專利名稱：耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多孔定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用多個(gè)孔進(jìn)行耦合的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器。
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(hào)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(jiǎn)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、方向性也有很所改善，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)的新型多孔定向耦合器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型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、插入損耗低的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，包括軸線互相平行且互相隔離的主微帶和副微帶、以及作為耦合通道的耦合孔；主微帶和副微帶的結(jié)構(gòu)一致，其中主微帶和副微帶都是由介質(zhì)層印刷上導(dǎo)體帶構(gòu)成的；主微帶和副微帶通過接地面相互隔離，主微帶通過至少3個(gè)耦合孔與副微帶連通，耦合孔設(shè)置在主微帶和副微帶之間的接地面上并與主微帶和副微帶導(dǎo)通；耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為圓形或矩形或三角形；所述耦合孔沿主微帶的軸線方向排列，沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的209Γ30%之間。耦合孔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。[0011 ] 耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為矩形。所述耦合孔中加入了另一個(gè)軸線與耦合孔的軸線平行并與主微帶軸線垂直的柱狀金屬體，該柱狀金屬體一端與對(duì)應(yīng)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；所述柱狀金屬體全部或部分位于主微帶的內(nèi)部。所述主微帶或副微帶的一端或兩端還連接有彎曲微帶。所述主微帶或\和副微帶在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結(jié)構(gòu)。單孔定向耦合器在方向性上有相對(duì)窄的帶寬，于是人們想到了設(shè)計(jì)一系列耦合孔，這一系列的耦合孔組成一個(gè)陣列，若干個(gè)陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應(yīng)。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(gè)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，我們將耦合孔沿主微帶的軸線排列，同時(shí)為了增加耦合孔的口徑，我們將相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)的分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)。將耦合孔交錯(cuò)排列后，在滿足耦合加強(qiáng)的條件下，即相鄰兩耦合孔的孔心間距應(yīng)設(shè)置在主微帶的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的209Γ30%之間，可以增大耦合孔的口徑，這樣一來又可以進(jìn)一步的加強(qiáng)耦合，從而進(jìn)一步提高該矩形波導(dǎo)定向耦合器的方向性。同時(shí)，優(yōu)先選擇橫截面為矩形柱狀金屬體設(shè)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(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置。為了使其整個(gè)耦合器的體積減少，我們優(yōu)先考慮主微帶的軸線和副微帶的軸線平行設(shè)置。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(jiǎn)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(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?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型相較于以往的多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)為位于主微帶和副微帶之間的接地面上的耦合孔，且與主微帶的導(dǎo)體帶和副微帶的導(dǎo)體帶導(dǎo)通。這樣可增加其方向性。由于存在多個(gè)耦合孔，其多個(gè)耦合孔可以使微帶之間達(dá)到耦合加強(qiáng)的效果，同時(shí)為了使得耦合孔的孔徑加大，本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)點(diǎn)為耦合孔沿主微帶的軸線排列，沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的20°/Γ30%之間。相鄰的耦合孔交錯(cuò)分布以后，在單位面積內(nèi)，由于我們采用交錯(cuò)的將耦合孔排布的主微帶的兩側(cè)，那么勢(shì)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(jìn)一步的耦合加強(qiáng)，從而進(jìn)一步提高該多孔微帶定向耦合器的耦合度和方向性。一般的微帶定向耦合器采用的都是平行耦合原理，而本實(shí)用新型采用的是小孔耦合原理，并且整個(gè)微帶定向耦合器都被密封在屏蔽蓋之內(nèi)，這樣可以進(jìn)一步提高該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(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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)垂直主副微帶公共寬邊，通過小孔達(dá)到副波導(dǎo)的那一部分電場(chǎng)仍垂直于主副波導(dǎo)公共寬邊，其電力線形成一個(gè)彎頭。磁場(chǎng)(磁力線)為平行主波導(dǎo)寬壁的閉合曲線，故主波導(dǎo)的磁場(chǎng)(磁力線)在小孔處形成一組穿進(jìn)穿出副微帶的連續(xù)曲線。通過小孔進(jìn)入副波導(dǎo)的那一部分電場(chǎng)在副波導(dǎo)耦合孔兩側(cè)耦合出垂直向下的電場(chǎng)E’。交變的電場(chǎng)E’激發(fā)出感生磁場(chǎng)H’(方向由S=E*H決定)。電、磁場(chǎng)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(jìn)入副波導(dǎo)的那一部分磁場(chǎng)在副波導(dǎo)耦合孔兩側(cè)耦合出水平向右的磁場(chǎng)H’。交變的磁場(chǎng)H’激發(fā)出感生的電場(chǎng)E’。電、磁場(chǎng)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(gòu)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(duì)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(gè)陣列，若干個(gè)陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應(yīng)。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(gè)額外的自由度還可以提高帶寬。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡(jiǎn)單、功率容量大、超寬工作帶寬、插入損耗低。