专利名称：耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多孔定向耦合器，具体地说，是涉及一种利用多个孔进行耦合的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器。
背景技术：
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的主要作用是将微波信号按一定的比例进行功率分配；定向耦合器由两根传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线等都可构成定向耦合器；所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大，但从它们的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和波导电路，那个时候的定向I禹合器也多为波导小孔I禹合定向I禹合器；其理论依据是Bethe小孔I禹合理论，·Cohn和Levy等人也做了很多贡献。随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线，随后由于微波电路与系统的需要又相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线，这样就出现了各种传输线定向耦合器。传统单孔定向耦合器有一些的优点如结构简单、参数少，设计起来比较方便；但是它还存在着一些缺点如带宽窄、方向性差，只有在设计频率处工作合适，偏离开这个频率，方向性将降低。传统多孔定向耦合器虽然可以做到很宽的带宽、方向性也有很所改善，但也存在着一些缺点，如体积大、加工精度要求高、插入损耗高，特别是在毫米波太赫兹波段，过高的插损使该器件失去使用价值；这就激励我们去设计一种能克服这些缺点的新型多孔定向耦合器。
发明内容
本发明的目的在于克服传统定向耦合器的一些缺点，提供了一种紧凑型、插入损耗低的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，包括轴线互相平行且互相隔离的主微带和副微带、以及作为耦合通道的耦合孔；主微带和副微带的结构一致，其中主微带和副微带都是由介质层印刷上导体带构成的；主微带和副微带通过接地面相互隔离，主微带通过至少3个耦合孔与副微带连通，耦合孔设置在主微带和副微带之间的接地面上并与主微带和副微带导通；耦合孔在其俯视方向上的投影形状为圆形或矩形或三角形；所述耦合孔沿主微带的轴线方向排列，沿主微带轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主微带轴线的左侧和右侧；沿主微带轴线方向上，相邻两耦合孔的孔心间距在主微带的中心工作频率的波导波长的209^30%之间。耦合孔在其俯视方向上的投影形状为圆形。耦合孔在其俯视方向上的投影形状为三角形。
耦合孔在其俯视方向上的投影形状为矩形。所述耦合孔中加入了另一个轴线与耦合孔的轴线平行并与主微带轴线垂直的柱状金属体，该柱状金属体一端与对应的耦合孔的内壁连接，该柱状金属体的横截面的形状为多边形；所述柱状金属体全部或部分位于主微带的内部。所述主微带或副微带的一端或两端还连接有弯曲微带。所述主微带或\和副微带在其一端或两端连接有与外界器件匹配的匹配结构。单孔定向耦合器在方向性上有相对窄的带宽，于是人们想到了设计一系列耦合孔，这一系列的耦合孔组成一个阵列，若干个阵列还可以叠加起来，由此来综合耦合度和方向性响应。利用小孔的方向性和阵列的方向性在耦合端叠加，就可以获得更好的方向性，并且这个额外的自由度还可以提高带宽。因此，为了增加耦合孔的耦合性能，我们将耦合孔沿主微带的轴线排列，同时为了增加耦合孔的口径，我们将相邻的耦合孔依次交错的分布于主微带轴线的左侧和右侧。·将耦合孔交错排列后，在满足耦合加强的条件下，即相邻两耦合孔的孔心间距应设置在主微带的中心工作频率的波导波长的209^30%之间，可以增大耦合孔的口径，这样一来又可以进一步的加强耦合，从而进一步提高该矩形波导定向耦合器的方向性。同时，优先选择横截面为矩形柱状金属体设置在耦合孔内，且柱状金属体在耦合孔内的位置不受限制，可根据实际需求进行设置。为了使其整个耦合器的体积减少，我们优先考虑主微带的轴线和副微带的轴线平行设置。耦合孔在其俯视方向的投影形状不受限制，当考虑制作成本时，我们优先考虑能简易批量生产的圆形或三角形或四边形。增加柱状金属体时，所述耦合孔在俯视方向的投影形状为一字形或Y字形或十字型和其它多于4个分支的星状。基于上述结构，本发明相较于以往的多孔定向耦合器而言其改进点为将传统的耦合孔改进为位于主微带和副微带之间的接地面上的耦合孔，且与主微带的导体带和副微带的导体带导通。这样可增加其方向性。由于存在多个耦合孔，其多个耦合孔可以使微带之间达到耦合加强的效果，同时为了使得耦合孔的孔径加大，本发明进一步的改进点为耦合孔沿主微带的轴线排列，沿主微带轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主微带轴线的左侧和右侧；沿主微带轴线方向上，相邻两耦合孔的孔心间距在主微带的中心工作频率的波导波长的209^30%之间。相邻的耦合孔交错分布以后，在单位面积内，由于我们采用交错的将耦合孔排布的主微带的两侦牝那么势必在相同孔数的条件下，我们就可以增大耦合孔的口径，这样一来又可以进一步的耦合加强，从而进一步提高该多孔微带定向耦合器的耦合度和方向性。一般的微带定向耦合器采用的都是平行耦合原理，而本发明采用的是小孔耦合原理，并且整个微带定向耦合器都被密封在屏蔽盖之内，这样可以进一步提高该定向耦合器的方向性。多孔定向耦合器的工作原理可以叙述如下
由于波导内壁可以近似看成理想导电平面。根据交变电磁场的边界条件，理想导电平面E只有与表面相垂直的分量,没有切向分量；磁场H只有与表面相切的分量,没有法向分量。主波导内电场垂直主副微带公共宽边，通过小孔达到副波导的那一部分电场仍垂直于主副波导公共宽边，其电力线形成一个弯头。磁场(磁力线)为平行主波导宽壁的闭合曲线，故主波导的磁场(磁力线)在小孔处形成一组穿进穿出副微带的连续曲线。通过小孔进入副波导的那一部分电场在副波导耦合孔两侧耦合出垂直向下的电场E’。交变的电场E’激发出感生磁场H’(方向由S=E*H决定)。电、磁场交替激发，形成分别向耦合端和隔离端输出的电磁波。通过小孔进入副波导的那一部分磁场在副波导耦合孔两侧耦合出水平向右的磁场H’。交变的磁场H’激发出感生的电场E’。电、磁场交替激发，形成分别向耦合端和隔离端输出的电磁波。小孔耦合是上述电耦合和磁耦合的叠加。把两种耦合形成的电磁波合并，我们可以看出往I禹合端方向传输的电磁波同向叠加，形成I禹合输出；往隔离端方向传输的电磁波反向叠加，相互抵消构成隔离端，所以原则上是无耦合输出的。但是由于小孔电、磁耦合的不对称性，两者叠加产生了方向性。·多孔定向耦合器就是利用一系列耦合孔组成一个阵列，若干个阵列还可以叠加起来，由此来综合耦合度和方向性响应。利用小孔的方向性和阵列的方向性在耦合端叠加，就可以获得更好的方向性，并且这个额外的自由度还可以提高带宽。本发明的优点在于结构紧凑、加工简单、功率容量大、超宽工作带宽、插入损耗低。本发明的紧凑型多孔定向耦合器可望广泛用于各微波波段的电子系统中，特别是雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。
图I为本发明中主微带的轴线和副微带的轴线平行时的立体图。图2为本发明实施例一的俯视图。图3为本发明实施例一的A-A剖面图。图4为本发明实施例二的俯视图。图5为本发明实施例三的俯视图。图6为本发明实施例四的俯视图。图7为本发明实施例五的俯视图。图中的标号分别表示为1、主微带；2、副微带；3、耦合孔；4、柱状金属体；5、弯曲微带；6、导体带；7、接地面。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明实施方式不限于此。如图I所示，耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，包括作为微波主通道的主微带I和作为取样信号通道的副微带2、以及作为耦合通道的耦合孔3 ;主微带I和副微带2的结构一致，其中主微带I和副微带2都是由介质层印刷上导体带6构成的；主微带I和副微带2相互隔离；耦合孔3位于主微带I和副微带2之间的接地面7上并与主微带I和副微带2导通。其中，耦合孔3的数目为3个；耦合孔3在其俯视方向的投影形状为圆形，且主微带I的轴线和副微带2的轴线互相平行。耦合孔3沿主微带I的轴线排列，沿主微带I轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主微带I轴线的左侧和右侧；沿主微带I轴线方向上，相邻两耦合孔3的孔心间距在主微带I的中心工作频率的波导波长的22% 28%之间。相较于以往的多孔定向耦合器而言其改进点为1、将传统的耦合孔改进为位于主微带和副微带之间的接地面上的耦合孔，且与主微带的导体带和副微带的导体带导通；2、将相邻的耦合孔依次交错的分布于主微带轴线的左侧和右侧。相邻的耦合孔交错分布以后，我们就可以增大耦合孔的口径。这样可增加其方向性。耦合孔沿主微带的轴线方向排列，沿主微带轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主微带轴线的左侧和右侧；沿主微带轴线方向上，相邻两耦合孔的孔心间距在主微带的中心工作频率的波导波长的209^30%之间。相邻的耦合孔交错分布以后，在单位面积内，由于我们采用交错地将耦合孔排布在主微带的两侧，那么势必在相同孔数的条件下，我们就可以增大耦合孔的口径，这样一来又可以进一步地加强耦合，从而进一步提高该矩多孔微带定向耦合器的耦合度和方向性。·实施例一
