一種採用腔體的寬帶多模濾波環形耦合器的製作方法

2023-06-09 15:49:11 1

本發明涉及一種環形耦合器，尤其是一種採用腔體的寬帶多模濾波環形耦合器，屬於微波毫米波通信領域。

背景技術：

環形耦合器已廣泛應用於微波毫米波通信系統中，如混頻器、放大器、多工器等都要使用環形耦合器。如圖1所示，傳統的環形耦合器使用的是環形平面結構，帶寬較窄，低功率容量，低Q值，隔直效果不好，波形矩形度差造成濾波功能不好，因此產品在生產製造過程中劣勢比較明顯。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種採用腔體的寬帶多模濾波環形耦合器，該環形耦合器具有隔直效果好、高矩形度、較寬的分數帶寬的優點，能夠滿足通信系統的要求。

本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到：

一種採用腔體的寬帶多模濾波環形耦合器，包括圓柱腔體、第一埠、第二埠、第三埠和第四埠，所述第一埠、第二埠、第三埠和第四埠均設置在圓柱腔體的側壁上，第一埠、第二埠、第三埠和第四埠所在處分別設有第一導體組件、第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件，第一導體組件、第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件依次排列在圓柱腔體的側壁上，且第一導體組件與第二導體組件之間的夾角、第二導體組件與第三導體組件之間的夾角以及第三導體組件與第四導體組件之間的夾角均為45度。

作為一種優選方案，所述第一導體組件由第一同軸外導體和第一同軸內導體組成，所述第一同軸外導體固定在第一埠所在處的圓柱腔體側壁上，第一同軸內導體從第一埠伸進圓柱腔體內；所述第二導體組件由第二同軸外導體和第二同軸內導體組成，所述第二同軸外導體固定在第二埠所在處的圓柱腔體側壁上，第二同軸內導體從第二埠伸進圓柱腔體內；所述第三導體組件由第三同軸外導體和第三同軸內導體組成，所述第三同軸外導體固定在第三埠所在處的圓柱腔體側壁上，第三同軸內導體從第三埠伸進圓柱腔體內；所述第四導體組件由第四同軸外導體和第四同軸內導體組成，所述第四同軸外導體固定在第四埠所在處的圓柱腔體側壁上，第四同軸內導體從第四埠伸進圓柱腔體內。

作為一種優選方案，所述第一同軸外導體、第二同軸外導體、第三同軸外導體和第四同軸外導體均採用SMA頭，所述第一同軸內導體、第二同軸內導體、第三同軸內導體和第四同軸內導體均採用耦合杆，所述SMA接頭的末端與耦合杆焊接。

作為一種優選方案，所述SMA接頭上設有四個通孔，所述圓柱腔體在第一埠、第二埠、第三埠和第四埠附近的位置分別開有四個與SMA接頭的通孔相對應的螺紋孔，SMA接頭通過四根螺釘穿過四個通孔後與四個螺紋孔配合固定在圓柱腔體側壁上。

作為一種優選方案，所述圓柱腔體的外側壁為一矩形體，頂部外壁為一擋板，矩形體的長度、寬度分別與擋板的長度、寬度相一致，擋板固定在矩形體上，擋板與矩形體連成一體的結構前側面和右側面之間、前側面和左側面之間分別切開一個角；所述第一埠設置在矩形體的右側壁上，所述第二埠設置在矩形體前側面和右側面之間切角的側壁上，所述第三埠設置在矩形體的前側壁上，所述第四埠設置在矩形體前側面和左側面之間切角的側壁上。

作為一種優選方案，所述擋板通過螺釘固定在矩形體上。

作為一種優選方案，所述矩形體和擋板均採用金屬材料製成。

本發明相對於現有技術具有如下的有益效果：

本發明在一個圓柱腔體的側壁上設置四個埠，每個埠所在處均設有導體組件，四個埠可以作為輸入埠，也可以作為輸出埠，四個埠的導體組件相差45度排列，使阻抗匹配，在選擇其中一個埠輸入時，其對應的導體組件將信號饋電到腔體內進行濾波，濾波後將能量分配給其它三個埠對應的導體組件，由其它三個埠將能量輸出，從而實現耦合器的功能，具有高Q值和高功率容量的優點，在低頻電流在通過腔體時會被完全隔離，因此隔直效果好，仿真結果表明，結構S參數矩形度好，因此濾波功能出色，保證了耦合器高性能的要求。

附圖說明

圖1為現有技術的環形耦合器結構示意圖。

圖2為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器結構示意圖。

圖3為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器正視圖。

圖4為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器左側視圖。

圖5為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器俯視圖。

圖6為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器的第一埠輸入信號時的電磁仿真結果圖。

圖7為本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器的第四埠輸入信號時的電磁仿真結果圖。

圖8為加工本發明實施例1的寬帶多模濾波環形耦合器示意圖。

其中，1-圓柱腔體，2-第一同軸外導體，3-第一同軸內導體，4-第二同軸外導體，5-第二同軸內導體，6-第三同軸外導體，7-第三同軸內導體，8-第四同軸外導體，9-第四同軸內導體，10-矩形體，11-擋板。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1：

