CN116111312A - 基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器及矢量网络分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，脊波导宽带双定向耦合器包括：微波主通道的主脊波导和两侧对称的副脊波导、以及作为耦合通道的多个耦合孔；主脊波导和副脊波导的结构相似，均为单脊波导，主副波导尺寸不同，两侧副脊波导结构对称尺寸相同；主脊波导两侧分别通过耦合孔与副脊波导连通；本发明的毫米波宽带脊波导孔耦合双定向耦合器，毫米波信号从主脊波导一侧输入，一部分信号从直通脊波导另一侧输出，一部分信号经过耦合孔从耦合端口输出；两个副脊波导实现信号从两个方向进入主脊波导耦合到信号前向方向对应的副脊波导，因此，实现双向信号的取样分离，而且方向性好，耦合平坦度高，***损耗低。

Description

基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器及矢量网络分析仪

技术领域

本发明属于耦合器技术领域，具体涉及一种基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器及矢量网络分析仪。

背景技术

定向耦合器是微波***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。定向耦合器可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。

定向耦合器由传输线构成。同轴线、带状线、微带线、矩形波导、圆波导等皆可构成定向耦合器，其中，带状线、微带线、同轴线可以做到宽带但是功率容量不高。而波导中，常用的矩形波导，能做到高功率但是由于波导口已经定义了所能达到的频率带宽，往往不能满足跨波段工作的尴尬局面，且具有相同截面尺寸的脊波导和矩形波导相比，脊波导具有更宽的单模工作带宽，因此利用脊波导构成定向耦合器将比矩形波导定向耦合器具有更宽的带宽；现有技术中公开号为CN102790256A的专利提供了一种主副脊波导尺寸不同的多孔定向耦合器，这种耦合器结构紧凑、加工简单、体积小、***损耗低，但是这种耦合器是单定向耦合器，耦合孔数量少且位于一侧，耦合度不够强，耦合平坦度低，耦合器的频率覆盖不广泛，无法跨频段工作。

因此，急需要提出一种结构简单、频率覆盖广、能够跨波段工作的脊波导宽带双定向耦合器。

发明内容

本发明提供一种脊波导双定向耦合器，具有结构紧凑、加工简单、工作带宽宽、能够跨波段工作、方向性好、耦合平坦度高等优点。本发明提供一种脊波导双定向耦合器可广泛用于各种微波***中，特别是雷达、通信等军事及民用领域。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，包括作为微波主通道的主脊波导、主脊波导两侧的副脊波导以及作为耦合通道的耦合孔；主脊波导和副脊波导的结构一致、尺寸不同，两侧副脊波导尺寸相同，其中主脊波导和副脊波导均为单脊波导；主脊波导两侧分别通过耦合孔与副脊波导连通。

本发明的进一步改进在于，主脊波导和副脊波导平行设置。

本发明的进一步改进在于，主脊波导和两侧副脊波导分别通过21个耦合孔进行耦合。

本发明的进一步改进在于，耦合孔之间的间距相等，间距等于四分之一波导波长。

本发明的进一步改进在于，每一侧的耦合孔关于中心位置处的耦合孔对称分布。

本发明的进一步改进在于，由中心位置处的耦合孔向两侧远端的耦合孔的尺寸逐渐减小。

本发明的进一步改进在于，主脊波导的宽边a1＝1.1mm，高b＝0.45mm，其脊的宽边s1＝0.15mm，高h1＝0.25mm；整体尺寸长1.5cm，宽3.92mm，高0.45mm。

本发明的进一步改进在于，副脊波导的宽边a2＝1.3mm,高b＝0.45mm，脊的宽边s2＝0.3mm，高h2＝0.3mm。

本发明的进一步改进在于，耦合孔的深度与主脊波导和副脊波导的高度相同。

另外，本发明还提供一种矢量网络分析仪，采用本发明所述基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的技术方案中，脊波导双定向耦合器频率覆盖110-220GHz，跨D波段(110-170GHz)和G波段(140-220GHz)工作，耦合器的方向性大于20dB，耦合度为18±0.75dB；主脊波导与两侧副脊波导尺寸不同，与主脊波导与两侧副脊波导尺寸相同的情况相比，耦合度上升，耦合平坦度有显著改善，同时对方向性影响不大，保持了耦合器的良好的方向性。

进一步的，耦合孔数量多增强了主副波导间的耦合系数和方向性带宽。

进一步的，耦合孔的尺寸逐渐减小，两侧的耦合孔最小，增大了耦合器的方向性。

进一步的，耦合孔的深度与主脊波导和副脊波导的高度相同，有利于信号在两个脊波导之间进行耦合，增强耦合度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面对发明描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器结构的主视图；

图2示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器结构的侧视图；

图3示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的方向性随频率变化的曲线图；

图4示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的耦合度随频率变化的曲线图；

图5示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的S₁₁随频率变化的曲线图；

图6示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的S₂₁随频率变化的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。以下特定例子所描述的结构形式和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，包括作为微波主通道的主脊波导1、主脊波导1两侧的副脊波导2以及作为耦合通道的耦合孔3；主脊波导1和副脊波导2的结构一致、尺寸不同，两侧副脊波导2尺寸相同，其中主脊波导1和副脊波导2均为单脊波导；主脊波导1两侧分别通过耦合孔3与副脊波导2连通；主脊波导1和副脊波导2平行设置；本发明提供的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，具有方向性好，耦合平坦度高，***损耗低的特点。

