一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器及用于该定向耦合器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，所述耦合器为三端口器件，其包括主波导和匹配对应设置在主波导侧壁上的副波导；主波导为具有输入端口Pin和输出端口P1out的圆波导；副波导包括依次连接的方波导、过渡波导和具有输出端口P2out的矩形波导；圆波导的内腔与方波导的内腔之间贯通设置有若干个利用孔耦合方式实现主波导与副波导之间功率分配的耦合孔。利用本发明所提供的耦合器能够实现即时准确地反应毫米波波段的电真空放大器件的微波功率的变化情况，同时由于该定向耦合器为三端口器件，矩形波导的输出端口P2out实现了从圆波导TE01模式到矩形波导TE10模式的耦合。
【专利说明】
一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器及用于该定 向奉禹合器的制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器及用于该定向耦合 器的制造方法。
【背景技术】
[0002] 回旋行波管是一种工作在毫米波波段的电真空放大器件，它可以在宽频带（相对 带宽10%)下产生峰值功率为百千瓦量级，平均功率数千瓦量级的微波。
[0003] 目前，回旋行波管的输出微波模式为圆电模TEQ1模式，针对该模式，目前采用的功 率测量方法主要为量热计法。量热计法利用水对微波具有较强吸收的特性，通过测量进出 水负载的水温变化，由热功转换公式P = Cdv △ T得到微波功率，其中C为水的比热，d为水的 密度，v为水的流速，△ T为水温变化。这种测量方法可以实现高功率微波(脉冲功率10MW，平 均功率10kW)的测量，测量精度在10%左右。但测量结果受环境温度以及水负载对微波的吸 收特性的影响较大，同时具有延时滞后性。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的第一个技术问题是提供一种用于回旋行波管微波功率测量的定 向耦合器;利用该定向耦合器采用场耦合法，能够实现即时准确地反应毫米波波段的电真 空放大器件的微波功率的变化情况，同时由于该定向耦合器为三端口器件，矩形波导的输 出端口 Ρ2_现了从圆波导TEQ1模式到矩形波导TE1Q模式的耦合。
[0005] 本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于上述定向耦合器的制造方法;通 过该方法得到的定向耦合器，其耦合度和工作宽带满足回旋行波管的功率测量需求，可以 实现对微波功率的即时准确测量，克服量热计法的延时滞后性。
[0006] 为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：
[0007] 一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，所述耦合器为三端口器件，其 包括主波导和匹配对应设置在所述主波导侧壁上的副波导；
[0008] 所述主波导为具有输入端口 Pin和输出端口 PlQUt的圆波导；
[0009] 所述副波导包括依次连接的方波导、过渡波导和具有输出端口 P2cmt的矩形波导； 所述副波导中的方波导一端端口与所述过渡波导相连接，另一端端口为封闭端口，该封闭 端口也即为副波导的封闭端口；
[0010]所述圆波导的内腔与所述方波导的内腔之间贯通设置有若干个利用孔耦合方式 实现主波导与副波导之间功率分配的耦合孔。所述圆波导的轴线方向与所述方波导的轴线 方向相同；且为了便于在实际应用中与功率计连接，所述矩形波导呈L型结构。
[0011]由于定向耦合器是一种无源功率分配器件，常用于微波功率的测量，利用它可以 从传输系统中耦合出一小部分微波功率，通过小功率计得到的结果反算出待测的大功率， 进而定向耦合器测量方法具有即时性;本发明所提供的定向耦合器，采用主波导为圆波导 结构，副波导为具有方波导、过渡波导和具有输出端口 P2〇Ut的矩形波导的组合结构，回旋行 波管通过圆波导输出微波，进而实现了从圆波导ΤΕ(Π 模式到矩形波导TE1Q模式的耦合。
[0012] 进一步的，若干个耦合孔沿所述圆波导的轴线方向的分布方式包括若干个耦合孔 呈单排设置或呈多排设置。
[0013] 进一步的，所述耦合孔的形状包括矩形、圆形和\或椭圆形。
[0014] 进一步的，若干个耦合孔沿所述圆波导的轴线方向的分布方式还包括所述耦合孔 之间呈等间距等强度设置、等间距不等强度设置、不等间距等强度设置或不等间距不等强 度设置。
[0015] 进一步的，沿所述圆波导的轴线方向，所述副波导的封闭端口到相邻耦合孔的距 离等于相邻两个耦合孔之间的距离。
[0016] 进一步的，与所述副波导连接固定的圆波导侧壁的外侧面呈平面设置。
[0017] 为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：
[0018] -种用于上述定向耦合器的制造方法，该方法包括如下步骤：
[0019] S1、根据回旋行波管的输出特性，以及测量仪器的功率探测范围，确定定向耦合器 的设计目标，该设计目标包括工作频段、耦合度及工作带宽；
[0020] S2、根据定向耦合器的设计目标，确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件，该耦合 孔的初始条件包括耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式；
[0021] S3、根据耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式，通过耦合波理论和相位叠加原理 得到耦合孔的尺寸参数，所述耦合孔的尺寸参数包括耦合孔的大小、数目以及耦合孔之间 的间距。
[0022]进一步的，该方法还包括如下步骤：
[0023] S4、基于耦合孔的初始条件，利用仿真软件对耦合孔的尺寸参数仿真模拟，若仿真 结果满足定向耦合器的设计目标，则得到性能符合要求的定向耦合器;若仿真结果不满足 定向耦合器的设计目标，则返回步骤S2,重新确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件。 [0024] 进一步的，所述步骤S3包括如下步骤：
[0025] S31、按照切比雪夫函数的递推式，如式二所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度； 每个親合孔的相对親合强度满足式一；
[0026] 即：
[0029]式一中，iif为每个耦合孔的相对耦合强度;k为耦合孔的序号;Αο为波的幅值的最 大值;?η(χ)为切比雪夫函数;N为耦合孔的数目；
[0030] S32、选取耦合孔的数目，将式一的左右两边同时按式二展开，使同次幂项的系数 相等，得到耦合孔的数目剂所对应的每个耦合孔的相对耦合强度；
[0031] S33、根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式三，确定Αο的大小；
[0033] S34、将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四 中，得到耦合孔的大小；
[0035]其中，
[0039]上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的 角频率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;mu，παρρη为耦合孔的极化率;H lu，Hlv:和Eln为 主波导入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，Η2ν和Ε2η.为 副波导中被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦 合孔的半径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长 和宽的一半；
[0040] S35、根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；
[0043] Φ为叠加后的总相位；土表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和此分别为 主波导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;λ#Ρλ2分别为主、副波导中波的波长， 它由工作频率决定；
[0044] 和心2分别为主、副波导中波的截止波长，所述主波导中波的截止波长由主波导 的尺寸和主波导中传输的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸 和副波导中传输的模式决定。
[0045] 进一步的，所述步骤S3包括如下步骤：
[0046] S31、按照二项式函数的递推式，如式七所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度;每 个耦合孔的相对耦合强度满足式六；
[0049] 式六中，为每个耦合孔的相对耦合强度;k为耦合孔的序号;A〇为波的幅值的最 大值;Sk为二项式系数;N为耦合孔的数目；
[0050] S32、选取耦合孔的数目，确定二项式系数
[0051] S33、根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式八，确定Ao的大小；
[0053] S34、将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四 中，得到耦合孔的大小；
[0059]上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的 角频率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;mu，παρρη为耦合孔的极化率;H lu，Hlv:和Eln为 主波导入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，Η2ν和Ε2η.为 副波导中被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦 合孔的半径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长 和宽的一半；
[0060] S35、根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；
[0063] Φ为叠加后的总相位；土表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和此分别为 主波导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;λ#ρλ 2分别为主、副波导中波的波长， 它由工作频率决定；
[0064] 和心2分别为主、副波导中波的截止波长，所述主波导中波的截止波长由主波导 的尺寸和主波导中传输的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸 和副波导中传输的模式决定。