本實(shí)用新型的緊湊型多孔定向耦合器可望廣泛用于各微波波段的電子系統(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為本實(shí)用新型中主微帶的軸線和副微帶的軸線平行時(shí)的立體圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一的俯視圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一的A-A剖面圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二的俯視圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例三的俯視圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例四的俯視圖。圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例五的俯視圖。圖中的標(biāo)號(hào)分別表示為1、主微帶；2、副微帶；3、耦合孔；4、柱狀金屬體；5、彎曲微帶；6、導(dǎo)體帶；7、接地面。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型實(shí)施方式不限于此。如圖I所示，耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，包括作為微波主通道的主微帶I和作為取樣信號(hào)通道的副微帶2、以及作為耦合通道的耦合孔3 ;主微帶I和副微帶2的結(jié)構(gòu)一致，其中主微帶I和副微帶2都是由介質(zhì)層印刷上導(dǎo)體帶6構(gòu)成的；主微帶I和副微帶2相互隔離；耦合孔3位于主微帶I和副微帶2之間的接地面7上并與主微帶I和副微帶2導(dǎo)通。其中，耦合孔3的數(shù)目為3個(gè)；耦合孔3在其俯視方向的投影形狀為圓形，且主微帶I的軸線和副微帶2的軸線互相平行。耦合孔3沿主微帶I的軸線排列，沿主微帶I軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)分布于主微帶I軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主微帶I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主微帶I的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的22% 28%之間。相較于以往的多孔定向耦合器而言其改進(jìn)點(diǎn)為1、將傳統(tǒng)的耦合孔改進(jìn)為位于主微帶和副微帶之間的接地面上的耦合孔，且與主微帶的導(dǎo)體帶和副微帶的導(dǎo)體帶導(dǎo)通；2、將相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)的分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)。相鄰的耦合孔交錯(cuò)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。耦合孔沿主微帶的軸線方向排列，沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的209Γ30%之間。相鄰的耦合孔交錯(cuò)分布以后，在單位面積內(nèi)，由于我們采用交錯(cuò)地將耦合孔排布在主微帶的兩側(cè)，那么勢(shì)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(jìn)一步地加強(qiáng)耦合，從而進(jìn)一步提高該矩多孔微帶定向耦合器的耦合度和方向性。實(shí)施例一如圖2、3所示，本實(shí)施例包括設(shè)置有主微帶I和副微帶2，主微帶I為微波主通道，副微帶2為取樣信號(hào)通道；主微帶I和副微帶2相互隔離，主微帶I和副微帶2通過5個(gè)耦合孔3連通；5個(gè)耦合孔3的投影部分在主微帶I的導(dǎo)體帶和副微帶2的導(dǎo)體帶以外。所述耦合孔3的軸線與主微帶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位于主微帶的兩側(cè)，沿主微帶I軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶I的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)229Γ28%之間。每個(gè)耦合孔3中都加入了另一個(gè)軸線與耦合孔3的軸線平行并與主微帶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(shí)施例二如圖4所示，與實(shí)施例一不同的地方是主微帶I和副微帶2通過4個(gè)耦合孔3連通并且副微帶2的兩端還連有彎曲微帶5，在彎曲微帶5的另一端還連接有與外界匹配的匹配結(jié)構(gòu)。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(dǎo)定向耦合器。實(shí)施例三如圖5所示，與實(shí)施實(shí)例一不同的地方是5個(gè)耦合孔3交錯(cuò)分布在主微帶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(shí)施例四如圖6所示，與實(shí)施實(shí)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(shè)置有橫截面形狀為矩形的柱狀金屬體4。實(shí)施例五如圖7所示，與實(shí)施實(shí)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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于包括軸線互相平行且互相隔離的主微帶(I)和副微帶(2)、以及作為耦合通道的耦合孔(3);主微帶(I)和副微帶(2)的結(jié)構(gòu)一致，其中主微帶(I)和副微帶(2)都是由介質(zhì)層印刷上導(dǎo)體帶(6)構(gòu)成的；主微帶(I)和副微帶(2)通過它們之間的接地面(7)相互隔離，主微帶(I)通過至少3個(gè)耦合孔(3)與副微帶(2)連通，耦合 孔(3)設(shè)置在主微帶(I)和副微帶(2)之間的接地面(7)上并與主微帶(I)和副微帶(2)導(dǎo)通；所述耦合孔(3)沿主微帶(I)的軸線方向排列，沿主微帶(I)軸線方向相鄰的耦合孔(3)依次交錯(cuò)分布于主微帶(I)軸線的左側(cè)和右側(cè)；沿主微帶(I)軸線方向上，相鄰兩耦合孔(3)的孔心間距在主微帶(I)的中心工作頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng)的20°/Γ30%之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于所述耦合孔(3)中加入了另一個(gè)軸線與耦合孔(3)的軸線平行并與主微帶(I)軸線垂直的柱狀金屬體(4)，該柱狀金屬體(4)一端與對(duì)應(yīng)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；所述柱狀金屬體(4)全部或部分位于主微帶(I)的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于所述主微帶(I)或副微帶(2)的一端或兩端還連接有彎曲微帶(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，其特征在于所述主微帶(I)或\和副微帶(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)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了耦合孔交錯(cuò)分布的多孔微帶定向耦合器，包括主微帶和副微帶、以及耦合孔；主微帶和副微帶通過它們之間的接地面相互隔離，主微帶通過至少3個(gè)位于接地面上的耦合孔與副微帶連通，耦合孔在俯視方向上的投影形狀為圓形或多邊形；沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔依次交錯(cuò)分布于主微帶軸線的左側(cè)和右側(cè)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡(jiǎn)單、超寬工作帶寬、功率容量大、插入損耗低，特別是在毫米波波段，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(shì)。
文檔編號(hào)H01P5/18GK202678491SQ20122039394
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:成都賽納賽德科技有限公司