一种采用腔体的宽带多模滤波环形耦合器的制作方法

本发明涉及一种环形耦合器，尤其是一种采用腔体的宽带多模滤波环形耦合器，属于微波毫米波通信领域。

背景技术：

环形耦合器已广泛应用于微波毫米波通信系统中，如混频器、放大器、多工器等都要使用环形耦合器。如图1所示，传统的环形耦合器使用的是环形平面结构，带宽较窄，低功率容量，低Q值，隔直效果不好，波形矩形度差造成滤波功能不好，因此产品在生产制造过程中劣势比较明显。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种采用腔体的宽带多模滤波环形耦合器，该环形耦合器具有隔直效果好、高矩形度、较宽的分数带宽的优点，能够满足通信系统的要求。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种采用腔体的宽带多模滤波环形耦合器，包括圆柱腔体、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口、第二端口、第三端口和第四端口均设置在圆柱腔体的侧壁上，第一端口、第二端口、第三端口和第四端口所在处分别设有第一导体组件、第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件，第一导体组件、第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件依次排列在圆柱腔体的侧壁上，且第一导体组件与第二导体组件之间的夹角、第二导体组件与第三导体组件之间的夹角以及第三导体组件与第四导体组件之间的夹角均为45度。

作为一种优选方案，所述第一导体组件由第一同轴外导体和第一同轴内导体组成，所述第一同轴外导体固定在第一端口所在处的圆柱腔体侧壁上，第一同轴内导体从第一端口伸进圆柱腔体内；所述第二导体组件由第二同轴外导体和第二同轴内导体组成，所述第二同轴外导体固定在第二端口所在处的圆柱腔体侧壁上，第二同轴内导体从第二端口伸进圆柱腔体内；所述第三导体组件由第三同轴外导体和第三同轴内导体组成，所述第三同轴外导体固定在第三端口所在处的圆柱腔体侧壁上，第三同轴内导体从第三端口伸进圆柱腔体内；所述第四导体组件由第四同轴外导体和第四同轴内导体组成，所述第四同轴外导体固定在第四端口所在处的圆柱腔体侧壁上，第四同轴内导体从第四端口伸进圆柱腔体内。

作为一种优选方案，所述第一同轴外导体、第二同轴外导体、第三同轴外导体和第四同轴外导体均采用SMA头，所述第一同轴内导体、第二同轴内导体、第三同轴内导体和第四同轴内导体均采用耦合杆，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。

作为一种优选方案，所述SMA接头上设有四个通孔，所述圆柱腔体在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在圆柱腔体侧壁上。

作为一种优选方案，所述圆柱腔体的外侧壁为一矩形体，顶部外壁为一挡板，矩形体的长度、宽度分别与挡板的长度、宽度相一致，挡板固定在矩形体上，挡板与矩形体连成一体的结构前侧面和右侧面之间、前侧面和左侧面之间分别切开一个角；所述第一端口设置在矩形体的右侧壁上，所述第二端口设置在矩形体前侧面和右侧面之间切角的侧壁上，所述第三端口设置在矩形体的前侧壁上，所述第四端口设置在矩形体前侧面和左侧面之间切角的侧壁上。

作为一种优选方案，所述挡板通过螺钉固定在矩形体上。

作为一种优选方案，所述矩形体和挡板均采用金属材料制成。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明在一个圆柱腔体的侧壁上设置四个端口，每个端口所在处均设有导体组件，四个端口可以作为输入端口，也可以作为输出端口，四个端口的导体组件相差45度排列，使阻抗匹配，在选择其中一个端口输入时，其对应的导体组件将信号馈电到腔体内进行滤波，滤波后将能量分配给其它三个端口对应的导体组件，由其它三个端口将能量输出，从而实现耦合器的功能，具有高Q值和高功率容量的优点，在低频电流在通过腔体时会被完全隔离，因此隔直效果好，仿真结果表明，结构S参数矩形度好，因此滤波功能出色，保证了耦合器高性能的要求。

附图说明

图1为现有技术的环形耦合器结构示意图。

图2为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器结构示意图。

图3为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器正视图。

图4为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器左侧视图。

图5为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器俯视图。

图6为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器的第一端口输入信号时的电磁仿真结果图。

图7为本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器的第四端口输入信号时的电磁仿真结果图。

图8为加工本发明实施例1的宽带多模滤波环形耦合器示意图。

其中，1-圆柱腔体，2-第一同轴外导体，3-第一同轴内导体，4-第二同轴外导体，5-第二同轴内导体，6-第三同轴外导体，7-第三同轴内导体，8-第四同轴外导体，9-第四同轴内导体，10-矩形体，11-挡板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图2-图5所示，本实施例的环形耦合器包括圆柱腔体1、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口、第二端口、第三端口和第四端口均设置在圆柱腔体1的侧壁上，第一端口、第二端口、第三端口和第四端口可以作为输入端口，也可以作为输出端口；第一端口、第二端口、第三端口和第四端口所在处分别设有第一导体组件、第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件，第一导体组件、第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件从右到左依次排列在圆柱腔体1的侧壁上，从圆柱腔体1的顶面上看，第一导体组件、第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件在下半圆周上以逆时针依次排列，第一导体组件与第二导体组件之间的夹角、第二导体组件与第三导体组件之间的夹角以及第三导体组件与第四导体组件之间的夹角均为45度，这样设计可以使阻抗匹配。