如圖2-圖5所示，本實施例的環形耦合器包括圓柱腔體1、第一埠、第二埠、第三埠和第四埠，所述第一埠、第二埠、第三埠和第四埠均設置在圓柱腔體1的側壁上，第一埠、第二埠、第三埠和第四埠可以作為輸入埠，也可以作為輸出埠；第一埠、第二埠、第三埠和第四埠所在處分別設有第一導體組件、第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件，第一導體組件、第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件從右到左依次排列在圓柱腔體1的側壁上，從圓柱腔體1的頂面上看，第一導體組件、第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件在下半圓周上以逆時針依次排列，第一導體組件與第二導體組件之間的夾角、第二導體組件與第三導體組件之間的夾角以及第三導體組件與第四導體組件之間的夾角均為45度，這樣設計可以使阻抗匹配。

所述第一導體組件由第一同軸外導體2和第一同軸內導體3組成，所述第一同軸外導體2固定在第一埠所在處的圓柱腔體1側壁上，第一同軸內導體3從第一埠伸進圓柱腔體1內；所述第二導體組件由第二同軸外導體4和第二同軸內導體5組成，所述第二同軸外導體4固定在第二埠所在處的圓柱腔體1側壁上，第二同軸內導體5從第二埠伸進圓柱腔體1內；所述第三導體組件由第三同軸外導體6和第三同軸內導體7組成，所述第三同軸外導體6固定在第三埠所在處的圓柱腔體1側壁上，第三同軸內導體7從第三埠伸進圓柱腔體1內；所述第四導體組件由第四同軸外導體8和第四同軸內導體9組成，所述第四同軸外導體8固定在第四埠所在處的圓柱腔體1側壁上，第四同軸內導體9從第四埠伸進圓柱腔體1內。

上述實施例中，所述第一同軸外導體2、第二同軸外導體4、第三同軸外導體6和第四同軸外導體8均採用SMA頭，所述第一同軸內導體3、第二同軸內導體5、第三同軸內導體7和第四同軸內導體9均採用耦合杆，所述SMA接頭的末端與耦合杆焊接，圓柱腔體1在第一埠、第二埠、第三埠和第四埠附近的位置分別開有四個與SMA接頭的通孔相對應的螺紋孔，SMA接頭通過四根螺釘穿過四個通孔後與四個螺紋孔配合固定在圓柱腔體1側壁上。

在第一埠輸入信號時，由第一導體組件饋電將能量傳輸到圓柱腔體1內，圓柱腔體1在濾波後將能量分配給第二導體組件、第三導體組件和第四導體組件，由第二埠、第三埠和第四埠將能量輸出，電磁仿真結果如圖6所示，S11表示第一埠的回波損耗，S21表示第一埠到第二埠的正向傳輸係數，S31表示第一埠到第三埠的正向傳輸係數，S41表示第一埠到第四埠的正向傳輸係數，S23表示第三埠到第二埠的反向傳輸係數；

在第四埠輸入信號時，由第四導體組件饋電將能量傳輸到圓柱腔體1內，圓柱腔體1在濾波後將能量分配給第一導體組件、第二導體組件和第三導體組件，由第一埠、第二埠和第三埠將能量輸出，電磁仿真結果如圖7所示，S41表示第一埠到第四埠的反向傳輸係數，S23表示第三埠到第二埠的正向傳輸係數，S42表示第二埠到第四埠的反向傳輸係數，S43表示第二埠到第四埠的反向傳輸係數，S44表示第四埠的回波損耗。

本實施例的環形耦合器具有高Q值和高功率容量的優點，在低頻電流在通過腔體時會被完全隔離，因此隔直效果好，從上述仿真結果可以看到，結構S參數矩形度好，因此濾波功能出色，保證了耦合器高性能的要求。

如圖8所示，本實施例的環形耦合器加工過程如下：

1)取一個由金屬材料製成的矩形體10，在中間開一個圓柱腔體1，並在矩形體10的前側面和右側面之間、前側面和左側面之間分別切開一個角；

2)在矩形體10的右側壁上開有第一埠，在矩形體10前側面和右側面之間切角的側壁上開有第二埠，在矩形體10的前側壁上開有第三埠，在矩形體前側面和左側面之間切角的側壁上開有第四埠；

3)在第一埠、第二埠、第三埠和第四埠所在處分別用螺釘固定第一同軸外導體2、第二同軸外導體4、第三同軸外導體6和第四同軸外導體8，並從第一埠、第二埠、第三埠和第四埠分別將第一同軸內導體3、第二同軸內導體5、第三同軸內導體7和第四同軸內導體9伸進圓柱腔體1內，將第一同軸外導體2與第一同軸內導體3、第二同軸外導體4與第二同軸內導體5、第三同軸外導體6與第三同軸內導體7、第四同軸外導體8與第四同軸內導體9分別進行焊接；

4)將一塊尺寸與矩形體10頂部尺寸一致、由金屬材料製成的擋板11用螺絲固定在矩形體10的頂部。

綜上所述，本發明在一個圓柱腔體的側壁上設置四個埠，每個埠所在處均設有導體組件，四個埠可以作為輸入埠，也可以作為輸出埠，四個埠的導體組件相差45度排列，使阻抗匹配，在選擇其中一個埠輸入時，其對應的導體組件將信號饋電到腔體內進行濾波，濾波後將能量分配給其它三個埠對應的導體組件，由其它三個埠將能量輸出，從而實現耦合器的功能，具有高Q值和高功率容量的優點，在低頻電流在通過腔體時會被完全隔離，因此隔直效果好，仿真結果表明，結構S參數矩形度好，因此濾波功能出色，保證了耦合器高性能的要求。

以上所述，僅為本發明專利較佳的實施例，但本發明專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明專利所公開的範圍內，根據本發明專利的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬於本發明專利的保護範圍。