一种大功率矩形波导双定向耦合器的制作方法

本发明属于定向耦合器的技术领域，尤其涉及一种大功率矩形波导双定向耦合器。

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，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器一般由主路直通传输线、副路耦合线以及耦合结构三部分组成，定向耦合器的工作原理为微波信号由主路直通传输线输入输出，期间小部分功率经耦合结构进入副路耦合线后输出至其他结构，从而实现信号的分离。定向耦合器在微波射频系统中应用广泛，通常用于功率的采样、隔离、混合以及功率监测等功能，主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度与插入损耗。

定向耦合器可以有很多种实现方式，微带线、同轴线、矩形波导、圆波导、带状线都可构成定向耦合器，常见的定向耦合器主要以微带耦合器、同轴耦合器和波导耦合器为主。其中，微带耦合器工作频带窄，承受功率小；同轴耦合器零件加工与装配困难，调试复杂；波导耦合器根据波导横截面的形状不同，可分为矩形波导耦合器、圆波导耦合器，其中矩形波导耦合器功率承受能力较强，输出输入端口为标准波导法兰，空间耦合结构多采用小孔耦合方式，在实际应用中较为常见。在现有技术中，波导定向耦合器多将小孔耦合结构单独加工为耦合片，或将小孔耦合结构与直通传输腔加工为一体，从而实现耦合器功能，然而该设计导致波导定向耦合器为多层叠加结构，多层结构之间的隔离指标较差；而且现有的波导定向耦合器多采用吸收体结构吸收微波信号，导致其长度较长，元器件插入损耗指标较差。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，克服现有矩形波导耦合器采用多层结构，隔离指标较差、元器件插入损耗指标较差的问题，提供一种大功率矩形波导双定向耦合器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大功率矩形波导双定向耦合器，包括腔体、射频同轴转接器、同轴负载以及盖板，整体结构关于中心轴对称；

所述盖板通过若干螺钉对称固定于所述腔体的外侧，形成封闭的腔体；所述盖板上设置有多个通孔；

所述射频同轴转接器通过螺纹连接固定于所述盖板外部，所述射频同轴转接器作为耦合输出的端口；

所述同轴负载通过螺纹连接固定于所述盖板外部，所述同轴负载用于吸收微波信号；

所述射频同轴转接器与所述同轴负载分别连接一个探头内导体，所述探头内导体分别穿过所述通孔与所述腔体连接；所述探头内导体用于调节腔体内磁场分布；

所述腔体为对称的一体化结构，所述腔体的中部为直通传输腔，所述直通传输腔的外侧为通过基板隔离出的耦合腔，所述直通传输腔与所述耦合腔通过所述基板上的耦合小孔连接，所述直通传输腔的两端设置矩形波导法兰，所述矩形波导法兰作为耦合器的输入输出端口；

进一步的，所述耦合腔包括第一耦合腔与第二耦合腔，所述第一耦合腔与所述第二耦合腔分别位于所述直通传输腔两侧，关于所述直通传输腔对称，所述第一耦合腔在信号正向传输时工作，所述第二耦合腔当信号反向传输时工作。

进一步的，所述基板上的所述耦合腔一侧设置变换台阶，所述变换台阶与所述第一探头内导体以及所述第二探头内导体配合优化所述耦合腔内磁场分布。

进一步的，所述盖板包括第一盖板与第二盖板，所述第一盖板与所述第二盖板分别对称设置于所述腔体两侧，分别通过若干螺钉将所述第一盖板以及所述第二盖板与所述腔体固定。

进一步的，所述第一盖板上的两端对称设置第一通孔与第二通孔，所述第二盖板上的两端对称设置第三通孔与第四通孔；

所述探头内导体的数量为4个，分别为第一探头内导体、第二探头内导体、第三探头内导体和第四探头内导体。

进一步的，所述射频同轴转接器包括第一射频同轴转接器与第二射频同轴转接器，所述第一射频同轴转接器固定于第一盖板的外部，所述第二射频同轴转换器固定于第二盖板的外部；所述第一射频同轴转接器与所述第二射频同轴转接器关于中心对称，分别设置于所述第一盖板与所述第二盖板的不同端。

