位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器的製作方法

2023-09-24 00:17:40 1

專利名稱：位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器的製作方法
技術領域：
本發明涉及多孔定向耦合器，具體地說，是涉及一種利用多個孔進行耦合的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器。
背景技術：
定向耦合器是微波系統中應用廣泛的一種微波器件，它的主要作用是將微波信號按一定的比例進行功率分配；定向耦合器由兩根傳輸線構成，同軸線、矩形波導、圓波導、帶狀線和微帶線等都可構成定向耦合器；所以從結構來看定向耦合器種類繁多，差異很大，但從它們的耦合機理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。在20世紀50年代初以前，幾乎所有的微波設備都採用金屬波導和波導電路，那個 時候的定向I禹合器也多為波導小孔I禹合定向I禹合器；其理論依據是Bethe小孔I禹合理論，Cohn和Levy等人也做了很多貢獻。隨著航空和航天技術的發展，要求微波電路和系統做到小型化、輕量化和性能可靠，於是出現了帶狀線和微帶線，隨後由於微波電路與系統的需要又相繼出現了鰭線、槽線、共面波導和共面帶狀線等微波集成傳輸線，這樣就出現了各種傳輸線定向耦合器。傳統單孔定向耦合器有一些的優點如結構簡單、參數少，設計起來比較方便；但是它還存在著一些缺點如帶寬窄、方向性差，只有在設計頻率處工作合適。偏離開這個頻率，方向性將降低。傳統多孔定向耦合器雖然可以做到很寬的帶寬、方向性也有很所改善，但也存在著一些缺點，如體積大、加工精度要求高、插入損耗高，特別是在毫米波太赫茲波段，過高的插損使該器件失去使用價值；這就激勵我們去設計一種能克服這些缺點的新型多孔定向耦合器。

發明內容
本發明的目的在於克服傳統定向耦合器的一些缺點，提供了一種緊湊型、插入損耗低的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案如下位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，包括作為微波主通道的主微帶和作為取樣信號通道的副微帶、以及作為耦合通道的耦合孔；主微帶和副微帶的結構一致，其中主微帶和副微帶都是由介質層印刷上導體帶而構成的；主微帶和副微帶通過它們之間的接地面相互隔離；主微帶通過至少3個位於接地面上的耦合孔與副微帶連通，至少I個耦合孔的投影部分位於主微帶的導體帶投影和副微帶的導體帶投影之外並與主微帶和副微帶導通；所述耦合孔沿主微帶的軸線排列，沿主微帶軸線方向至少有2個相鄰的耦合孔位於主微帶軸線的一側；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為圓形。耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為三角形。
耦合孔在其俯視方向上的投影形狀為多邊形。所述主微帶和副微帶的軸線相互平行。所述主微帶或副微帶的一端或兩端還連接有彎曲微帶。所述主微帶或\和副微帶在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結構。單孔定向耦合器在方向性上有相對窄的帶寬，於是人們想到了設計一系列耦合孔，這一系列的耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，並且這個額外的自由度還可以提高帶寬。因此，為了增加耦合孔的耦合性能，我們將耦合孔沿主微帶的軸線方向排列，同時為了增加耦合孔的口徑，我們將相鄰的耦合孔依次交錯的分布於主微帶軸線的左側或右側。