與實(shí)施例一不同的地方是主矩形同軸線I和副矩形同軸線2之間是平行的，沒有夾角。耦合孔3都只有部分在主矩形同軸線I和副矩形同軸線2里面，還有一部分在外面。耦合孔3內(nèi)沒有設(shè)置柱狀金屬結(jié)構(gòu)7。實(shí)施例三
如圖6所示，與實(shí)施例一不同的地方是主矩形同軸線I和副矩形同軸線2之間通過兩個(gè)耦合孔3連通，兩耦合孔3的中心分別位于主矩形同軸線I和副矩形同軸線2相交構(gòu)成的平行四邊形的兩個(gè)相對的頂點(diǎn)附近。實(shí)施例四
如圖7所示，與實(shí)施例三不同的地方是主矩形同軸線I和副矩形同軸線2只通過一個(gè)耦合孔3連通，在主矩形同軸線I的兩端有彎曲波導(dǎo)4的過渡，這樣可以得到方向性更好、帶寬更寬的波導(dǎo)定向耦合器，在彎曲同軸線4的另一端連接著矩形同軸線5。如上所述便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.矩形同軸線定向耦合器，其特征在于包括作為微波主通道的主矩形同軸線(I)和作為取樣信號通道的副矩形同軸線(2)、以及作為耦合通道的耦合孔(3);主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)相互隔離，其中主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)的結(jié)構(gòu)相同，主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)均由外導(dǎo)體、以及設(shè)置在外導(dǎo)體內(nèi)部且軸線與外導(dǎo)體軸線重合的內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成；主矩形同軸線(1)通過1個(gè)或2個(gè)耦合孔(3)與副矩形同軸線(2)連通，至少1個(gè)耦合孔(3)包括貼附在外導(dǎo)體側(cè)壁的中空耦合管(32)，中空耦合管(32)靠近外導(dǎo)體的側(cè)壁連接有三端開口的耦合腔(31)，耦合腔(31)與中空耦合管(32)導(dǎo)通，耦合腔(31)位于主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)之間并與主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)導(dǎo)通；所述耦合腔(31)內(nèi)設(shè)置有軸線與耦合孔(3)的軸線平行并與主矩形同軸線(1)的軸線垂直的柱狀金屬結(jié)構(gòu)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述主矩形同軸線(1)的軸線和副矩形同軸線(2)的軸線之間的角度為30°至180°之間；所述耦合孔(3)的數(shù)目為2時(shí)，兩耦合孔(3)的中心分別位于主矩形同軸線(1)和副矩形同軸線(2)在俯視方向投影后相交構(gòu)成的平行四邊形的兩個(gè)相對的頂點(diǎn)附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向的投影形狀為圓形；耦合腔(31)在其俯視方向的投影形狀為圓形；中空耦合管(32)其俯視方向的投影形狀為半圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向的投影形狀為多邊形；耦合腔(31)在其俯視方向的投影形狀為多邊形；中空耦合管(32)其俯視方向的投影形狀為半圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向的投影形狀為多邊形；耦合腔(31)在其俯視方向的投影形狀為多邊形；中空耦合管(32)其俯視方向的投影形狀為多邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于該柱狀金屬結(jié)構(gòu)(7)的橫截面的形狀為三角形或四邊形或五邊形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述主矩形同軸線(1)的一端或兩端還連接有彎曲同軸線(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述主矩形同軸線(1)或\和副矩形同軸線(2)在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了矩形同軸線定向耦合器，包括作為微波主通道的主矩形同軸線和作為取樣信號通道的副矩形同軸線、以及作為耦合通道的耦合孔；主矩形同軸線和副矩形同軸線相互隔離；主矩形同軸線通過1個(gè)或2個(gè)耦合孔與副矩形同軸線連通，至少1個(gè)耦合孔包括貼附在主矩形同軸線側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁的中空耦合管，中空耦合管靠近矩形同軸線的側(cè)壁連接有三端開口的耦合腔，耦合腔與中空耦合管導(dǎo)通，耦合腔位于主矩形同軸線和副矩形同軸線之間并與主矩形同軸線和副矩形同軸線導(dǎo)通。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、超寬工作帶寬、功率容量大、插入損耗低，與普通多孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優(yōu)勢。
文檔編號H01P5/18GK102881982SQ20121028259
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者王清源, 譚宜成 申請人:成都賽納賽德科技有限公司