如图2、3所示，本实施例包括设置有主微带I和副微带2，主微带I为微波主通道，副微带2为取样信号通道；主微带I和副微带2相互隔离，主微带I和副微带2通过5个耦合孔3连通；5个耦合孔3的投影部分在主微带I的导体带和副微带2的导体带以外。所述耦合孔3的轴线与主微带I的轴线垂直，其横截面的形状为不规则多边形；耦合孔3位于主微带的两侧，沿主微带I轴线方向上，相邻两耦合孔的孔心间距在主微带I的中心工作频率的波导波长229^28%之间。每个耦合孔3中都加入了另一个轴线与耦合孔3的轴线平行并与主微带I的轴线垂直的柱状金属体4，该柱状金属体4的横截面的形状为矩形。实施例二
如图4所示，与实施例一不同的地方是主微带I和副微带2通过4个耦合孔3连通并且副微带2的两端还连有弯曲微带5，在弯曲微带5的另一端还连接有与外界匹配的匹配结构。这样可以方便定向耦合器与外界器件的连接，从而可以得到方向性更好，带宽更宽的波导定向I禹合器。实施例三
如图5所示，与实施实例一不同的地方是5个耦合孔3交错分布在主微带I的两侧，耦合孔3的横截面为椭圆，并且耦合孔3内都没有加柱状金属体4。实施例四
如图6所示，与实施实例三不同的地方是耦合孔3的横截面为矩形，并且耦合孔3内设置有横截面形状为矩形的柱状金属体4。实施例五
如图7所示，与实施实例三不同的是耦合孔3的横截面为三角形。如上所述便可较好的实现本发明。
权利要求
1.耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于包括轴线互相平行且互相隔离的主微带(I)和副微带(2)、以及作为耦合通道的耦合孔(3);主微带(I)和副微带(2)的结构一致，其中主微带(I)和副微带(2)都是由介质层印刷上导体带(6)构成的；主微带(I)和副微带(2)通过它们之间的接地面(7)相互隔离，主微带(I)通过至少3个耦合孔(3)与副微带(2)连通，耦合孔(3)设置在主微带(I)和副微带(2)之间的接地面(7)上并与主微带(I)和副微带(2)导通；所述耦合孔(3)沿主微带(I)的轴线方向排列，沿主微带(I)轴线方向相邻的耦合孔(3)依次交错分布于主微带(I)轴线的左侧和右侧；沿主微带(I)轴线方向上，相邻两耦合孔(3)的孔心间距在主微带(I)的中心工作频率的波导波长的209^30%之间。
2.根据权利要求I所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯视方向上的投影形状为圆形。
3.根据权利要求I所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于耦合孔(3 )在其俯视方向上的投影形状为三角形。
4.根据权利要求I所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于耦合孔(3)在其俯视方向上的投影形状为矩形。
5.根据权利要求I所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于所述耦合孔(3)中加入了另一个轴线与耦合孔(3)的轴线平行并与主微带(I)轴线垂直的柱状金属体(4)，该柱状金属体(4)一端与对应的耦合孔(3)的内壁连接，该柱状金属体(4)的横截面的形状为多边形；所述柱状金属体(4)全部或部分位于主微带(I)的内部。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于所述主微带(I)或副微带(2)的一端或两端还连接有弯曲微带(5)。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，其特征在于所述主微带(I)或\和副微带(2)在其一端或两端连接有与外界器件匹配的匹配结构。
全文摘要
本发明公开了耦合孔交错分布的多孔微带定向耦合器，包括主微带和副微带、以及耦合孔；主微带和副微带通过它们之间的接地面相互隔离，主微带通过至少3个位于接地面上的耦合孔与副微带连通，耦合孔在俯视方向上的投影形状为圆形或多边形；沿主微带轴线方向相邻的耦合孔依次交错分布于主微带轴线的左侧和右侧。本发明的优点在于结构紧凑、加工简单、超宽工作带宽、功率容量大、插入损耗低，特别是在毫米波波段，与普通多孔定向耦合器相比，在低插损方面具有突出优势。
文档编号H01P5/18GK102790254SQ201210282609
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者王清源, 谭宜成 申请人:成都赛纳赛德科技有限公司