[0065] 本发明与现有技术相比，具有如下积极有益的效果：
[0066] 1、通过本发明所提供的定向耦合器，采用场耦合法，能够实现即时准确地反应毫 米波波段的电真空放大器件的微波功率的变化情况，同时由于该定向耦合器为三端口器 件，矩形波导的输出端口 Ρ2_实现了从圆波导TEQ1模式到矩形波导TE1Q模式的耦合。
[0067] 2、通过本发明所提供的方法所得到的定向耦合器，其耦合度和工作宽带满足回旋 行波管的功率测量需求，可以实现对微波功率的即时准确测量，克服量热计法的延时滞后 性。
[0068] 3、通过本发明所提供的定向耦合器，由于该耦合器为三端口结构，避免了端口匹 配及微波能量泄漏的问题，提高了装置的紧凑性和实用性。
[0069] 4、本发明所提供的定向耦合器，由于采用了方波导到矩形波导的过渡，可以实现 耦合度在大范围内的自由调整。
[0070] 5、通过本发明所提供的方法所得到的定向耦合器，还可以实现对回旋行波管输出 微波的波形和频谱的测量，以及回旋行波管输出微波的低损耗耦合传输。
【附图说明】
[0071 ]图1为本发明中耦合器的结构示意图。
[0072]图2为本发明中耦合器的结构俯视图。
[0073]图3为利用HFSS仿真得到的发明所提供耦合器的电场分布图。
[0074] 图4为利用CST和HFSS对发明所提供耦合器进行仿真得到的耦合度随频率的变化 情况示意图。
[0075] 图5为本发明第一实施例中所提供的耦合器制造方法的流程示意图。
[0076] 图6为本发明第一实施例中步骤S3的流程示意图。
[0077] 图7为本发明第二实施例中所提供的耦合器制造方法的流程示意图。
[0078] 图8为本发明第二实施例中步骤S3的流程示意图。
【具体实施方式】
[0079]下面结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0080] 实施例1:
[0081] 如图1至4所示，一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，所述耦合器为 三端口器件，其包括主波导1和匹配对应设置在所述主波导1侧壁上的副波导2,与所述副波 导2连接固定的圆波导1侧壁的外侧面11呈平面设置。
[0082] 所述主波导1为具有输入端口 Pin和输出端口 Plciut的圆波导;所述副波导2包括依次 连接的方波导21、过渡波导22和具有输出端口 P2ciut的矩形波导23;所述副波导2中的方波导 21-端端口 211与所述过渡波导22相连接，另一端端口 212为封闭端口，该封闭端口 212也即 为副波导2的封闭端口；
[0083] 所述圆波导的内腔与所述方波导21的内腔之间贯通设置有若干个利用孔耦合方 式实现主波导1与副波导2之间功率分配的耦合孔3。所述圆波导的轴线方向与所述方波导 21的轴线方向相同；且为了便于在实际应用中与功率计连接，所述矩形波导23呈L型结构。
[0084] 进一步的，若干个耦合孔3沿所述圆波导的轴线方向的分布方式包括若干个耦合 孔呈单排设置或呈多排设置;所述耦合孔3的形状包括矩形、圆形和\或椭圆形;若干个耦合 孔3沿所述圆波导的轴线方向的分布方式包括所述耦合孔3之间呈等间距等强度设置、等间 距不等强度设置、不等间距等强度设置或不等间距不等强度设置。
[0085]在本实施例中，所述耦合器的工作频段为W波段，耦合度为_52dB，工作带宽为 6GHz;主波导1为具有二个端口的圆波导，其直径为18mm。回旋行波管产生的高功率微波从 圆波导的输入端口 Pin进入，由圆波导的输出端口 Plcmt和矩形波导23的输出端口 P2ciut输出； 副波导2为单端口波导，其包括依次连接的方波导21、过渡波导22和具有输出端口 P2out的 矩形波导23;矩形波导23的输出端口 ？2。此的尺寸为1.27_1\2.54111111;所述副波导2中方波导 21的横截面尺寸为2.54_X 2.54mm，长度为8.33mm;从左至右，所述过渡波导22两个端口的 尺寸分别为2 · 54mm X 2 · 54mm和1 · 27mm X 2 · 54mm，长度为5mm;所述矩形波导23的横截面尺寸 为1 ·27ι?πιΧ2·54πιπι。
[0086]所述方波导21的内部与圆波导的公共面上开设有两排三列共六个耦合孔3,耦合 孔3的半径从左到右依次为0.5mm，0.45mm和0.5_，相邻親合孔3之间的间距为1.33_。 [0087]本实施例中耦合孔3呈双排设置，每排耦合孔3的个数为三个，耦合孔3之间呈等间 距不等强度设置;沿所述圆波导的轴线方向，所述副波导2的封闭端口212到相邻耦合孔3的 距离等于相邻两个耦合孔3之间的距离。
[0088]参照图4;图4表示利用HFSS仿真得到的发明所提供耦合器的电场分布图，图中结 果表明，所设计的定向耦合器实现了从主波导TEQ1模式到副波导TE1Q模式的耦合。
[0089]参照图5,图5表示分别利用CST和HFSS对发明所提供耦合器进行仿真得到的耦合 度随频率的变化情况示意图；通过两个软件的结果对比可知，所设计的定向耦合器的工作 频段为W波段，耦合度为_52dB ± 2dB，工作带宽为6GHz，符合初始的设计目标要求。
[0090] 通过本发明所提供的定向耦合器，能够采用场耦合法，实现即时准确地反应毫米 波波段的电真空放大器件的微波功率的变化情况，同时由于该定向耦合器为三端口器件， 矩形波导的输出端口 Ρ2_实现了从圆波导TEQ1模式到矩形波导TE1Q模式的耦合。
[0091] 实施例2:
[0092] 如图1至6所示，本发明提供一种上述定向耦合器的制造方法，该方法包括如下步 骤：
