内导体4022位于带状线空间即矩形腔体的中间位置。
[0029]在本实施例中，如图3所示，第二级定向耦合器主线波导管401采用长为260mm的BJ22波导管。窄槽缝隙耦合结构中窄槽缝隙4011长度L = 37.5 (mm)，宽度W = 23 (mm)。图3(A)顶部带状线内导体的水平平面结构图，带状线内导体4022两端部分直径W1 =4.8 (mm),长度L1= 21 (mm)。带状线内导体4022中间段直径W 2= = 4 (mm)，长度L 2 =
118 (mm)。在本实施例中，带状线内导体4022采用了两端部分与中间段直径不一致的特殊设计方法，极大地改善了 N型同轴端口的匹配特性。
[0030]在本实施例中，如图3所示，两个标准N型同轴接头5、6，二者5、6的内导体分别与带状线内导体4022的两端连接，二者5、6的外导体与带状线外导体4021连接，一个标准N型同轴接头5作为第二级定向耦合器4的耦合输出端口，另一个标准N型同轴接头6作为隔离端与外界匹配负载连接(未画出)。
[0031]在本实施例中，如图3所示，本发明在第二级定向耦合器的副线带状线402上方安装一个插入副线带状线402内部的可调谐M8螺钉4023，改变M8螺钉4023插入的深度可以调节第二级定向耦合器的耦合度平坦度以及耦合端口的匹配，这种设计可以方便地对加工好的二级定向親合器进行调节优化。
[0032]本发明是针对【背景技术】中功率容量低，测试端口连接复杂，不方便测试等弊端。为了扩大功率容量，整体耦合结构采用二级耦合方式，使每一级的耦合度都比整体的耦合度大，耦合度越大，各级定向耦合器承载的功率容量就越大。由于输入功率是逐级递减的，所以增加每一级的功率容量，就是增加整体的功率容量。在保证整体耦合度不变的条件下，实现了扩大功率容量的目的。同时为了实现耦合度带内波动尽量小，本发明两级定向耦合结构能够相互配合，两级结构的耦合度曲线变化相反，最终叠加在一起能够呈现正负相消的效果，如图4所示，使最终的整体耦合度曲线带内波动非常平坦，优于每一单级的耦合度曲线。
[0033]本发明在很多细节方面还有以下创新:
[0034]首先，在设计方法相同的条件下，耦合度越大(意味着耦合端口输出的功率越大)，那么耦合孔的尺寸就越大。在设计波导型定向耦合器时，如果耦合小孔尺寸越大，并且小孔中心的位置距离波导窄边越近，那么该定向耦合器的内部结构发生打火的几率就越小，从而提高了定向耦合器的功率容量。本发明第一级定向耦合器一种新颖的双排6椭圆孔波导转波导的耦合结构。第一级椭圆孔定向耦合器的耦合度指标为_25dB，而背景材技术中的耦合度为_50dB。耦合度增加25dB，相当于耦合输出的功率比背景材料高了 316倍，如果依旧按照单排孔排列设计，会导致耦合孔的尺寸过大超出矩形波导宽边的极限。在耦合度一定的条件下，双排孔的尺寸比单排孔的尺寸会有大幅减小，所以第一级采用双排孔设计。由于椭圆孔在矩形波导中的摆放形式分为横置和竖置，所以分别设计了两种摆放形式的第一级定向耦合器。相对于背景材料中的圆形孔，设计椭圆孔时需要考虑椭圆离心率这一种重要参数。根据相关函数计算，确定了椭圆孔中心与窄边的距离以及椭圆孔的摆放形式后，就可以确定定向耦合器的中心频率和椭圆孔离心率的函数关系。通过对比两种摆放形式的椭圆孔定向耦合器的仿真结果，得出竖置的椭圆孔在耦合度、方向性的指标上表现更加优越(竖置的椭圆孔定向耦合器内部结构如图2所示)。最终本发明的最小椭圆孔短轴(I1= 15.6mm，椭圆孔中心距离窄边x = 0.17a，而【背景技术】中的最小圆孔直径为d =7mm，x = 0.235a。本发明中椭圆孔大小不仅大于背景材料中的圆形孔尺寸，椭圆孔中心也更靠近窄边，因此本发明功率容量必定大于【背景技术】中的功率容量。
[0035]其次，本发明的第一级定向耦合器采用的是双排6椭圆孔波导转波导的耦合结构。6椭圆孔的耦合度按照切比雪夫函数进行排列。在设计过程中，改变离心率的大小可确保在满足耦合度指标的前提下，实现方向性的调节。通过实验结果发现，在小孔数目相同的条件下，椭圆孔相对于圆孔在定向耦合器的方向性上有更好的表现，在耦合度设计指标相同的条件下，使用本发明中6个单排椭圆孔，即可达到背景材料中10个单排圆形孔的效果。
[0036]最后，本发明的第二级定向耦合器采用波导通过窄槽缝隙耦合到带状线，并从标准N型同轴接头输出功率的方式。针对【背景技术】中的耦合和隔离端口都为矩形波导的问题，本发明采用耦合、隔离端口为标准N型同轴接头，该设计可直接与测量仪器相连，简化了测试流程，并且减小了定向耦合器整体体积。本发明在第二级定向耦合器副线上方安装了一个插入带状线内部的可调谐M8螺钉，改变M8螺钉插入的深度可以调节本发明二级定向耦合器的耦合度平坦度以及耦合端口的匹配。这种设计可以方便地对加工好的二级定向耦合器进行调节优化。其次，本发明中的带状线内导体采用了两端部分与中间一段宽度不一致的特殊设计方法，极大地改善了 N型同轴端口的匹配特性。
[0037]在本实施例中，第一、二级定向耦合器的波导端口都安装了标准法兰盘，以利于波导匹配负载、大功率微波器件的连接和固定。
