一種波導探針耦合器的製作方法

2023-05-08 04:18:06 1

本發明涉及一種耦合器，尤其涉及一種波導探針耦合器，屬於電子通訊元器件技術領域。

背景技術：

波導探針耦合器具有結構簡單可靠，體積小、成本低等優點，是衛星通信系統中常用的微波器件。該器件常用于波導前段中，提取一定耦合量的耦合信號，監測整個通信系統工作狀態，是一種弱耦合的耦合器。

目前傳統的波導探針耦合器是直接在波導寬邊的波導壁上開一個耦合通孔，將同軸接插件（例如sma連接器）的金屬內芯伸入波導腔內，就可以耦合一定比例的耦合信號。該結構只有兩個零件組成，一個波導腔體和一個同軸接插件，結構簡單。該耦合結構相當於一個並聯電容耦合，其等效電路如圖1所示。由圖1的等效電路模型可知：在很寬的頻率帶寬內，這種形式的探針耦合器必然存在耦合量波動很大的問題。以現有的ku波段39db的bj120波導耦合器為例，採用該種耦合器耦合波動大於2.5db（如圖2所示），這在檢測微波功率時在不同的頻率點就會帶來較大的誤差。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術所存在的寬頻範圍內耦合量波動大的問題，提供一種在寬頻範圍內具有極佳耦合平坦度的波導探針耦合器。

本發明具體採用以下技術方案解決上述技術問題：

一種波導探針耦合器，包括波導管和同軸接插件，所述同軸接插件的內芯通過設置於所述波導管側壁上的耦合通孔插入波導管內腔；所述耦合通孔中設置有用於提高耦合平坦度的優化結構，所述優化結構可使得耦合通孔的等效電路表現為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯。

作為本發明的優選方案之一，所述優化結構的實現方式包括：所述耦合通孔被設置為由沿軸向分布的具有不同孔徑的多個同軸通孔組合而成。

進一步地，所述多個同軸通孔的孔徑從波導管內腔向外依次增大。

作為本發明的優選方案之二，所述優化結構的實現方式包括：所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯被設置為由多個外徑不同的內芯分段沿軸向依次連接而成。

進一步地，所述多個內芯分段的外徑從波導管內腔向外依次增大。

作為本發明的優選方案之三，所述優化結構的實現方式包括：所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯在軸向上的多個分段分別套有一個電介質套，各電介質套的介電參數各不相同。

作為本發明的優選方案之四，所述優化結構通過以下三種方式中的至少兩種組合實現：

所述耦合通孔被設置為由沿軸向分布的具有不同孔徑的多個同軸通孔組合而成；

所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯被設置為由多個外徑不同的內芯分段沿軸向依次連接而成；

所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯在軸向上的多個分段分別套有一個電介質套，各電介質套的介電參數各不相同。

優選地，所述同軸接插件為sma連接器，或bnc連接器，或smb連接器。

優選地，所述耦合通孔設置於所述波導管的寬邊側壁上，且耦合通孔的中心位于波導管寬邊的中心線上。

優選地，所述波導管兩端分別設置有波導管接頭。

相比現有技術，本發明技術方案具有以下有益效果：

本發明通過對耦合通孔內部的結構進行優化，使得耦合通孔在耦合器中的等效電路表現為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯，補償耦合量的平坦度，從而可有效提高本發明波導探針耦合器在極寬頻帶範圍內具有更好的耦合量平坦度，進而大幅提升系統的信號檢測準確度。本發明一方面保留了傳統波導探針耦合器所具有的結構簡單可靠、體積小、成本低的優點，一方面耦合平坦度指標可降低至傳統波導探針耦合器耦合平坦度指標的1/10以下。

附圖說明

圖1為傳統波導探針耦合器的等效電路圖；

圖2為ku波段傳統波導探針耦合器耦合曲線圖；

圖3為具體實施例中本發明ku波段波導探針耦合器的外形圖；

圖4為具體實施例中本發明ku波段波導探針耦合器的剖面結構示意圖，圖中，1為同軸接插件內芯；2、3、4為組合成耦合通孔的三個同軸通孔，其孔徑依次減小；

圖5為具體實施例中本發明ku波段波導探針耦合器的等效電路圖；

圖6為具體實施例中本發明ku波段波導探針耦合器耦合曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：

針對傳統波導探針耦合器所存在的寬頻範圍內耦合量波動大的問題，本發明的思路是通過對耦合通孔內部的結構進行優化，使得耦合通孔在耦合器中的等效電路表現為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯，補償耦合量的平坦度，從而可有效提高本發明波導探針耦合器在極寬頻帶範圍內具有更好的耦合量平坦度，進而大幅提升系統的信號檢測準確度。

實現上述優化結構的方式很多，本發明優選採用以下三種方式中的至少一種：

所述耦合通孔被設置為由沿軸向分布的具有不同孔徑的多個同軸通孔組合而成；

所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯被設置為由多個外徑不同的內芯分段沿軸向依次連接而成；

