具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器

本发明属于耦合器，具体涉及一种具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器。

背景技术：

1、定向耦合器是一种微波系统中重要的多端口宽带匹配网络，常用于系统网络中的功率分配与合成，同时还可以进行信号相位的转换。在微波领域中，定向耦合器广泛应用于频率变换器、滤波器、功率分配器和天线馈电网络等各类型微波电路中。现阶段随着技术的进步，定向耦合器的工作频带不断提高，太赫兹的应用以及微波系统精度的提高对定向耦合器的设计提出了更高的要求。

2、定向耦合器根据结构不同可分为多种类型，如波导定向耦合器、微带线定向耦合器、同轴线定向耦合器、和带状线定向耦合器等。波导定向耦合器通常通过在两波导公共壁开孔来实现信号的耦合。单孔的波导定向耦合器往往工作在极窄的带宽内，为了提高波导定向耦合器的工作带宽，常用的方法是在波导的公共壁开设更多的耦合小孔。但随着工作带宽的提高，耦合度随着频率的变化会产生明显的波动，对工程应用带来了一定程度的影响。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种新型的脊波导定向耦合器，以解决上述提出的宽带波导定向耦合器存在的带宽内耦合度波动明显的问题，从而满足工程应用上对耦合信号强度在较小范围内波动的要求。

2、为达到上述目的，本发明提供一种具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，包括作为微波主传输通道的主脊波导、作为信号取样通道的副脊波导以及耦合小孔，副脊波导平行设置在主脊波导两侧；

3、主脊波导的结构为上下不同脊的双脊波导；副脊波导为单脊波导，且两侧的副脊波导结构和尺寸均相同；主脊波导两侧分别通过耦合小孔与副脊波导连通，耦合小孔用于连通主副波导并作为耦合通道。

4、本发明的进一步改进在于，主脊波导的上脊与下脊的宽边s相同，下脊窄边d1和上脊窄边d2的比值范围为3:1～3:2。

5、本发明的进一步改进在于，副脊波导设置有下脊，副脊波导的下脊尺寸与主脊波导的下脊尺寸相同。

6、本发明的进一步改进在于，主脊波导和副脊波导沿波导窄壁并排放置。

7、本发明的进一步改进在于，耦合孔与主副脊波导的h面位于同一平面。

8、本发明的进一步改进在于，耦合小孔的数量由工作频带宽度确定，工作频带越宽所需耦合小孔的数量越多。

9、本发明的进一步改进在于，耦合小孔等间距排列，耦合小孔中心之间的距离等于波导波长λg的四分之一。

10、本发明的进一步改进在于，耦合小孔关于中心位置对称分布，中心位置的耦合小孔最大，向两端延伸耦合小孔的大小依次递减。

11、本发明的进一步改进在于，耦合小孔的截面为矩形或圆形，或设计为耦合缝隙。

12、本发明的进一步改进在于，工作频段为170ghz-260ghz，s11在-25db以下。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明提供的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，信号通过波导h面进行耦合，主副波导结构上的差异使得该耦合器相对于传统脊波导耦合器在其工作频带较低频率处的耦合量有所下降，最终使得整个带宽上，耦合平坦度相对提高，同时保持了耦合器良好的方向性、较好的隔离度以及较小的插入损耗。与现有技术相比，本发明提供了一种较好的提高定向耦合器耦合平坦度的方法，能够满足工程上对耦合功率波动提出的更高要求。

技术特征：

1.一种具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，包括作为微波主传输通道的主脊波导(1)、作为信号取样通道的副脊波导(2)以及耦合小孔(3)；副脊波导(2)平行设置在主脊波导(1)两侧；

2.根据权利要求1所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，主脊波导(1)的上脊与下脊的宽边s相同，下脊窄边d1和上脊窄边d2的比值范围为3:1～3:2。

3.根据权利要求1所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，副脊波导(2)设置有下脊，副脊波导(2)的下脊尺寸与主脊波导(1)的下脊尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，主脊波导(1)和副脊波导(2)沿波导窄壁并排放置。

5.根据权利要求1所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，耦合孔(3)与主副脊波导的h面位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，耦合小孔(3)的数量由工作频带宽度确定，工作频带越宽所需耦合小孔(3)的数量越多。

7.根据权利要求5所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，耦合小孔(3)等间距排列，耦合小孔(3)中心之间的距离等于波导波长λg的四分之一。

8.根据权利要求5所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，耦合小孔(3)关于中心位置对称分布，中心位置的耦合小孔最大，向两端延伸耦合小孔的大小依次递减。

9.根据权利要求5所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，耦合小孔(3)的截面为矩形或圆形，或设计为耦合缝隙。

10.根据权利要求1所述的具有高耦合平坦度的微波导毫米波脊波导双定向耦合器，其特征在于，工作频段为170ghz-260ghz，s11在-25db以下。

技术总结
本发明公开了一种毫米波耦合系数高平坦度双定向耦合器，该耦合器具体包括作为微波主传输通道的主脊波导、作为信号取样通道的副脊波导以及耦合小孔，副脊波导平行设置在主脊波导两侧；主脊波导的结构为上下不同脊的双脊波导；副脊波导为单脊波导，且两侧的副脊波导结构和尺寸均相同；主脊波导两侧分别通过耦合小孔与副脊波导连通，耦合小孔用于连通主副波导并作为耦合通道。微波信号从主脊波导一端输入，绝大部分信号能量传输至主脊波导另一端，少部分信号能量通过主脊波导H面的耦合通道耦合到副脊波导中。本发明提供的脊波导双定向耦合器适用于微波、毫米波、太赫兹领域，其拥有耦合输出平坦度高、工作频带宽，回波损耗低，方向性好等优点。

技术研发人员：郭诚,杨倩,张安学,弋航,盛靖超
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14