[0093] S1、根据回旋行波管的输出特性，以及测量仪器的功率探测范围，确定定向耦合器 的设计目标，该设计目标包括工作频段、耦合度及工作带宽；
[0094] S2、根据定向耦合器的设计目标，确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件，该耦合 孔的初始条件包括耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式;本实施例中耦合孔的形状为圆 形，耦合孔的分布方式为沿所述圆波导的轴线方向呈双排设置；
[0095] S3、根据耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式，通过耦合波理论和相位叠加原理 得到耦合孔的尺寸参数，所述耦合孔的尺寸参数包括耦合孔的大小、数目以及耦合孔之间 的间距。
[0096] S31、按照切比雪夫函数的递推式，如式二所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度； 每个親合孔的相对親合强度满足式一；
[0097] 即：
[0100] 式一中，〇|丨为每个親合孔的相对親合强度;k为親合孔的序号;Αο为波的幅值的最 大值;?η(χ)为切比雪夫函数;N为耦合孔的数目；
[0101] S32、选取单排（即每一排)耦合孔的数目，本实施例中单排耦合孔的数目为3个;将 式一的左右两边同时按式二展开，使同次幂项的系数相等，得到耦合孔的数目剂所对应的 每个耦合孔的相对耦合强度；
[0102] S33、根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式三，确定Αο的大小；
[0104] S34、将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四 中，得到耦合孔的大小；
[0110]上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的 角频率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;mu，παρρη为耦合孔的极化率;H lu，Hlv:和Eln为 主波导入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，H2v和E2n.为 副波导中被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦 合孔的半径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长 和宽的一半；
[0111 ] 通过上述步骤，得到的親合孔的半径从左到右依次为0.5mm，0.45mm和0.5mm;
[0112] S35、根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；
[0115] Φ为叠加后的总相位；土表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和此分别为 主波导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;λ#Ρλ2分别为主、副波导中波的波长， 所述主波导中波的波长及副波导中波的波长均由工作频率决定；
[0116] 和心2分别为主波导中波的截止波长及副波导中波的截止波长，所述主波导中 波的截止波长由主波导的尺寸（即上述的主波导为圆波导，其直径为18_)和主波导中传输 的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸（即方波导的横截面尺 寸为2.54mm X 2.54mm，长度为8.33mm)和副波导中传输的模式决定;通过上述步骤，得到的 相邻耦合孔之间的间距为1.33mm。
[0117] S4、基于耦合孔的初始条件，利用仿真软件对耦合孔的尺寸参数仿真模拟，若仿真 结果满足定向耦合器的设计目标，则得到性能符合要求的定向耦合器;若仿真结果不满足 定向耦合器的设计目标，则返回步骤S2,重新确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件。
[0118] 实施例3:
[0119] 如图1至图4,图7、8所示，本发明提供另一种上述定向耦合器的制造方法，该方法 包括如下步骤：
[0120] S1、根据回旋行波管的输出特性，以及测量仪器的功率探测范围，确定定向耦合器 的设计目标，该设计目标包括工作频段、耦合度及工作带宽；
[0121] S2、根据定向耦合器的设计目标，确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件，该耦合 孔的初始条件包括耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式;本实施例中耦合孔的形状为圆 形，耦合孔的分布方式为沿所述圆波导的轴线方向呈双排设置；
[0122] S3、根据耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式，通过耦合波理论和相位叠加原理 得到耦合孔的尺寸参数，所述耦合孔的尺寸参数包括耦合孔的大小、数目以及耦合孔之间 的间距。
[0123] S31、按照二项式函数的递推式，如式七所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度;每 个耦合孔的相对耦合强度满足式六；
[0126] 式六中，为每个耦合孔的相对耦合强度;k为耦合孔的序号;A〇为波的幅值的最 大值;Sk为二项式系数;N为耦合孔的数目；
