[发明专利]一种波导环耦合器

说明书

技术领域

    本发明涉及一种波导环耦合器，具体地说，是涉及一种宽带单孔波导环耦合器。 

背景技术

在一个波导的壁上开孔可使信号从波导耦合出来，由此可以做成定向耦合器。国内外普遍采用的波导定向耦合器通常采用孔缝耦合，在公共波导壁上开一个或多个孔/缝使两个相邻波导中的微波耦合。通过调整孔/缝尺寸及其位置可获得相应功率分配比的定向耦合器。这种定向耦合器的一个主要缺点是其工作带宽太窄。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在波导全带宽内有良好的耦合平坦度和方向性的波导环耦合器。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种波导环耦合器,包括主波导，所述主波导侧壁开有耦合孔，所述主波导的耦合孔位置处连接有耦合腔，所述耦合腔内设置有耦合环，所述耦合环连接有同轴端口，且所述同轴端口设置在耦合腔外部；且所述主波导的两端还连接有过渡阶梯，所述过渡阶梯远离主波导的一端还设置有标准波导，所述主波导在远离耦合孔的内壁连接有金属脊。 

所述耦合环的轴线与主波导的轴线平行。 

所述耦合环的轴线与主波导的轴线构成的夹角大于5度。 

所述主波导的横截面形状为矩形。 

所述标准波导的横截面形状为矩形。 

所述过渡阶梯的横截面形状为矩形。 

所述金属脊的横截面形状为矩形。 

所述主波导、过渡阶梯、标准波导，它们的横截面的尺寸依次单调增大。 

其中所述主波导、过渡阶梯、标准波导，它们的横截面的尺寸依次单调增大，其含义为：当所述主波导的横截面的尺寸为A1、过渡阶梯的横截面的尺寸为A2、标准波导的横截面的尺寸为A3时，它们的横截面的尺寸依次增大，即A1小于A2小于A3；或者当所述主波导的横截面的尺寸为A1、过渡阶梯的横截面的尺寸为A2、标准波导的横截面的尺寸为A3时，它们的横截面的尺寸满足单调递增函数：区间D为X1＜X3内，f（X1）＜f（X2）＜f（X3），其中X1＜X2＜X3，其中f（X1）为A1，f（X2）为A2，f（X3）为A3，X1为主波导的中心点值，X2为过渡阶梯的中心点值，X3为标准波导的中心点值，即A1、A2、A3沿着主波导经过渡阶梯到标准波导的轴线方向依次单调递增。 

本发明的工作原理：首先，在主线上信号从标准波导输入，经过过渡阶梯到达主波导，当其到达耦合孔时，它的电场分量将穿过耦合孔，耦合到耦合环上，并在耦合孔的两边激励起方向向下的同向对称电场。由于交变的电场和磁场是不可分割的，所以对于耦合孔电耦合激励起的电场，必然会同时出现与之相应的磁场。根据玻印亭矢量的关系，磁场的方向可以由主线电场的方向确定。这个表面电流在耦合孔处发生中断，并由位移电流来接续，此位移电流将会使耦合环的左边激励起方向向下的电场，而其右边得到方向向上的电场，二者方向相反，形成反向对称电场。同样，伴随这两个反向对称的电场将会同时出现与之相应的磁场。在耦合环上，耦合孔的电耦合和磁耦合所激励起的电磁场将会在其两个同轴端口处进行叠加。两个同轴端口在此我们分别命名为：端口四和端口三；在端口四处，由于电耦合和磁耦合所产生的电磁场方向是一致的，所以总的场是二者之和。而在端口三处，由于电耦合和磁耦合所产生的电磁场方向是相反的，所以总的场是二者之差。 

为了能将波导的全带宽拥有更好的特性参数，本发明的波导环耦合器采用了非标准波导，并通过一个过渡阶梯将主波导和标准波导连接，并使之达到匹配。耦合腔和耦合孔的形状可以任意组合选择。为了达到更好的方向性，我们对耦合环进行了一个角度的旋转，但耦合环的旋转使该耦合器的结构变得复杂，使加工成本提高，所以需要根据实际产品的要求来确定是否对耦合环进行旋转。 

本发明的优点在于：本发明的主线采用波导结构，副线采用同轴形式，耦合机制采用单个圆孔实现,并通过加入金属脊使耦合器的工作带宽更宽，耦合度更平坦，以其电路简单、结构新颖、加工装配方便、无需调试为主要特点，且插入损耗小，端口驻波好，可靠性高，特别适用于高功率双向弱耦合度的测量和指示场合。 

附图说明

图1为本发明的纵向示意图。 

图2为图1的A-A向示意图。 

图3为图1的B-B向示意图。 

图4为实施实例二的B-B向示意图。 

图5为实施实例二的A-A向示意图。