專利名稱：緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耦合器，具體地說(shuō)，是涉及一種緊湊型寬帶定向耦合器。
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(lái)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(lái)看主要分為小孔耦合、裂縫耦合、平行耦合、多孔耦合等。在20世紀(jì)50年代，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(lái)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)頻段的中心處性能較好。偏離開這個(gè)頻率，匹配、耦合系數(shù)的平坦度、方向性等都將變差。傳統(tǒng)多孔定向耦合器雖然可以做到很寬的帶寬，方向性也有很大改善，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(guò)高的插損使該器件失去使用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種幅度一致性好，工作帶寬可以達(dá)到40%以上的緊湊型寬帶定向I禹合器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，包括主傳輸線，副傳輸線，和至少兩個(gè)位于主傳輸線和副傳輸線的公共壁上的耦合孔，耦合孔分別連通主傳輸線和副傳輸線，主傳輸線兩端分別為輸入端和輸出端，副傳輸線兩端分別為耦合端和隔離端，至少有一個(gè)耦合孔沿主傳輸線的軸線方向的長(zhǎng)度為P，P大于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的0.35倍。傳統(tǒng)的多孔定向耦合器中，縱向相鄰耦合孔之間的間距設(shè)置為該耦合器工作頻帶的中心頻率對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)波長(zhǎng)的1/4左右。本發(fā)明中的耦合孔的長(zhǎng)度突破了傳統(tǒng)定向耦合器的理論限制。為了實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的耦合，沿主傳輸線的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔的邊沿之間的最小值距離小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。
進(jìn)一步的，為了實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的耦合，沿主傳輸線的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔的幾何中心點(diǎn)之間的距離大于或等于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。采取以上措施，該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器耦合系數(shù)可以在OdB至-2.5dB之間，即從輸入端輸入的能量中大于56%的能量從耦合端輸出。為了拓寬緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段，所述主傳輸線和副傳輸線的側(cè)壁或底部有凹槽或凸起。主傳輸線和副傳輸線為空管結(jié)構(gòu)，其水平面上的寬度小于其垂直方向的深度的
0.7倍。特別地，主傳輸線和副傳輸線的端口以深度大于寬度的矩形空波導(dǎo)。為了便于與標(biāo)準(zhǔn)傳輸線連接，所述主傳輸線和副傳輸線的至少兩個(gè)端口上設(shè)置有彎傳輸線，位于主傳輸線上的彎傳輸線的彎曲方向背向副傳輸線，位于副傳輸線上的彎傳輸線的彎曲方向背向主傳輸線。為了便于與標(biāo)準(zhǔn)傳輸線匹配，在所述主傳輸線和副傳輸線的至少一個(gè)端口外、連接有匹配段，匹配段在水平面上的寬度沿其自身的軸向變化，變化規(guī)律從公共壁區(qū)域向外方向逐漸變寬。為了便于與標(biāo)準(zhǔn)傳輸線匹配同時(shí)縮小整個(gè)器件的尺寸，在所述主傳輸線和副傳輸線的至少一個(gè)端口外、連接有彎漸變段，位于主傳輸線上的彎漸變段的彎曲方向背向副傳輸線，位于副傳輸線上的彎漸變段的彎曲方向背向主傳輸線，并且彎漸變段水平方向的寬度逐漸變化，變化規(guī)律從公共壁區(qū)域向外方向逐漸變寬。為了便于將該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工，該耦合器的所有結(jié)構(gòu)，所述傳輸線、副傳輸線、和所有的耦合孔等的上表面與同一水平面齊平。本發(fā)明提供了一種幅度一致性好、工作帶寬寬、結(jié)構(gòu)緊湊的定向耦合器。由于該定向耦合器可以分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工完成，由此大大簡(jiǎn)化了加工過(guò)程，同時(shí)更好地保證了加工精度。與已有的波導(dǎo)多孔定向耦合器相比，由于采用與以往多孔定向耦合器不同的長(zhǎng)孔，其中的一個(gè)耦合孔的長(zhǎng)度，都可以超過(guò)傳統(tǒng)器件中的兩個(gè)耦合孔的理論間距，本器件可以在大于40%的帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)大于3dB、甚至接近OdB的強(qiáng)耦合。同時(shí)，本器件在實(shí)現(xiàn)特定指標(biāo)時(shí)，所需要的耦合孔的數(shù)目在傳統(tǒng)器件的基礎(chǔ)上大大減小。多孔定向耦合器的工作原理可以敘述如下:
多孔定向耦合器就利用沿主副傳輸線軸線的一系列耦合孔組成一個(gè)陣列。相鄰耦合孔中心的縱向間距大致為傳輸線的波導(dǎo)波長(zhǎng)的1/4。當(dāng)主傳輸線中有微波從輸入端輸入時(shí)，在副傳輸線中的前向耦合能量在耦合端必然同相疊加。相鄰耦合孔的反向耦合能量由于有180度相差，相互抵消。實(shí)際定向耦合器的方向性為耦合孔陣的方向性和單孔方向性的疊加。選擇不同的耦合孔形狀，調(diào)整不同耦合孔的間距和尺寸大小，就可以獲得具有比較好的方向性、耦合度一致性高和較寬帶寬的定向耦合器。本發(fā)明的湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、高達(dá)40%的相對(duì)工作帶寬、耦合系數(shù)平坦性好、隔離度好等特點(diǎn)。這種器件可以分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工完成，很好地保證了器件的加工精度。該器件可以廣泛用于雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信和微波測(cè)量等軍事及民用領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明和實(shí)施實(shí)例I的俯視圖。圖2為實(shí)施實(shí)例I的圖1中的A-A向視圖。圖3為實(shí)施實(shí)例2的俯視圖。圖4為實(shí)施實(shí)例2的圖3中的A-A向視圖。圖5為實(shí)施實(shí)例2的插入損耗的曲線圖。圖6為實(shí)施實(shí)例2的回波損耗曲線圖和隔離曲線圖。附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱:1-主傳輸線，2-副傳輸線，3-公共壁，4-輸入端,5-輸出端，6-耦合端，7-隔離端，8-耦合孔，9-匹配段，10-彎傳輸線，11-彎漸變段。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例I
如圖1所示，緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，包括主傳輸線1，副傳輸線2，和位于主傳輸線I和副傳輸線2的公共壁3上的連通主傳輸線I和副傳輸線2的3個(gè)耦合孔8。主傳輸線I兩端分別設(shè)置輸入端4和輸出端5，副傳輸線2兩端分別設(shè)置耦合端6和隔離端7。3個(gè)耦合孔沿主傳輸線I的軸線方向的長(zhǎng)度為P，P大于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段的最高工作頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的0.35倍。2對(duì)縱向相鄰的耦合孔8的相鄰邊沿之間的縱向距離的最小值小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。即，沿主傳輸線I的軸線方向，2對(duì)相鄰耦合孔8的邊沿之間的最小值距離小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。2對(duì)縱向相鄰的耦合孔8的幾何中心點(diǎn)之間的縱向距離大于或等于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。即，沿主傳輸線I的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔8的幾何中心點(diǎn)之間的距離大于或等于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。為了表述方便，上述的縱向指是沿沿主傳輸線I的軸線方向。為了拓寬緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段，所述主傳輸線I和副傳輸線2的側(cè)壁或底部有凹槽或凸起。主傳輸線I和副傳輸線2為空管結(jié)構(gòu)，其水平面上的寬度小于或等于其垂直方向的深度的0.7倍。特別地，主傳輸線I和副傳輸線2的端口以深度大于寬度的矩形空波導(dǎo)。為了便于與標(biāo)準(zhǔn)傳輸線連接，所述主傳輸線I和副傳輸線2的至少兩個(gè)端口上設(shè)置有彎傳輸線10,位于主傳輸線I上的彎傳輸線10的彎曲方向背向副傳輸線2,位于副傳輸線2上的彎傳輸線10的彎曲方向背向主傳輸線I。為了便于將該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工，該耦合器的所有結(jié)構(gòu)，包括主傳輸線1、副傳輸線2、和所有的耦合孔8等的上表面與同一水平面齊平。上述僅為舉例，給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)現(xiàn)方式之一。實(shí)際生產(chǎn)中，耦合腔I可以為各種形狀的空腔，內(nèi)部還可以設(shè)置各種金屬凸臺(tái)或凹槽。實(shí)施實(shí)例2 如圖2-6所示，緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，包括主傳輸線I，副傳輸線2，和位于主傳輸線I和副傳輸線2的公共壁3上的連通主傳輸線I和副傳輸線2的3個(gè)耦合孔8。主傳輸線I兩端分別設(shè)置輸入端4和輸出端5，副傳輸線2兩端分別設(shè)置耦合端6和隔離端7。3個(gè)耦合孔8沿主傳輸線I的軸線方向的長(zhǎng)度為P，P大于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高工作頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的0.35倍。例如:該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段的最高工作頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)為M，則P為0.4倍M或I倍M或1.5倍M。上述主傳輸線I和副傳輸線2均為矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。2對(duì)縱向相鄰的耦合孔8的相鄰邊沿之間的縱向距離的最小值小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段的最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。即，沿主傳輸線I的軸線方向，2對(duì)相鄰耦合孔8的邊沿之間的最小值距離小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。例如:該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)為M，相鄰耦合孔8之間的最小值距離為R，則R為0.05M或0.06M或0.7M。2對(duì)縱向相鄰的耦合孔的幾何中心點(diǎn)之間的縱向距離大于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。即，沿主傳輸線I的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔8的幾何中心點(diǎn)之間的距離大于或等于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。