將耦合孔沿主微帶一側排列後，在滿足耦合加強的條件下，即相鄰兩耦合孔的孔心間距應設置在主微帶的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間，這樣一來又可以進一步的加強耦合併且減小體積，從而進一步提高該多孔微帶定向耦合器的性能。同時，優先選擇橫截面為矩形柱狀金屬體設置在耦合孔內，且柱狀金屬體在耦合孔內的位置不受限制，可根據實際需求進行設置。為了使其整個耦合器的體積減少，我們優先考慮主微帶的軸線和副微帶的軸線平行設置。耦合孔在其俯視方向的投影形狀不受限制，當考慮製作成本時，我們優先考慮能簡易批量生產的圓形或三角形或四邊形。增加柱狀金屬體時，所述耦合孔和柱狀金屬體體在俯視方向的投影形狀為Y字形或十字型和其它多於4個分支的星狀。一般的微帶定向耦合器採用的都是平行耦合原理，而本發明採用的是小孔耦合原理，並且整個微帶定向耦合器都被密封在屏蔽蓋之內，這樣可以提高該定向耦合器的方向性。本發明的改進點為1、將傳統的耦合孔的位置進行調整，相應的設計出與調整後結構相匹配的耦合孔，即本發明中的耦合孔位於主微帶和副微帶之間的接地面上用以連通主微帶和副微帶，可以增強耦合性；2、由於實驗發現，當我們選用多個耦合孔時，將相鄰耦合孔沿主微帶的軸線排列的方向性更好，因此設計時，優先設置耦合孔的投影貼附在主微帶導體帶的側壁或\和副微帶導體帶的側壁。進一步的優先設置為相鄰的耦合孔依次排列在位於主微帶的一側。按照上述優先設置成的耦合器進行耦合輸出時，其工作過程為微波首先通過主微帶，在結構耦合孔處時，通過耦合孔將微波耦合到副微帶，可以加強耦合；進一步的由於相鄰的耦合孔位於主微帶的一側，因此在上述加強耦合的基礎還可以進一步的進行耦合加
強。
由於本發明採用多個耦合孔的設計方案，耦合孔與耦合孔之間具有耦合加強的作用，如果耦合孔與耦合孔之間的排列組合不能達到適合的排布，則會造成許多不利因素，比如耦合減弱現象，為此我們對其排布做了相應的研究，為了減少整個耦合的體積和達到耦合加強的作用，本發明進一步的改進點為耦合孔沿主微帶的軸線排列，沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔位於主微帶軸線的一側；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。即將相鄰的耦合孔依次分布於主微帶軸線的一側，相鄰的耦合孔沿主微帶一側分布以後，可進一步的耦合加強，從而進一步提高該位於主微帶一側的多孔矩形波導定向耦合器的方向性，相鄰兩耦合孔的孔心間距的影響因素由輸入信號決定，另外，由於本發明中的耦合孔均位於主微帶的同一側，因此相比較於其他的排布方式而言，其體積較小，如耦合孔排布在兩側，與兩側相比較，顯然一側的設計體積要小於兩側的設計體積。一般的微帶定向耦合器採用的都是平行耦合原理，而本發明採用的是小孔耦合原理，並且整個微帶定向耦合器都被密封在屏蔽蓋之內，這樣可以進一步提高該定向耦合器的方向性。多孔定向耦合器的工作原理可以敘述如下
由于波導內壁可以近似看成理想導電平面。根據交變電磁場的邊界條件，理想導電平面E只有與表面相垂直的分量,沒有切向分量；磁場H只有與表面相切的分量,沒有法向分量。主波導內電場垂直主副微帶公共寬邊，通過小孔達到副波導的那一部分電場仍垂直於 主副波導公共寬邊，其電力線形成一個彎頭。磁場(磁力線)為平行主波導寬壁的閉合曲線，故主波導的磁場(磁力線)在小孔處形成一組穿進穿出副微帶的連續曲線。通過小孔進入副波導的那一部分電場在副波導耦合孔兩側耦合出垂直向下的電場Ε』。交變的電場Ε』激發出感生磁場Η』(方向由S=E*H決定)。電、磁場交替激發，形成分別向耦合端和隔離端輸出的電磁波。通過小孔進入副波導的那一部分磁場在副波導耦合孔兩側耦合出水平向右的磁場H』。交變的磁場H』激發出感生的電場E』。電、磁場交替激發，形成分別向耦合端和隔離端輸出的電磁波。