专利名称:宽带介质波导定向耦合器的制作方法
本实用新型用于毫米波电路，旨在得到一种性能良好的低成本的宽带定向耦合器。
由于介质波导具有加工简单，成本低，适合于批量生产，便于集成等优点，在毫米波段及亚毫米波段具有广阔的应用前景。用介质波导构成定向耦合器时，常采用K型〔1〕、〔2〕或X型〔3〕、〔4〕的结构，附图1是这二种结构的示意图。组成定向耦合器的波导可以是各种形式的介质波导，如镜象波导，矩形截面介质波导，绝缘介质波导，肋波导等等。由于在X型或K型结构中，耦合区长，二波导间距离较大，已从计算结果及实验数据中证明是一种窄带结构。例如T.Trinh等的“矩形截面平面介质波导的耦合特性”(IEEE MTT－29 No.9 pp874－880，1981年，“Coupling Characteristis of Planar Dielectric Waveguides of Rectangular Cross Section”)。为了展宽介质波导定向耦合器的带宽，D.I.Kim等在1984年IEEE的MTT年会上，发表了题为“具有非常平坦耦合的3－db镜象波导耦合器”一文(“Directly－Connected Image Guide 3db Coupler with Very flat coupling”IEEE MTT－S pp499－501，1984)提出一种带宽较宽的镜象介质波导定向耦合器结构，他采用了一种较为复杂的X型结构，从实验结果看，带宽有所增加，但仍然很不够。
在定向耦合器中所用的介质波导激励器，通常采用矩形喇叭。这种喇叭加工困难，成本较高。
为了展宽介质波导定合耦合器的带宽，本实用新型企图采用一种y型结构的定向耦合器，其中激励器采用了圆锥喇叭，可以降低成本，适合于批量生产。
宽带介质波导定向耦合器的结构见附图2。它由二根截面相同的矩形波导组成。主波导〔10〕与付波导〔11〕，在耦合区二波导间距离为零。定向耦合器的三个端口〔8〕〔12〕〔13〕采用斜面结构，它们分别插入圆锥喇叭〔7〕〔14〕〔15〕中，再通过标准波导〔6〕〔16〕〔18〕及法兰盘〔5〕〔17〕〔19〕与其它波导元件相联接。端口〔9〕位于定向耦合器的内部，它是一个在垂直方向上为斜面而在水平方向上为阶梯突变的结构。对于无论从付波导〔11〕或从输入口〔8〕来的电磁波，端口〔9〕的反射都可以忽略，可以看成一种匹配负载。对于从输入口〔8〕的入射波，在通过端口〔9〕时，由于在水平方向上为阶梯突变，便可以激励起足够大的二次模幅度，以保证在相当宽的带宽内有均匀的耦合度。这是其它结构形式难以实现的。此外，在这种y型结构中，由于少一个弯曲臂以及耦合区长度很短，都可以使带宽增加。为了更进一步增加带宽，应该对介质波导的尺寸进行优化，二根距离为零的介质波导有较平坦的耦合特性。介电系数与波导截面尺寸进行适当选择时可以使它取最佳值。一种较为理想的波导截面尺寸及其耦合特性的计算曲线如图3所示。附图3的曲线是用等效介电系数法得到的，纵座标为二波导间的耦合系数K，它等于基模与二次模传播常数之差。
为了得到所需的耦合度，可以改变耦合段的长度，或主付波导沿纵向的相对位置(但保持二波导的横向距离为零)。
介质波导可用聚苯乙烯，聚四氟乙烯，陶瓷、石英或其它低损材料制成，采用机械方法或热塑加工成波导。主副波导间用低损的粘接剂联接，亦可用低介电系数的低损介质材料支撑、固定。因此，这种结构的耦合系数及其它性能较为稳定。
定向耦合器中的介质波导激励器〔34〕采用圆锥喇叭结构。三个喇叭〔7〕〔14〕〔15〕固定在外壳周围的圆孔〔21〕，〔22〕，〔23〕上。圆锥喇叭的剖面图见附图4。它由标准波导法兰〔24〕，一段标准波导〔25〕，一个特制的圆法兰〔26〕及一个圆锥喇叭〔28〕所组成。法兰〔24〕焊在波导〔25〕的一端，波导的另一端焊上一个特制的圆法兰〔26〕，该圆法兰与圆锥喇叭用螺钉〔27〕相联接。为了保证圆法兰与圆锥喇叭间有良好的电接触，端面〔30〕应留有少量间隙，使螺钉〔27〕能吃上力，保证端面〔31〕压紧，无间隙。为了保证圆锥喇叭与矩形波导间光滑过渡，避免反射，在螺钉上紧之后对圆喇叭的内圆锥进行最后一次车加工，内圆锥的顶部应延伸到矩形波导内部。带有斜面的介质波导〔29〕伸入喇叭内。圆锥波导的外表面〔32〕可以固定在定向耦合器的外壳上。
附图1中〔1〕〔2〕K型定向耦合器的主、副波导。
〔3〕〔4〕X型定向耦合器的主、副波导。
附图2中〔5〕、〔17〕、〔19〕标准波导法兰。
〔6〕、〔16〕、〔18〕标准矩形波导。
〔7〕、〔14〕、〔15〕圆锥喇叭〔8〕、〔12〕、〔13〕介质波导定向耦合器的输入输出端口。
〔10〕、〔11〕y型定向耦合器的主、付波导。
〔9〕 内部端口〔20〕 外壳〔21〕、〔22〕、〔23〕固定介质波导激励器的圆孔。
〔34〕 介质波导激励器附图4中〔24〕标准波导法兰
〔25〕标准波导〔26〕特制波导圆法兰〔27〕螺钉〔28〕内圆锥喇叭〔29〕介质波导〔30〕特制法兰〔26〕与喇叭〔28〕的间隙〔31〕特制法兰〔26〕与喇叭〔28〕的接触面〔32〕圆锥喇叭的外表面〔33〕内圆锥面延伸到矩形波导内的部分。
在8mm频段对上述y型定向耦合器作了测试，实测曲线如附图5所示。在7GHZ的范围内，耦合度的起伏不超过±0.5db，相对带宽为25％，经实测，圆锥喇叭的效率与矩形喇叭相近，但加工大大简化。
附图5中(a)为主臂，(b)为偶合臂
权利要求
1.一种介质波导定向耦合器，它由二根相同截面的介质波导，主波导[10]，付波导[11]以及介质波导激励器[34]，外壳[20]所组成。其特征在于，在耦合区波导间距离为零，它含有输入口[8]，输出口[12]、[13]，端口[9]作为匹配负载位于耦合器的内部，从而形成一种y型结构。
2.权利要求
1中所述的定向耦合器，其特征在于内部端口〔9〕在垂直方向上为对称斜面而在水平方向上为阶梯跳变。
3.权利要求
1，2所述的定向耦合器，其特征在于介质波导激励器采用一种圆锥喇叭〔28〕，它的内圆锥〔33〕，延伸至标准波导〔25〕内部。
专利摘要
本实用新型为宽带介质波导定向耦合器，用于毫米波电路。以往的介质波导定向耦合器采用X型或K型结构，其结果为窄带的。本实用新型叙述了一种宽带介质波导定向耦合器结构。它可以用于各种介质波导，它的主要特点为采用y型结构，进行宽带设计，频带可达25％以上。为了降低成本，本实用新型中的激励器采用了一种新型的圆锥喇叭。
文档编号H01P5/18GK85200035SQ85200035
公开日1985年10月10日 申请日期1985年4月1日
发明者冯正和 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan