專利名稱：耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多孔定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用多個孔進行耦合的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器。
背景技術：
定向耦合器是微波系統(tǒng)中應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行功率分配；定向耦合器由兩根傳輸線構成，同軸線、矩形波導、圓波導、帶狀線和微帶線等都可構成定向耦合器；所以從結(jié)構來看定向耦合器種類繁多，差異很大，但從它們的耦合機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50年代初以前，幾乎所有的微波設備都采用金屬波導和波導電路，那個 時候的定向I禹合器也多為波導小孔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。隨著航空和航天技術的發(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)點如結(jié)構簡單、參數(shù)少，設計起來比較方便；但是它還存在著一些缺點如帶寬窄、方向性差，只有在設計頻率處工作合適，偏離開這個頻率，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、方向性也有很所改善，但也存在著一些缺點，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值；這就激勵我們?nèi)ピO計一種能克服這些缺點的新型多孔定向耦合器。

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，提供了一種緊湊型、插入損耗低的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下耦合孔交錯分布的多孔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的結(jié)構一致，其中主矩形同軸線和副矩形同軸線都是由矩形波導內(nèi)置導體構成的；主矩形同軸線和副矩形同軸線相互隔離；主矩形同軸線通過至少3個耦合孔與副矩形同軸線連通，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，中空耦合管靠近主矩形同軸線的側(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通；所述耦合孔沿主矩形同軸線的軸線方向排列，沿主矩形同軸線軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主矩形同軸線軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形同軸線的中心工作頻率的波導波長的20°/Γ30%之間。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為圓形；中空耦合管在其俯視方向上的投影形狀為圓形；耦合腔在其俯視方向上的投影形狀為圓形。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為三角形；中空耦合管在其俯視方向上的投影形狀為三角形；耦合腔在其俯視方向上的投影形狀為三角形。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為矩形；中空耦合管在其俯視方向上的投影形狀為矩形；耦合腔在其俯視方向上的投影形狀為矩形。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為圓形；中空耦合管在其俯視方向上的投影形狀為半圓形；耦合腔在其俯視方向上的投影形狀為半圓形。所述耦合孔中加入了一個軸線與耦合孔的軸線平行并與主矩形同軸線軸線垂直的柱狀金屬體，該柱狀金屬體一端與對應的耦合孔的內(nèi)壁連接，該柱狀金屬體的橫截面的 形狀為多邊形，且柱狀金屬體延伸進主矩形同軸線的內(nèi)部。所述主矩形同軸線和副矩形同軸線的軸線相互平行。所述主矩形同軸線或副矩形同軸線的一端或兩端還連接有彎曲波導。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。單孔定向耦合器在方向性上有相對窄的帶寬，于是人們想到了設計一系列耦合孔，這一系列的耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，并且這個額外的自由度還可以提高帶寬。因此，為了增加耦合孔的耦合性能，我們將耦合孔沿主矩形同軸線的軸線排列，同時為了增加耦合孔的口徑，我們將相鄰的耦合孔依次交錯的分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)。將耦合孔交錯排列后，在滿足耦合加強的條件下，即相鄰兩耦合孔的孔心間距應設置在主矩形同軸線的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間，可以增大耦合孔的口徑，這樣一來又可以進一步的加強耦合，從而進一步提高該矩形波導定向耦合器的方向性。同時，優(yōu)先選擇橫截面為矩形柱狀金屬體設置在耦合孔內(nèi)，且柱狀金屬體在耦合孔內(nèi)的位置不受限制，可根據(jù)實際需求進行設置。為了使其整個耦合器的體積減少，我們優(yōu)先考慮主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線的軸線平行設置。耦合孔在其俯視方向的投影形狀不受限制，當考慮制作成本時，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。增加柱狀金屬體時，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個分支的星狀。基于上述結(jié)構，本發(fā)明相較于以往的多孔定向耦合器而言其改進點為將傳統(tǒng)的耦合孔改進為由耦合腔和中空耦合管組成的耦合通道，其中耦合腔設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。