[0127] S32、选取单排（即每一排)耦合孔的数目，确定二项式系数本实施例中单排耦 合孔的数目为3个；
[0128] S33、根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式八，确定Ao的大小；
[0130] S34、将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四 中，得到耦合孔的大小；
[0136] 上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的 角频率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;m u，παρρη为耦合孔的极化率;Hlu，Hlv:和E ln为 主波导入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，Η2ν和Ε2η.为 副波导中被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦 合孔的半径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长 和宽的一半；
[0137] 通过上述步骤，得到的親合孔的半径从左到右依次为:0.45mm，0.55mm和0.45mm;
[0138] S35、根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；
[0141] Φ为叠加后的总相位；土表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和此分别为 主波导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;λ#Ρλ2分别为主、副波导中波的波长， 所述主波导中波的波长及副波导中波的波长均由工作频率决定；
[0142] 和心2分别为主波导中波的截止波长及副波导中波的截止波长，所述主波导中 波的截止波长由主波导的尺寸（即上述的主波导为圆波导，其直径为18_)和主波导中传输 的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸（即方波导的横截面尺 寸为2.54mm X 2.54mm，长度为8.33mm)和副波导中传输的模式决定;通过上述步骤，得到的 相邻耦合孔之间的间距为1.33mm。
[0143] S4、基于耦合孔的初始条件，利用仿真软件对耦合孔的尺寸参数仿真模拟，若仿真 结果满足定向耦合器的设计目标，则得到性能符合要求的定向耦合器;若仿真结果不满足 定向耦合器的设计目标，则返回步骤S2,重新确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件。
[0144] 本文中所采用的描述方位的词语"上"、"下"、"左"、"右"等均是为了说明的方便基 于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所 不同。
[0145] 综上所述，本发明所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本发明的技术内 容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明所揭示的内容而作 各种不背离本发明创作精神的替换及修饰；因此，本发明的保护范围不限于实施例所揭示 的技术内容，故凡依本发明的形状、构造及原理所做的等效变化，均涵盖在本发明的保护范 围内。
【主权项】
1. 一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在于，所述耦合器为三端 口器件，其包括主波导和匹配对应设置在所述主波导侧壁上的副波导； 所述主波导为具有输入端口 Pin和输出端口 Plcmt的圆波导； 所述副波导包括依次连接的方波导、过渡波导和具有输出端口 Ρ2_的矩形波导； 所述圆波导的内腔与所述方波导的内腔之间贯通设置有若干个利用孔耦合方式实现 主波导与副波导之间功率分配的耦合孔。2. 根据权利要求1所述的一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在 于，优选的，若干个耦合孔沿所述圆波导的轴线方向的分布方式包括若干个耦合孔呈单排 设置或呈多排设置。3. 根据权利要求1所述的一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在 于，优选的，所述耦合孔的形状包括矩形、圆形和\或椭圆形。4. 根据权利要求2所述的一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在 于，若干个耦合孔沿所述圆波导的轴线方向的分布方式还包括所述耦合孔之间呈等间距等 强度设置、等间距不等强度设置、不等间距等强度设置或不等间距不等强度设置。5. 根据权利要求1所述的一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在 于，优选的，沿所述圆波导的轴线方向，所述副波导的封闭端口到相邻耦合孔的距离等于相 邻两个耦合孔之间的距离。6. 根据权利要求1所述的一种用于回旋行波管微波功率测量的定向耦合器，其特征在 于，优选的，与所述副波导连接固定的圆波导侧壁的外侧面呈平面设置。