[0038]在本实施例中，本发明大功率微波矩形波导定向耦合器整体结构需要焊接相连，并且确保焊接位置内表面光滑、平整。第一级和第二级定向耦合器之间通过弯波导相连。
[0039]本发明由于采用上述创新设计的二级耦合方式，因此具有更高的峰值功率容量，并且由于测量端口为标准N型同轴接头，不仅缩小了整体体积，还使测量过程更加简化。
[0040]在本实施例中，本发明大功率微波矩形波导定向耦合器与微波测量系统配套用，其耦合度为50.35dB-50.7dB，带内波动为0.35dB好于【背景技术】中的ldB。方向性小于-38dB。N型同轴接头驻波比VSWR小于1.3，回波损耗很小，具有良好的匹配特性；可承受峰值功率为3.5MW，远大于【背景技术】中的定向耦合器的功率容量。耦合测试端口为N型同轴端口，比背景材料中的波导端口更加方便测试。
[0041]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种大功率微波矩形波导定向耦合器，其特征在于，包括: 第一级定向耦合器，所述的第一级定向耦合器采用双排6椭圆孔波导转波导的耦合结构，由主线波导管、副线波导管组成；主线波导管与副线波导管均为矩形波导，副线波导管的下侧宽边叠在主线波导管上侧宽边上，并且宽边对齐；在副线波导管的下侧宽边上沿波导管开有双排、每排6个椭圆孔、主线波导管上侧宽边对应位置也开有双排、每排6个椭圆孔，每一排6个椭圆孔的耦合度按照切比雪夫函数进行排列； 两个弯波导，分别连接到副线波导管的两端即隔离端口与耦合输出端口，然后再分别与外界匹配负载、第二级定向耦合器连接； 第二级定向耦合器，所述的第二级定向耦合器采用波导通过窄槽缝隙耦合到带状线，并从标准N型同轴接头输出功率的方式，由主线波导管以及副线带状线组成；主线波导管为矩形波导，主线波导管的一端即親合输入端口与第一级定向親合器的親合输出端口连接，主线波导管的另一端即匹配端口与外界匹配负载连接；主线波导管上侧宽边中间位置沿传输方向开有窄槽缝隙，副线带状线置于主线波导管上侧窄槽缝隙处，其外导体与主线波导管上侧形成一个矩形腔体，矩形腔体内为带状线内导体，带状线内导体位于带状线空间即矩形腔体的中间位置； 两个标准N型同轴接头，二者的内导体分别与带状线内导体的两端连接，二者的外导体与带状线外导体连接，一个标准N型同轴接头作为第二级定向耦合器的耦合输出端口，另一个标准N型同轴接头与外界匹配负载连接。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，第二级定向耦合器的副线带状线402上方安装一个插入副线带状线402内部的可调谐M8螺钉4023，改变M8螺钉4023插入的深度可以调节第二级定向耦合器的耦合度平坦度以及耦合端口的匹配。
3.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述大功率微波矩形波导定向耦合器工作在S波段(1.72Ghz?2.61Ghz)，第一级定向耦合器的主线波导管101采用长为600mm的BJ22波导管，副线波导管102采用长为320mm的BJ22波导管； 第二级定向耦合器主线波导管401采用长为260mm的BJ22波导管，窄槽缝隙耦合结构中窄槽缝隙4011长度L = 37.5 (mm)，宽度W = 23 (mm)； 带状线内导体采用了两端部分与中间一段宽度不一致的特殊设计方法，极大地改善了 N型同轴端口的匹配特性；带状线内导体4022两端部分直径W1= 4.8 (mm)，长度L 1 =21 (mm)，带状线内导体4022中间段直径W2= = 4 (mm)，长度L2= 118 (mm)。
4.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，第一、二级定向耦合器的波导端口都安装了标准法兰盘，以利于波导匹配负载、大功率微波器件的连接和固定； 大功率微波矩形波导定向耦合器整体结构需要焊接相连，并且确保焊接位置内表面光滑、平整。
【专利摘要】本发明公开了一种大功率微波矩形波导定向耦合器针整体耦合结构采用二级耦合方式，在保证整体耦合度不变的条件下，实现了扩大功率容量，提高定向耦合器的峰值功率。同时，本发明设计的两级定向耦合结构能够相互配合，两级结构的耦合度曲线变化相反，叠加在一起能够呈现正负相消的效果，使最终的整体耦合度曲线带内波动非常平坦，优于每一单级的耦合度曲线。同时采用双排椭圆孔设计，这样椭圆孔中心的位置距离波导窄边越近，耦合度就更小，可以增大耦合孔即椭圆孔尺寸，第一级定向耦合器就可以承受更大的功率容量，其耦合孔发生打火的几率就减小了。
【IPC分类】H01P5-18
【公开号】CN104836009
【申请号】CN201510267998
【发明人】高博, 田雨, 童玲, 严嘉斌
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月22日