进一步的，所述同轴负载包括第一同轴负载与第二同轴负载，所述第一同轴负载固定于第一盖板的外部，所述第二同轴负载固定于第二盖板的外部；所述第一同轴负载与所述第二同轴负载关于中心对称，分别设置于所述第一盖板与所述第二盖板的不同端。

进一步的，所述第一射频同轴转接器与所述第一探头内导体连接，所述第一探头内导体穿过所述第一通孔与所述第一耦合腔连接；所述第一同轴负载与所述第二探头内导体连接，所述第二探头内导体穿过所述第二通孔与所述第一耦合腔连接；

进一步的，所述第二射频同轴转接器与所述第三探头内导体连接，所述第三探头内导体穿过所述第三通孔与所述第二耦合腔连接；所述第二同轴负载与所述第四探头内导体连接，所述第四探头内导体穿过所述第四通孔与所述第二耦合腔连接。

进一步的，每个所述同轴负载的侧壁上均设置调节螺钉，通过调整所述调节螺钉伸入所述同轴负载腔体内的深度，改善所述同轴负载腔体内磁场分布，优化所述同轴负载吸收微波信号的能力，从而实现耦合器方向性指标的调整。

本发明的有益效果：

本发明将直通传输腔、耦合腔以及耦合小孔加工为一体，整体结构关于中心对称，实现双定向耦合功能，耦合性能好。本发明采用同轴负载来吸收微波信号，降低插入损耗。本发明中采用探针内导体与台阶变化相互配合来调整耦合腔磁场分布，同时通过调整螺钉实现耦合器方向性指标的调整。本发明结构紧凑，加工简单、能承受300W的大功率，空间密闭性能强，方向性、耦合度与插入损耗指标优异。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的腔体结构示意图；

其中，1-腔体，2-第一射频同轴转接器，3-第二射频同轴转接器，4-第一同轴负载，5-第二同轴负载，6-第一盖板，7-第二盖板，8-第一通孔，9-第二通孔，10-第三通孔，11-第四通孔，12-第一探头内导体，13-第二探头内导体，14-第三探头内导体，15-第四探头内导体，16-第一调节螺钉，17-第二调节螺钉，18-直通传输腔，19-第一耦合腔，20-第二耦合腔，21-耦合小孔，22-矩形波导法兰，23-第一变换台阶，24-第二变换台阶。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种大功率矩形波导双定向耦合器，如图1所示，包括腔体1、射频同轴转接器、同轴负载以及盖板，整体结构关于中心轴对称；

所述盖板通过若干螺钉对称固定于所述腔体的外侧，形成封闭的腔体；所述盖板上设置有多个通孔；所述盖板包括第一盖板6与第二盖板7，所述第一盖板6与所述第二盖板7分别对称设置于所述腔体1两侧，分别通过若干螺钉将所述第一盖板6以及所述第二盖板7与所述腔体1固定。所述第一盖板6上的两端对称设置第一通孔8与第二通孔9，所述第二盖板7上的两端对称设置第三通孔10与第四通孔11。

所述射频同轴转接器通过螺纹连接固定于所述盖板外部，所述射频同轴转接器作为耦合输出的端口；所述射频同轴转接器包括第一射频同轴转接器2与第二射频同轴转接器3，所述第一射频同轴转接器2固定于第一盖板6的外部，所述第二射频同轴转换器3固定于第二盖板7的外部；所述第一射频同轴转接器2与所述第二射频同轴转接器3关于中心对称，分别设置于所述第一盖板6与所述第二盖板7的不同端。

所述同轴负载通过螺纹连接固定于所述盖板外部，所述同轴负载包括第一同轴负载4与第二同轴负载5，所述第一同轴负载4固定于第一盖板6的外部，所述第二同轴负载5固定于第二盖板7的外部；所述第一同轴负载4与所述第二同轴负载5关于中心对称，分别设置于所述第一盖板6与所述第二盖板7的不同端，所述第一同轴负载4与第二同轴负载5用于吸收微波信号。

所述射频同轴转接器与所述同轴负载分别连接一个探头内导体，所述探头内导体分别穿过所述通孔与所述腔体1连接；所述探头内导体的数量为4个，分别为第一探头内导体12、第二探头内导体13、第三探头内导体14和第四探头内导体15；所述第一探头内导体12、第二探头内导体13、第三探头内导体14和第四探头内导体15用于调节腔体1内磁场分布；

所述第一射频同轴转接器2与所述第一探头内导体12连接，所述第一探头内导体12穿过所述第一通孔8与所述腔体1连接；所述第一同轴负载4与所述第二探头内导体13连接，所述第二探头内导体13穿过所述第二通孔9与所述腔体1连接；

所述第二射频同轴转接器3与所述第三探头内导体14连接，所述第三探头内导体14穿过所述第三通孔10与所述腔体1连接；所述第二同轴负载5与所述第四探头内导体15连接，所述第四探头内导体15穿过所述第四通孔11与所述腔体1连接。

每个所述同轴负载的侧壁上均设置调节螺钉，通过调整所述调节螺钉伸入所述同轴负载腔体内的深度，改善所述同轴负载腔体内磁场分布，优化所述负载吸收微波信号的能力，从而实现耦合器方向性指标的调整。所述第一同轴负载4上设置第一调节螺钉16，所述第二同轴负载5上设置第二调节螺钉17，在信号正向传输时，通过调整第一同轴负载4上的第一调节螺钉16实现耦合器方向性指标的调整；在信号反向传输时，通过调整第二同轴负载5上的第二调节螺钉17实现耦合器方向性指标的调整。

如图2所示，所述腔体1为对称的一体化结构，所述腔体1的中部为直通传输腔18，所述直通传输腔18的外侧为通过基板隔离出的耦合腔，所述耦合腔包括第一耦合腔19与第二耦合腔20，所述第一耦合腔19与所述第二耦合腔20分别位于所述直通传输腔18两侧，关于所述直通传输腔18对称，所述第一耦合腔19在信号正向传输时工作，所述第二耦合腔20当信号反向传输时工作。

所述直通传输腔18与所述第一耦合腔19以及所述第二耦合腔20通过所述基板上的耦合小孔21连接，所述直通传输腔18的两端设置矩形波导法兰22，所述矩形波导法兰22作为耦合器的输入输出端口。

所述基板上的所述耦合腔一侧设置变换台阶，所述基板上的所述第一耦合腔19一侧设置第一变换台阶23，所述基板上的所述第二耦合腔20一侧设置第二变换台阶24，所述第一变换台阶23与所述第二变换台阶24均设置有两级台阶，所述第一变换台阶23与所述第二变换台阶24均设置于所述耦合腔的一端，且为中心对称；所述第一变换台阶23与所述第二变换台阶24与所述第一探头内导体12、第二探头内导体13、第三探头内导体14和第四探头内导体15配合优化所述耦合腔内磁场分布。

所述第一射频同轴转接器2与所述第一探头内导体12连接，所述第一探头内导体12穿过所述第一通孔8与所述腔体1连接；所述第一同轴负载4与所述第二探头内导体13连接，所述第二探头内导体13穿过所述第二通孔9与所述第一耦合腔19连接；

所述第二射频同轴转接器3与所述第三探头内导体14连接，所述第三探头内导体穿过所述第三通孔10与所述腔体1连接；所述第二同轴负载5与所述第四探头内导体15连接，所述第四探头内导体15穿过所述第四通孔11与所述第二耦合腔20连接。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。