专利名称：位于主微带一侧的多孔微带定向耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型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位于主微带一侧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。
实用新型内容本实用新型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、插入损耗低的位于主微带一侧的多孔微带定向耦合器。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下位于主微带一侧的多孔微带定向耦合器，包括作为微波主通道的主微带和作为取样信号通道的副微带、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而构成的；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，至少I个耦合孔的投影部分位于主微带的导体带投影和副微带的导体带投影之外并与主微带和副微带导通；所述耦合孔沿主微带的轴线排列，沿主微带轴线方向至少有2个相邻的耦合孔位于主微带轴线的一侧；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209Γ30%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。[0011 ] 耦合孔在其俯视方向上的投影形状为多边形。所述主微带和副微带的轴线相互平行。
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方向排列，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或右侧。将耦合孔沿主微带一侧排列后，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209Γ30%之间，这样一来又可以进一步的加强耦合并且减小体积，从而进一步提高该多孔微带定向耦合器的性能。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，所述耦合孔和柱状金属体体在俯视方向的投影形状为Y字形或十字型和其它多于4个分支的星状。一般的微带定向耦合器采用的都是平行耦合原理，而本实用新型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，这样可以提高该定向耦合器的方向性。本实用新型的改进点为1、将传统的耦合孔的位置进行调整，相应的设计出与调整后结构相匹配的耦合孔，即本实用新型中的耦合孔位于主微带和副微带之间的接地面上用以连通主微带和副微带，可以增强耦合性；2、由于实验发现，当我们选用多个耦合孔时，将相邻耦合孔沿主微带的轴线排列的方向性更好，因此设计时，优先设置耦合孔的投影贴附在主微带导体带的侧壁或\和副微带导体带的侧壁。进一步的优先设置为相邻的耦合孔依次排列在位于主微带的一侧。按照上述优先设置成的耦合器进行耦合输出时，其工作过程为微波首先通过主微带，在结构耦合孔处时，通过耦合孔将微波耦合到副微带，可以加强耦合；进一步的由于相邻的耦合孔位于主微带的一侧，因此在上述加强耦合的基础还可以进一步的进行耦合加强。由于本实用新型采用多个耦合孔的设计方案，耦合孔与耦合孔之间具有耦合加强的作用，如果耦合孔与耦合孔之间的排列组合不能达到适合的排布，则会造成许多不利因素，比如耦合减弱现象，为此我们对其排布做了相应的研究，为了减少整个耦合的体积和达到耦合加强的作用，本实用新型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位于主微带轴线的一侧；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209Γ30%之间。即将相邻的耦合孔依次分布于主微带轴线的一侧，相邻的耦合孔沿主微带一侧分布以后，可进一步的耦合加强，从而进一步提高该位于主微带一侧的多孔矩形波导定向耦合器的方向性，相邻两耦合孔的孔心间距的影响因素由输入信号决定，另外，由于本实用新型中的耦合孔均位于主微带的同一侧，因此相比较于其他的排布方式而言，其体积较小，如耦合孔排布在两侧，与两侧相比较，显然一侧的设计体积要小于两侧的设计体积。一般的微带定向耦合器采用的都是平行耦合原理，而本实用新型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Ε’。交变的电场Ε’激发出感生磁场Η’(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。本实用新型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。本实用新型的紧凑型位于主微带一侧多孔矩形波导定向耦合器可望广泛用于各微波波段的电子系统。