所述同軸接插件位於耦合通孔中的內芯在軸向上的多個分段分別套有一個電介質套，各電介質套的介電參數各不相同。

上述第一種實現方式是在耦合通孔內壁上設置至少兩個臺階，這樣耦合通孔在軸向上就被分成了至少三段不同孔徑的通孔，每個通孔的孔壁與其中的導體內芯一起就形成了一個等效的同軸傳輸線結構，整個耦合通孔的等效電路就顯示為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯。通過調整每個通孔的孔徑和長度可以改變相應同軸傳輸線結構的特性阻抗，根據實際需要調整多個同軸傳輸線間的特性阻抗匹配關係，即可使耦合器得到最佳的寬帶耦合量平坦度指標。此種實現方式僅需要對耦合通孔進行加工，實現起來更加簡單方便；從加工難度考慮，最好採用從波導管管壁外向內腔方向的通孔孔徑依次減小的排布結構，這樣只需要採用直徑從小到大的鑽頭依次在波導管的管壁（通常為寬邊管壁）上鑽入不同深度即可。

上述第二種實現方式是對同軸接插件內芯進行調整，使得位於耦合通孔中的導體內芯分成多個不同外徑的分段，每個內芯分段與其所在的部分耦合通孔孔壁一起就形成了一個等效的同軸傳輸線結構，整個耦合通孔的等效電路就顯示為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯。通過調整每個內芯分段的直徑和長度可以改變相應同軸傳輸線結構的特性阻抗，根據實際需要調整多個同軸傳輸線間的特性阻抗匹配關係，即可使耦合器得到最佳的寬帶耦合量平坦度指標。

上述第三種實現方式是在同軸接插件位於耦合通孔中的內芯上的不同分段處分別套上不同介電參數的電介質套（空氣也可以看作是一種電介質），每個內芯分段與其所在的部分耦合通孔孔壁以及兩者之間的電介質套一起形成了一個等效的同軸傳輸線結構，整個耦合通孔的等效電路就顯示為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯。通過調整每個內芯分段的長度、各電介質套的介電參數（例如調整電介質套的介電材料、厚度等參數）等可以改變相應同軸傳輸線結構的特性阻抗，根據實際需要調整多個同軸傳輸線間的特性阻抗匹配關係，即可使耦合器得到最佳的寬帶耦合量平坦度指標。

上述三種方式也可組合使用，只要能使得耦合通孔在耦合器中的等效電路表現為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯即可。

為了便於公眾理解，下面以一個具體實施例來對本發明技術方案及其效果進行進一步詳細說明。

本實施例中的波導探針耦合器為ku波段波導探針耦合器，圖3顯示了該耦合器的外形。由圖3可知，該ku波段波導探針耦合器與傳統波導探針耦合器類似，都是由兩個零部件組成：一段短的波導管和一個同軸接插件，同軸接插件的內芯經由波導管的寬邊側壁上的耦合通孔插入內腔，，耦合通孔的中心位于波導管寬邊的中心線上，通過內芯調節耦合量的大小，內芯伸入的多，則耦合量大，反之則耦合量小。同軸接插件通過兩側的螺釘組件固定在波導管側壁上。為了便於連接，本實施例中波導管的兩端分別設置有波導管接頭。

與現有ku波段波導探針耦合器不同之處在於，本發明在耦合通孔中設置有用於提高耦合平坦度的優化結構，該優化結構可使得耦合通孔的等效電路表現為多個具有不同特性阻抗的同軸傳輸線串聯。如圖4所示，本實施例中用於插入同軸接插件內芯1的耦合通孔內壁上設置有兩處臺階，這兩處臺階將整個耦合通孔沿軸向從外到內地分成三個孔徑依次減小的同軸通孔2、3、4。本實施例中的同軸接插件直接採用標準sma連接器。如圖4所示，最外側的通孔2孔徑最大，位於其中的標準sma連接器內芯上套有標準sma連接器匹配的特氟龍支撐套，通孔2孔壁和標準sma連接器內芯以及特氟龍套一起構成了50歐姆的標準阻抗同軸傳輸線；通孔3的直徑比通孔2稍小，由於孔壁和sma連接器內芯之間沒有特氟龍，因此阻抗高於50歐姆，該高阻抗同軸傳輸線相當於一個串聯在耦合支路中的電感，改變通孔3的長度和直徑可以改變該電感量的大小；通孔4是直徑比通孔3更小的孔，該孔和sma連接器內芯構成的同軸傳輸線的特性阻抗小於50歐姆，該低阻抗同軸傳輸線相當於一個並聯在耦合支路上的電容，改變該孔的直徑和長度，可以改變該並聯到地的電容大小。圖5顯示了本實施例ku波段波導探針耦合器的等效電路。通過改變3和4的電感和電容量的大小，可以使得該ku波段波導探針耦合器在整個頻段內獲得最平坦的耦合量。圖6顯示了本實施例ku波段波導探針耦合器的耦合曲線，與圖2所示的傳統ku波段波導探針耦合器耦合曲線相比，同樣的一個ku波段39db的bj120波導耦合器，採用本發明技術方案其耦合量平坦度小於0.25db，不到傳統波導探針耦合器的1/10，從根本上克服了傳統探針耦合器耦合量平坦度大的問題。採用本發明波導探針耦合器可極大的提高系統在很寬頻率範圍內信號幅度檢測的準確度。此外，由於本實施例中三個通孔由外到內直徑依次變小，因此該結構很方便進行機械加工。