小孔耦合是上述電耦合和磁耦合的疊加。把兩種耦合形成的電磁波合併，我們可以看出往I禹合端方向傳輸的電磁波同向疊加，形成I禹合輸出；往隔離端方向傳輸的電磁波反向疊加，相互抵消構成隔離端，所以原則上是無耦合輸出的。但是由於小孔電、磁耦合的不對稱性，兩者疊加產生了方向性。多孔定向耦合器就是利用一系列耦合孔組成一個陣列，若干個陣列還可以疊加起來，由此來綜合耦合度和方向性響應。利用小孔的方向性和陣列的方向性在耦合端疊加，就可以獲得更好的方向性，並且這個額外的自由度還可以提高帶寬。本發明的優點在於結構緊湊、加工簡單、功率容量大、超寬工作帶寬、插入損耗低。本發明的緊湊型位於主微帶一側多孔矩形波導定向耦合器可望廣泛用於各微波波段的電子系統。


圖I為本發明中相鄰耦合孔位於主微帶一側時的立體圖。圖2為本發明實施例一的俯視圖。圖3為本發明實施例一的A-A剖面圖。圖4為本發明實施例二的俯視圖。圖5為本發明實施例三的俯視圖。圖6為本發明實施例四的俯視圖。
圖7為本發明實施例五的俯視圖。圖8為本發明實施例六的俯視圖。圖中的標號分別表示為1、主微帶；2、副微帶；3、耦合孔；4、柱狀金屬體；5、彎曲微帶；6、導體帶；7接地面。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明實施方式不限於此。如圖I所示，位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，包括作為微波主通道的主微帶I和作為取樣信號通道的副微帶2、以及作為耦合通道的耦合孔3 ;主微帶I和副微帶2的結構一致，其中主微帶I和副微帶2都是由介質層上壁或\和下壁印刷上導體帶6構成的；主微帶I和副微帶2通過它們之間的接地面7相互隔離，其中，耦合孔3的數目為3個；·耦合孔3在其俯視方向的投影形狀為圓形，且主微帶I的軸線和副微帶2的軸線互相平行。耦合孔3沿主微帶I的軸線方向排列，沿主微帶I軸線方向相鄰的耦合孔位於主微帶I軸線的一側；沿主微帶I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主微帶I的中心工作頻率的波導波長的23% 27%之間。由於本發明採用多個耦合孔的設計方案，耦合孔與耦合孔之間具有耦合加強的作用，如果耦合孔與耦合孔之間的排列組合不能達到適合的排布，則會造成許多不利因素，比如耦合減弱現象，為此我們對其排布做了相應的研究，為了減少整個耦合的體積和達到耦合加強的作用，本發明進一步的改進點為耦合孔沿主微帶的軸線排列，沿主微帶軸線方向相鄰的耦合孔位於主微帶軸線的一側；沿主微帶軸線方向上，相鄰兩耦合孔的孔心間距在主微帶的中心工作頻率的波導波長的239Γ27%之間。即，將相鄰的耦合孔依次分布於主微帶軸線的一側。相鄰的耦合孔沿主微帶一側分布以後，可進一步的耦合加強，從而進一步提高該位於主微帶一側的多孔矩形波導定向耦合器的方向性，相鄰兩耦合孔的孔心間距的影響因素由輸入微波信號決定，另外，由於本發明中的耦合孔均位於主微帶的同一側，因此相比較於其他的排布方式而言，其體積較小，如耦合孔排布在兩側，與兩側相比較，顯然一側的設計體積要小於兩側的設計體積。實施例一
如圖2、3所示，本實施例包括設置有主微帶I和副微帶2，主微帶I為微波主通道，副微帶2為取樣信號通道；主微帶I和副微帶2相互隔離，通過5個耦合孔3連通；5個耦合孔3的部分在主微帶I和副微帶2以外。所述耦合孔3的軸線與主微帶I的軸線垂直，其橫截面的形狀為不規則多邊形；相鄰耦合孔3位於主微帶的一側，沿主微帶I軸線方向上，相鄰兩耦合孔3的孔心間距在主微帶I的中心工作頻率的波導波長的239Γ27%之間，每個耦合孔3中都加入了另一個軸線與耦合孔3的軸線平行並與主微帶I的軸線垂直的柱狀金屬體4，該柱狀金屬體4的橫截面的形狀為矩形。實施例二