图I为本实用新型中相邻耦合孔位于主微带一侧时的立体图。图2为本实用新型实施例一的俯视图。图3为本实用新型实施例一的A-A剖面图。图4为本实用新型实施例二的俯视图。图5为本实用新型实施例三的俯视图。图6为本实用新型实施例四的俯视图。[0039]图7为本实用新型实施例五的俯视图。图8为本实用新型实施例六的俯视图。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。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型实施方式不限于此。如图I所示，位于主微带一侧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都是由介质层上壁或\和下壁印刷上导体带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，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的轴线方向排列，沿主微带I轴线方向相邻的耦合孔位于主微带I轴线的一侧；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23% 27%之间。由于本实用新型采用多个耦合孔的设计方案，耦合孔与耦合孔之间具有耦合加强的作用，如果耦合孔与耦合孔之间的排列组合不能达到适合的排布，则会造成许多不利因素，比如耦合减弱现象，为此我们对其排布做了相应的研究，为了减少整个耦合的体积和达到耦合加强的作用，本实用新型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位于主微带轴线的一侧；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239Γ27%之间。即，将相邻的耦合孔依次分布于主微带轴线的一侧。相邻的耦合孔沿主微带一侧分布以后，可进一步的耦合加强，从而进一步提高该位于主微带一侧的多孔矩形波导定向耦合器的方向性，相邻两耦合孔的孔心间距的影响因素由输入微波信号决定，另外，由于本实用新型中的耦合孔均位于主微带的同一侧，因此相比较于其他的排布方式而言，其体积较小，如耦合孔排布在两侧，与两侧相比较，显然一侧的设计体积要小于两侧的设计体积。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，通过5个耦合孔3连通；5个耦合孔3的部分在主微带I和副微带2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；相邻耦合孔3位于主微带的一侧，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239Γ27%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有4个耦合孔3位于主微带的同一侧，相邻耦合孔3的孔心间距在主微带I的中心工作频率的波导波长的239Γ27%之间，其耦合性能较好。各个柱状金属体4只在一个方向与对应的耦合孔3的内壁连接并且位于耦合孔3的不同方位上，其具体位置由方向性、带宽等参数优化而定。实施例三如图5所示，与实施例一不同的地方是，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。这样可以方便该定向耦合器与外界器件的连接，从而可以得到方向性更好，带宽更宽的多孔矩形波导定向耦合器。实施例四如图6所示，与实施实例一不同的地方是耦合孔3的横截面为椭圆，并且耦合孔3内没有设置横截面形状为矩形的柱状金属体4。实施例五如图7所示，与实施实例四不同的地方是耦合孔3的横截面为矩形，并且耦合孔3内都设置有横截面形状为矩形的柱状金属体4。实施例六如图8所示，与实施实例四不同的是耦合孔3的横截面为三角形。如上所述便可较好的实现本实用新型。
权利要求1.位于主微带一侧的多孔微带定向耦合器，其特征在于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)而构成的；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个位于接地面(7)上的耦合孔(3)与副微带(2)连通，至少I个耦合孔(3)的投影部分位于主微带(I)的导体带投影和副微带(2)的导体带投影之外并与主微带(I)和副微带(2)导通；所述耦合孔(3)沿主微带(I)的轴线排列，沿主微带(I)轴线方向至少有2个相邻的耦合孔(3)位于主微带(I)轴线的一侧；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209Γ30%之间。
2.根据权利要求I所述的位于主微带一侧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所述的位于主微带一侧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所述的位于主微带一侧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多边。
5.根据权利要求I所述的位于主微带一侧的多孔微带定向耦合器，其特征在于所述主微带(I)和副微带(2)的导体带的轴线相互平行。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的位于主微带一侧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中任意一项所述的位于主微带一侧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。
专利摘要本实用新型公开了位于主微带一侧的多孔矩形波导定向耦合器，包括主微带和副微带、以及耦合孔；主微带和副微带通过之间的接地面相互隔离，主微带通过至少3个耦合孔与副微带连通；至少1个耦合孔的投影位于主微带的导体带侧壁和副微带的导体带侧壁之间并与主微带和副微带导通；耦合孔沿主微带的轴线方向排列，沿主微带轴线方向至少有2个相邻的耦合孔位于主微带轴线的一侧。本实用新型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。
文档编号H01P5/18GK202678492SQ20122039395
公开日2013年1月16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