主脊波导1和两侧副脊波导2分别通过21个耦合孔3进行耦合；耦合孔3之间的间距相等，间距等于四分之一波导波长。

每一侧的耦合孔3关于中心位置处的耦合孔3对称分布；由中心位置处的耦合孔3向两侧远端的耦合孔3的尺寸逐渐减小。

参考图2，主脊波导1的宽边a1＝1.1mm，高b＝0.45mm，其脊的宽边s1＝0.15mm，高h1＝0.25mm；整体尺寸长1.5cm，宽3.92mm，高0.45mm；副脊波导2的宽边a2＝1.3mm,高b＝0.45mm，脊的宽边s2＝0.3mm，高h2＝0.3mm。

如图1和图2所示，本发明的毫米波宽带脊波导孔耦合双定向耦合器，毫米波信号从主脊波导一侧输入，一部分信号从直通脊波导另一侧输出，一部分信号经过耦合孔从耦合端口输出；两个副脊波导实现信号从两个方向进入主脊波导耦合到信号前向方向对应的副脊波导，因此，实现双向信号的取样分离。本发明实施例公开的一种脊波导双定向耦合器中：主脊波导端口11和主脊波导直通端口12位于主脊波导1两端，第一副脊波导端口13和第二副脊波导端口14位于同一副脊波导2的两端，第三副脊波导端口15和第四副脊波导端口16位于同一副脊波导2的两端，主通道17沿着主脊波导1中线，第一副通道18和第二副通道19分别沿着两个副脊波导2中线；一般使用时，第一副通道18或第二副通道19的2个端口中的一个连接匹配负载，且第一副通道18和第二副通道19接匹配负载的端口相对，例如选择第二副脊波导端口14和第三副脊波导端口15接匹配负载，或选择第一副脊波导端口13和第四副脊波导端口16接匹配负载；当所述主脊波导端口11为主通道17的输入端，用于连接输入信号，所述主脊波导直通端口12为主通道17的直通输出端，所述第一副脊波导端口13为第一副通道18的耦合端，所述第二副脊波导端口14为第一副通道18的隔离端，连接匹配负载；当信号从所述主脊波导端口12输入主通道17，所述主脊波导端口11为直通输出端，所述第四副脊波导端口16为第二副通道19的耦合端，所述第三副脊波导端口15为第二副通道19的隔离端，连接匹配负载。因此，本发明的脊波导耦合器实现双定向信号传输功能。

本发明实施例中，主脊波导1与两侧副脊波导2尺寸不同，与主脊波导1与两侧副脊波导2尺寸相同的情况相比，耦合度上升，耦合平坦度有显著改善，同时对方向性影响不大，保持了耦合器的良好的方向性，参考图3、图4。图5示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的S₁₁随频率变化的曲线图；图6示意性示出了本发明的脊波导双定向耦合器的S₂₁随频率变化的曲线图。

本发明所述基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器能够用于矢量网络分析仪。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，如单脊波导替换为双脊波导、波导、间隙波导等结构形式，耦合孔个数、形状修改，频段修改等实施方式，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于：包括作为微波主通道的主脊波导(1)、主脊波导(1)两侧的副脊波导(2)以及作为耦合通道的耦合孔(3)；主脊波导(1)和副脊波导(2)的结构一致、尺寸不同，两侧副脊波导(2)尺寸相同，其中主脊波导(1)和副脊波导(2)均为单脊波导；主脊波导(1)两侧分别通过耦合孔(3)与副脊波导(2)连通。

2.根据权利要求1所述的脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，主脊波导(1)和副脊波导(2)平行设置。

3.根据权利要求2所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，主脊波导(1)和两侧副脊波导(2)分别通过21个耦合孔(3)进行耦合。

4.根据权利要求2所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，耦合孔(3)之间的间距相等，间距等于四分之一波导波长。

5.根据权利要求2所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，每一侧的耦合孔(3)关于中心位置处的耦合孔(3)对称分布。

6.根据权利要求2所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，由中心位置处的耦合孔(3)向两侧远端的耦合孔(3)的尺寸逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，主脊波导(1)的宽边a1＝1.1mm，高b＝0.45mm，其脊的宽边s1＝0.15mm，高h1＝0.25mm；整体尺寸长1.5cm，宽3.92mm，高0.45mm。

8.根据权利要求1所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，副脊波导(2)的宽边a2＝1.3mm,高b＝0.45mm，脊的宽边s2＝0.3mm，高h2＝0.3mm。

9.根据权利要求1所述的基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器，其特征在于，耦合孔(3)的深度与主脊波导(1)和副脊波导(2)的高度相同。

10.一种矢量网络分析仪，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述基于主副不同脊波导宽带双定向耦合器。

Images