如圖4所示，與實施例一不同的地方是有4個耦合孔3位於主微帶的同一側，相鄰耦合孔3的孔心間距在主微帶I的中心工作頻率的波導波長的239Γ27%之間，其耦合性能較好。各個柱狀金屬體4隻在一個方向與對應的耦合孔3的內壁連接並且位於耦合孔3的不同方位上，其具體位置由方向性、帶寬等參數優化而定。
實施例三
如圖5所示，與實施例一不同的地方是，副微帶2的兩端還連有彎曲微帶5，在彎曲微帶5的另一端還連接有與外界匹配的匹配結構。這樣可以方便該定向耦合器與外界器件的連接，從而可以得到方向性更好，帶寬更寬的多孔矩形波導定向耦合器。實施例四
如圖6所示，與實施實例一不同的地方是耦合孔3的橫截面為橢圓，並且耦合孔3內沒有設置橫截面形狀為矩形的柱狀金屬體4。實施例五
如圖I所示，與實施實例四不同的地方是耦合孔3的橫截面為矩形，並且耦合孔3內都設置有橫截面形狀為矩形的柱狀金屬體4。
實施例六
如圖8所示，與實施實例四不同的是耦合孔3的橫截面為三角形。如上所述便可較好的實現本發明。
權利要求
1.位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於包括作為微波主通道的主微帶(I)和作為取樣信號通道的副微帶(2)、以及作為耦合通道的耦合孔(3);主微帶(I)和副微帶(2)的結構一致，其中主微帶(I)和副微帶(2)都是由介質層印刷上導體帶(6)而構成的；主微帶(I)和副微帶(2)通過它們之間的接地面(7)相互隔離；主微帶(I)通過至少3個位於接地面(7)上的耦合孔(3)與副微帶(2)連通，至少I個耦合孔(3)的投影部分位於主微帶(I)的導體帶投影和副微帶(2)的導體帶投影之外並與主微帶(I)和副微帶(2)導通；所述耦合孔(3)沿主微帶(I)的軸線排列，沿主微帶(I)軸線方向至少有2個相鄰的耦合孔(3)位於主微帶(I)軸線的一側；沿主微帶(I)軸線方向上，相鄰兩耦合孔(3)的孔心間距在主微帶(I)的中心工作頻率的波導波長的209Γ30%之間。
2.根據權利要求I所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於耦合孔(3 )在其俯視方向上的投影形狀為圓形。
3.根據權利要求I所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為三角形。
4.根據權利要求I所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於耦合孔(3)在其俯視方向上的投影形狀為多邊。
5.根據權利要求I所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於所述主微帶(I)和副微帶(2)的導體帶的軸線相互平行。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於所述主微帶(I)或副微帶(2)的一端或兩端還連接有彎曲微帶(5)。
7.根據權利要求1-5中任意一項所述的位於主微帶一側的多孔微帶定向耦合器，其特徵在於所述主微帶(I)或\和副微帶(2)在其一端或兩端連接有與外界器件匹配的匹配結構。
全文摘要
本發明公開了位於主微帶一側的多孔矩形波導定向耦合器，包括主微帶和副微帶、以及耦合孔；主微帶和副微帶通過之間的接地面相互隔離，主微帶通過至少3個耦合孔與副微帶連通；至少1個耦合孔的投影位於主微帶的導體帶側壁和副微帶的導體帶側壁之間並與主微帶和副微帶導通；耦合孔沿主微帶的軸線方向排列，沿主微帶軸線方向至少有2個相鄰的耦合孔位於主微帶軸線的一側。本發明的優點在於結構緊湊、加工簡單、超寬工作帶寬、功率容量大、插入損耗低。
文檔編號H01P5/18GK102780059SQ20121028266
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者王清源, 譚宜成 申請人:成都賽納賽德科技有限公司