所述第一导体组件由第一同轴外导体2和第一同轴内导体3组成，所述第一同轴外导体2固定在第一端口所在处的圆柱腔体1侧壁上，第一同轴内导体3从第一端口伸进圆柱腔体1内；所述第二导体组件由第二同轴外导体4和第二同轴内导体5组成，所述第二同轴外导体4固定在第二端口所在处的圆柱腔体1侧壁上，第二同轴内导体5从第二端口伸进圆柱腔体1内；所述第三导体组件由第三同轴外导体6和第三同轴内导体7组成，所述第三同轴外导体6固定在第三端口所在处的圆柱腔体1侧壁上，第三同轴内导体7从第三端口伸进圆柱腔体1内；所述第四导体组件由第四同轴外导体8和第四同轴内导体9组成，所述第四同轴外导体8固定在第四端口所在处的圆柱腔体1侧壁上，第四同轴内导体9从第四端口伸进圆柱腔体1内。

上述实施例中，所述第一同轴外导体2、第二同轴外导体4、第三同轴外导体6和第四同轴外导体8均采用SMA头，所述第一同轴内导体3、第二同轴内导体5、第三同轴内导体7和第四同轴内导体9均采用耦合杆，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接，圆柱腔体1在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在圆柱腔体1侧壁上。

在第一端口输入信号时，由第一导体组件馈电将能量传输到圆柱腔体1内，圆柱腔体1在滤波后将能量分配给第二导体组件、第三导体组件和第四导体组件，由第二端口、第三端口和第四端口将能量输出，电磁仿真结果如图6所示，S11表示第一端口的回波损耗，S21表示第一端口到第二端口的正向传输系数，S31表示第一端口到第三端口的正向传输系数，S41表示第一端口到第四端口的正向传输系数，S23表示第三端口到第二端口的反向传输系数；

在第四端口输入信号时，由第四导体组件馈电将能量传输到圆柱腔体1内，圆柱腔体1在滤波后将能量分配给第一导体组件、第二导体组件和第三导体组件，由第一端口、第二端口和第三端口将能量输出，电磁仿真结果如图7所示，S41表示第一端口到第四端口的反向传输系数，S23表示第三端口到第二端口的正向传输系数，S42表示第二端口到第四端口的反向传输系数，S43表示第二端口到第四端口的反向传输系数，S44表示第四端口的回波损耗。

本实施例的环形耦合器具有高Q值和高功率容量的优点，在低频电流在通过腔体时会被完全隔离，因此隔直效果好，从上述仿真结果可以看到，结构S参数矩形度好，因此滤波功能出色，保证了耦合器高性能的要求。

如图8所示，本实施例的环形耦合器加工过程如下：

1)取一个由金属材料制成的矩形体10，在中间开一个圆柱腔体1，并在矩形体10的前侧面和右侧面之间、前侧面和左侧面之间分别切开一个角；

2)在矩形体10的右侧壁上开有第一端口，在矩形体10前侧面和右侧面之间切角的侧壁上开有第二端口，在矩形体10的前侧壁上开有第三端口，在矩形体前侧面和左侧面之间切角的侧壁上开有第四端口；

3)在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口所在处分别用螺钉固定第一同轴外导体2、第二同轴外导体4、第三同轴外导体6和第四同轴外导体8，并从第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别将第一同轴内导体3、第二同轴内导体5、第三同轴内导体7和第四同轴内导体9伸进圆柱腔体1内，将第一同轴外导体2与第一同轴内导体3、第二同轴外导体4与第二同轴内导体5、第三同轴外导体6与第三同轴内导体7、第四同轴外导体8与第四同轴内导体9分别进行焊接；

4)将一块尺寸与矩形体10顶部尺寸一致、由金属材料制成的挡板11用螺丝固定在矩形体10的顶部。

综上所述，本发明在一个圆柱腔体的侧壁上设置四个端口，每个端口所在处均设有导体组件，四个端口可以作为输入端口，也可以作为输出端口，四个端口的导体组件相差45度排列，使阻抗匹配，在选择其中一个端口输入时，其对应的导体组件将信号馈电到腔体内进行滤波，滤波后将能量分配给其它三个端口对应的导体组件，由其它三个端口将能量输出，从而实现耦合器的功能，具有高Q值和高功率容量的优点，在低频电流在通过腔体时会被完全隔离，因此隔直效果好，仿真结果表明，结构S参数矩形度好，因此滤波功能出色，保证了耦合器高性能的要求。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。