例如:該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)為M，相鄰耦合孔8的中心點(diǎn)之間的距離為F，則F為0.6M或0.7M或1M。為了表述方便，上述的縱向是指沿沿主傳輸線I的軸線方向。主傳輸線I和副傳輸線2都為矩形波導(dǎo)，其水平面上的寬度小于或等于其垂直方向的深度的0.2倍。為了便于將該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工，該耦合器的所有結(jié)構(gòu)，包括主傳輸線1、副傳輸線2、和所有的耦合孔8等的上表面與同一水平面齊平。如圖5-6所示，為實(shí)施實(shí)例2的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的計(jì)算曲線。從圖中可以看出，從6.57GHz到IOGHz的大于40%的相對(duì)帶寬范圍內(nèi)，耦合系數(shù)為3.1+/-0.4dB,各端口的反射系數(shù)低于_20dB，隔離度高于19.5dB。采用三個(gè)耦合孔8 (耦合孔總長(zhǎng)度小于或等于100毫米)實(shí)現(xiàn)上述指標(biāo)，其長(zhǎng)度比傳統(tǒng)的多孔波導(dǎo)定向耦合器的相應(yīng)長(zhǎng)度明顯減小，充分證明了該定向耦合器的優(yōu)越性。以上兩個(gè)實(shí)例很好地解釋了本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式。其中實(shí)施實(shí)例2是較佳的實(shí)現(xiàn)方式。需要指出的是，本發(fā)明的實(shí)施方式是多種多樣的。比如，耦合孔的形狀可以設(shè)置為倒三角形、倒梯形、半圓形等。
權(quán)利要求
1.緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，包括主傳輸線(I)，副傳輸線(2)，和至少兩個(gè)位于主傳輸線(I)和副傳輸線(2)的公共壁(3)上的耦合孔(8)，耦合孔(8)分別連通主傳輸線(I)和副傳輸線(2),主傳輸線(I)兩端分別為輸入端(4)和輸出端(5),副傳輸線(2)兩端分別為耦合端(6)和隔離端(7)，至少有一個(gè)耦合孔(8)沿主傳輸線(I)的軸線方向的長(zhǎng)度為P，P大于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的0.35倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，沿主傳輸線(I)的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔(8)的邊沿之間的最小值距離小于或等于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，沿主傳輸線(I)的軸線方向，至少有一對(duì)相鄰耦合孔(8)的幾何中心點(diǎn)之間的距離大于或等于工作頻段中最高頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向I禹合器I禹合系數(shù)為OdB至-2.5dB,即從輸入端(4)輸入的能量中大于56%的能量從率禹合端(6)輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，所述主傳輸線(I)和副傳輸線(2)的側(cè)壁或底部有凹槽或凸起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，主傳輸線(I)和副傳輸線(2)為空管結(jié)構(gòu)，其水平面上的寬度小于或等于其垂直方向的深度的0.7倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，所述主傳輸線(I)和副傳輸線(2)的至少兩個(gè)端口上設(shè)置有彎傳輸線(10)，位于主傳輸線(I)上的彎傳輸線(10)的彎曲方向背向副傳輸線(2)，位于副傳輸線(2)上的彎傳輸線(10)的彎曲方向背向主傳輸線(I)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，在所述主傳輸線(I)和副傳輸線(2)的至少一個(gè)端口外連接有匹配段(9)，匹配段(9)在水平面上的寬度沿其自身的軸向變化，變化規(guī)律從公共壁區(qū)域向外方向逐漸變寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，在所述主傳輸線(I)和副傳輸線(2)的至少一個(gè)端口外、連接有彎漸變段(11)，位于主傳輸線(I)上的彎漸變段(11)的彎曲方向背向副傳輸線(2)，位于副傳輸線(2)上的彎漸變段(11)的彎曲方向背向主傳輸線(I )，并且彎漸變段(11)水平方向的寬度逐漸變化，變化規(guī)律從公共壁區(qū)域向外方向逐漸變寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，其特征在于，所述主傳輸線(I)、副傳輸線(2)、和所有的耦合孔(8)的上表面與同一水平面齊平。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器，包括主傳輸線，副傳輸線，和位于主傳輸線和副傳輸線的公共壁上的連通主傳輸線和副傳輸線的至少兩個(gè)耦合孔。至少有一個(gè)耦合孔沿主傳輸線的軸線方向的長(zhǎng)度大于該緊湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器的工作頻段的最高工作頻率對(duì)應(yīng)的自由空間波長(zhǎng)的0.35倍。本發(fā)明的湊型單排長(zhǎng)孔定向耦合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、高達(dá)40%的相對(duì)工作帶寬、耦合系數(shù)平坦性好、隔離度好等特點(diǎn)。這種器件可以分為底座和蓋板，分別采用普通數(shù)控銑床一次性加工完成，很好地保證了器件的加工精度。該器件可以廣泛用于雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信和微波測(cè)量等軍事及民用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01P5/18GK103078164SQ20131003801
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者王清源, 譚宜成, 李玉萃 申請(qǐng)人:成都賽納賽德科技有限公司