[发明专利]一种X波段磁控耦合系数可调定向耦合器

说明书

本发明涉及微波技术，具体涉及一种X波段磁控耦合系数可调定向耦合器。本发明通过在双层基片集成波导的一介质层中，在耦合孔下方添加添加铁氧体结，然后通过施加外加磁场以磁场调控的方式影响铁氧体结调整耦合孔，从而实现对耦合系数的调节；其延迟低，不填加外接组件结构简单体积小，利于集成，并且在改变耦合系数的同时对驻波，隔离端影响较小。

技术领域

本发明涉及微波技术，具体涉及一种X波段磁控耦合系数可调定向耦合器。

背景技术

随着科技发展进步，微波技术逐渐向小型化，集成化发展。耦合系数可调节的定向耦合器可以有效解决这一问题，相比于传统定向耦合器，耦合系数可调节的定向耦合器能够有效减少整个无线通信系统的耦合器数量，减轻无线通信系统的重量，便于小型化。

相比于传统波导结构，基片集成波导在尺寸上显著减小，结构近似平面结构利于集成，同时也兼具微带元件的特点。

现有机械调控的耦合系数可重构定向耦合器，延迟高，调节方式笨拙，且用在微带结构上，现有电场调控的方式对基片集成波导使用存在电势差的电偏置回路，电路复杂，不利于集成化。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有耦合系数可变的定向耦合器的不足，本发明提供了一种X波段磁控耦合系数可调定向耦合器，通过在采用基片集成波导结构的定向耦合器上加载铁氧体材料，使用磁场调控的方式实现对定向耦合器耦合系数的调节。

本发明的技术方案如下：

一种X波段磁控耦合系数可调定向耦合器，包括主基片集成波导、副基片集成波导和铁氧体结。

所述主基片集成波导的主模H面与副基片集成波导的主模H面相互适应平行设置，主基片集成波导和副基片集成波导采用相同的两行金属化通孔，并通过公共金属层实现主基片集成波导与副基片集成波导相互隔离，构成金属层-介质层-公共金属层-介质层-金属层的层间结构。

所述公共金属层沿波的传输方向设有两行互相平行(以孔心所属直线记)且与基片集成波导的两行金属化通孔平行的圆形耦合孔，两行耦合孔关于主基片集成波导传输方向的中线成对称图形，同一行的耦合孔以等孔心距设置，耦合孔贯穿整个公共金属层与其等高。

所述铁氧体结为圆柱体，位于主基片集成波导介质层中，其高度与主基片集成波导的介质层厚度相同，其数量与耦合孔相同，以耦合孔和铁氧体结共用同一圆柱中心线一一对应的方式设置在各耦合孔的正下方，且铁氧体结的圆面半径小于耦合孔的圆面半径。

所述主基片集成波导作为的微波主通道，副基片集成波导作为取样信号通道，耦合孔作为耦合通道。

进一步地，所述同一行相邻耦合孔的孔心间距为hd＝4-6mm；所述耦合孔的半径采用切比雪夫计算。

耦合孔的孔心间距是一个敏感参数，太小无法使用，太大整体器件尺寸会过大。单行耦合孔的数量越多，性能越好，尺寸也越大；耦合孔半径采用切比雪夫计算可以展宽带宽，增强定向性。

上述X波段磁控耦合系数可调定向耦合器的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据基片集成波导和传统矩形波导的等效公式，在满足辐射损耗条件的情况下设计基片集成波导：选择介质基板，介质基板的厚度t、相对介电常数，确定基片集成波导的宽度w、长度、金属化通孔直径d和通孔孔心间距p。

步骤2、设计定向耦合器，确定耦合孔的孔心间距hd，耦合孔与基片集成波导的金属化通孔的孔心距离kw，各耦合孔半径。

步骤3、设计铁氧体结，确定铁氧体材料和饱和磁场强度，以及各铁氧体结的半径。

步骤4、根据步骤1-3得到的参数搭建加载铁氧体的定向耦合器，优化调参，使其在所需频带传输性能、隔离性能进一步的提升。