由于存在多個耦合孔，其多個耦合孔可以波導之間達到耦合加強的效果，同時為了使得耦合孔的孔徑加大，因此本發(fā)明進一步的改進點為耦合孔沿主矩形同軸線的軸線排列，沿主矩形同軸線軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主矩形同軸線軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形同軸線的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。即，將相鄰的耦合孔依次交錯的分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)。相鄰的耦合孔交錯分布以后，在單位面積內(nèi)，由于我們采用交錯的將耦合孔排布的主矩形同軸線的兩側(cè)，那么勢必在相同孔數(shù)的條件下，我們就可以增大耦合孔的口徑，這樣一來又可以進一步的耦合加強，從而進一步提高該多孔矩形波導定向耦合器的方向性。多孔定向耦合器的工作原理可以敘述如下
由于波導內(nèi)壁可以近似看成理想導電平面。根據(jù)交變電磁場的邊界條件，理想導電平面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。主波導內(nèi)電場垂直主副矩形同軸線公共寬邊，通過小孔達到副波導的那一部分電場仍 垂直于主副波導公共寬邊，其電力線形成一個彎頭。磁場(磁力線)為平行主波導寬壁的閉合曲線，故主波導的磁場(磁力線)在小孔處形成一組穿進穿出副矩形同軸線的連續(xù)曲線。通過小孔進入副波導的那一部分電場在副波導耦合孔兩側(cè)耦合出垂直向下的電場Ε’。交變的電場Ε’激發(fā)出感生磁場Η’(方向由S=E*H決定)。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。通過小孔進入副波導的那一部分磁場在副波導耦合孔兩側(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。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，相互抵消構成隔離端，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。多孔定向耦合器就是利用一系列耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，并且這個額外的自由度還可以提高帶寬。本發(fā)明的優(yōu)點在于結(jié)構緊湊、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，與普通多孔定向耦合器相比，在低插損方面具有突出優(yōu)勢。本發(fā)明的緊湊型多孔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、導彈制導、通信等軍事及民用領域。


圖I為本發(fā)明中主矩形同軸線的軸線和副矩形同軸線的軸線平行時的立體圖。圖2為耦合孔的結(jié)構立體圖。圖3為本發(fā)明實施例一的俯視圖。圖4為本發(fā)明實施例一的A-A剖面圖。圖5為本發(fā)明實施例二的俯視圖。圖6為本發(fā)明實施例三的俯視圖。圖7為本發(fā)明實施例四的俯視圖。
圖8為本發(fā)明實施例五的俯視圖。圖中的標號分別表示為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；4、柱狀金屬體；5、彎曲波導。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明實施方式不限于此。如圖1、2所示，耦合孔交錯分布的多孔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；耦合孔3包括貼附在主矩形同軸線I側(cè)壁或\和副矩形同軸線側(cè)壁的中空耦合管32，中空耦合管32靠近矩形波導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導通。其中，耦合孔3的數(shù)目為3個；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。耦合孔3沿主矩形同軸線I的軸線排列，沿主矩形同軸線I軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯分布于主矩形同軸線I軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主矩形同軸線I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主矩形同軸線I的中心工作頻率的波導波長的22% 28%之間。相較于以往的多孔定向耦合器而言其改進點為1、將傳統(tǒng)的耦合孔改進為由耦合腔和中空耦合管組成的耦合通道，其中耦合腔設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；2、將相鄰的耦合孔依次交錯的分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)。相鄰的耦合孔交錯分布以后，我們就可以增大耦合孔的口徑。這樣可增加其方向性。耦合孔沿主矩形同軸線的軸線排列，沿主矩形同軸線軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主矩形同軸線軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形同軸線的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。即，將相鄰的耦合孔依次交錯的分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)。相鄰的耦合孔交錯分布以后，在單位面積內(nèi)，由于我們采用交錯的將耦合孔排布的主矩形同軸線的兩側(cè)，那么勢必在相同孔數(shù)的條件下，我們就可以增大耦合孔的口徑，這樣一來又可以進一步的耦合加強，從而進一步提高該矩多孔形波導定向耦合器的方向性。實施例一