7. -种用于包括如权利要求1至6中任一权利要求所述定向耦合器的制造方法，其特征 在于，该方法包括如下步骤： 51、 根据回旋行波管的输出特性，以及测量仪器的功率探测范围，确定定向耦合器的设 计目标，该设计目标包括工作频段、耦合度及工作带宽； 52、 根据定向耦合器的设计目标，确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件，该耦合孔的 初始条件包括耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式； 53、 根据耦合孔的形状以及耦合孔的分布方式，通过耦合波理论和相位叠加原理得到 耦合孔的尺寸参数，所述耦合孔的尺寸参数包括耦合孔的大小、数目以及耦合孔之间的间 距。8. 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤： 54、 基于耦合孔的初始条件，利用仿真软件对耦合孔的尺寸参数仿真模拟，若仿真结果 满足定向耦合器的设计目标，则得到性能符合要求的定向耦合器;若仿真结果不满足定向 耦合器的设计目标，则返回步骤S2,重新确定定向耦合器上的耦合孔的初始条件。9. 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤： S31、按照切比雪夫函数的递推式，如式二所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度;每个 耦合孔的相对耦合强度满足式一； 即：式一中，4为每个耦合孔的相对耦合强度;k为耦合孔的序号;Ao为波的幅值的最大值； Tn(X)为切比雪夫函数;N为耦合孔的数目； 532、 选取耦合孔的数目，将式一的左右两边同时按式二展开，使同次幂项的系数相等， 得到耦合孔的数目剂所对应的每个耦合孔的相对耦合强度； 533、 根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式三，确定Ao的大小；534、 将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四中，得 到耦合孔的大小；上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的角频 率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;mu，m4Ppn为耦合孔的极化率;Hlu，H lv和Eln为主波导 入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，H2v和E2n为副波导中 被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦合孔的半 径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长和宽的一 半； 535、 根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；Φ为叠加后的总相位；±表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和说分别为主波 导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;心和\2分别为主、副波导中波的波长，它由 工作频率决定； I1和Ac2分别为主、副波导中波的截止波长，所述主波导中波的截止波长由主波导的尺 寸和主波导中传输的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸和副 波导中传输的模式决定。10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤： 531、 按照二项式函数的递推式，如式七所示，确定每个耦合孔的相对耦合强度;每个耦 合孔的相对耦合强度满足式六；式六中，沒|为每个耦合孔的相对耦合强度;k为耦合孔的序号;Ao为波的幅值的最大值； Sk为二项式系数;N为耦合孔的数目； 532、 选取耦合孔的数目，确定二项式系数Sk; 533、 根据定向耦合器设计目标中的耦合度C通过下述式八，确定Ao的大小；534、 将计算得到的各个耦合孔的相对耦合强度代入由耦合波理论推导出的式四中，得 到耦合孔的大小；上述式中，a为耦合孔的耦合强度;k为耦合孔的序号；±表示正反向波；ω为波的角频 率;μ〇为真空磁导率；ε〇为真空介电常数;mu，m4Ppn为耦合孔的极化率;Hlu，H lv和Eln为主波导 入射波在親合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;H2u，H2v和E2n为副波导中 被激励波在耦合孔所在位置的归一化磁场切向分量和电场法向分量;r为圆形耦合孔的半 径；1和h分别为椭圆形耦合孔的长轴和短轴的一半;a和b分别为矩形耦合孔的长和宽的一 半； S35、根据相位叠加原理推导出的式五，得到耦合孔之间的间距；Φ为叠加后的总相位；±表示正反向波;d为相邻耦合孔之间的间距;扮和说分别为主波 导中波的传播常数以及副波导中波的传播常数;心和\2分别为主、副波导中波的波长，它由 工作频率决定； I1和Ac2分别为主、副波导中波的截止波长，所述主波导中波的截止波长由主波导的尺 寸和主波导中传输的模式决定;所述副波导中波的截止波长由副波导中方波导的尺寸和副 波导中传输的模式决定。
【文档编号】H01P5/18GK106025480SQ201610586421
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】曾旭, 王峨锋, 冯进军, 李安
【申请人】中国电子科技集团公司第十二研究所