如圖3，4所示，本實施例包括設置有主矩形同軸線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，主矩形同軸線I和副矩形同軸線2通過5個耦合孔3連通；5個耦合孔3的部分在主矩形同軸線I和副矩形同軸線2以外。所述耦合孔3的軸線與主矩形同軸線I的軸線垂直，其橫截面的形狀為不規(guī)則多邊形；耦合孔3位于主矩形同軸線的兩側(cè)，沿主矩形同軸線I軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主矩形同軸線I的中心工作頻率的波導波長229Γ28%之間。每個耦合孔3中都加入了另一個軸線與主矩形同軸線I的軸線垂直的柱狀金屬體4，該柱狀金屬體4的橫截面的形狀為矩形。實施例二如圖5所示，與實施例一不同的地方是主矩形同軸線I和副矩形同軸線2通過4個耦合孔3連通，副矩形同軸線2的兩端還連有彎曲波導5，在彎曲波導5的另一端還連接有與外界匹配的匹配結(jié)構。這樣可以方便定向耦合器與外界器件的連接，從而可以得到方向性更好，帶寬更寬的波導定向耦合器。實施例三
如圖6所示，與實施實例一不同的地方是5個耦合孔3交錯分布在主矩形同軸線I的兩側(cè)，耦合孔3的橫截面為橢圓，并且耦合孔3內(nèi)都沒有加柱狀金屬體4。實施例四
如圖7所示，與實施實例三不同的地方是耦合孔3的橫截面為矩形，并且耦合孔3內(nèi)設置有橫截面形狀為矩形的柱狀金屬體4。實施例五
如圖8所示，與實施實例三不同的是耦合孔3的橫截面為三角形。如上所述便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.耦合孔交錯分布的多孔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(I)和副矩形同軸線(2)的結(jié)構一致，其中主矩形同軸線(I)和副矩形同軸線(2)都是由矩形波導內(nèi)置導體構成的；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)通過至少3個耦合孔(3)與副矩形同軸線(2)連通，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 )靠近主矩形同軸線(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)導通；所述耦合孔(3)沿主矩形同軸線(I)的軸線方向排列，沿主矩形同軸線(I)軸線方向相鄰的耦合孔(3)依次交錯分布于主矩形同軸線(I)軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主矩形同軸線(I)軸線方向上，相鄰兩耦合孔(3)的孔心間距在主矩形同軸線(I)的中心工作頻率的波導波長的209^30%之間。
2.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為圓形；中空耦合管(32)在其俯視方向上的投影形狀為圓形；耦合腔(31)在其俯視方向上的投影形狀為圓形。
3.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為三角形；中空耦合管(32)在其俯視方向上的投影形狀為三角形；耦合腔(31)在其俯視方向上的投影形狀為三角形。
4.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為矩形；中空耦合管(32)在其俯視方向上的投影形狀為矩形；耦合腔(31)在其俯視方向上的投影形狀為矩形。
5.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為圓形；中空耦合管(32)在其俯視方向上的投影形狀為半圓形；耦合腔(31)在其俯視方向上的投影形狀為半圓形。
6.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述耦合孔(3)中加入了一個軸線與耦合孔(3)的軸線平行并與主矩形同軸線(I)軸線垂直的柱狀金屬體(4)，該柱狀金屬體(4) 一端與對應的耦合孔(3)的內(nèi)壁連接，該柱狀金屬體(4)的橫截面的形狀為多邊形，且柱狀金屬體(4)延伸進主矩形同軸線(I)的內(nèi)部。
7.根據(jù)權利要求I所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在 于所述主矩形同軸線(I)和副矩形同軸線(2)的軸線相互平行。
8.根據(jù)權利要求1-7中任意一項所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述主矩形同軸線(I)或副矩形同軸線(2)的一端或兩端還連接有彎曲波導(5)。
9.根據(jù)權利要求1-7中任意一項所述的耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，其特征在于所述主矩形同軸線(I)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。
全文摘要
本發(fā)明公開了耦合孔交錯分布的多孔矩形同軸線定向耦合器，包括主矩形同軸線和副矩形同軸線、以及耦合孔；主矩形同軸線和副矩形同軸線相互隔離，主矩形同軸線通過至少3個耦合孔與副矩形同軸線連通；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)壁的中空耦合管和靠近主矩形同軸線的側(cè)壁的三端開口的耦合腔，耦合腔與中空耦合管導通，耦合腔位于主副矩形同軸線之間并與主副矩形同軸線導通；沿主矩形同軸線軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯分布于主矩形同軸線軸線的左側(cè)和右側(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點在于結(jié)構緊湊、加工簡單、超寬工作帶寬、插入損耗低，特別是在毫米波和太赫茲波段，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H01P5/18GK102810712SQ20121028269
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權日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