一種大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器。該定向耦合器可與微波功率測量系統(tǒng)配套使用，以提取大功率微波的小部分功率到測量系統(tǒng)能夠測量的范圍之內(nèi)，以便進(jìn)行精確地測量和分析。
【背景技術(shù)】
[0002]微波定向耦合器是微波系統(tǒng)中最常用的元件之一，尤其是在微波功率測量系統(tǒng)中，往往需要利用定向耦合器把功率信號耦合到測量系統(tǒng)能夠測量的范圍之內(nèi)，再對信號進(jìn)行精確地測量和分析。
[0003]目前常見的大功率微波定向耦合器分為同軸線定向耦合器和矩形波導(dǎo)定向耦合器兩類。同軸線定向耦合器采用同軸線為主副線，其工作帶寬通常很寬，并且標(biāo)準(zhǔn)的N型同軸接口可直接與測試系統(tǒng)相連，整體結(jié)構(gòu)相對較小，測試非常方便，但是其峰值功率很難滿足MW級別的要求。矩形波導(dǎo)定向耦合器主要采用矩形波導(dǎo)為主副線，矩形波導(dǎo)內(nèi)部通常以空氣作為介質(zhì)，矩形波導(dǎo)通過公共壁上的縫隙或小孔進(jìn)行功率耦合。
[0004]名稱為《S波段高功率矩形波導(dǎo)定向耦合器的設(shè)計(jì)》(《電子測量技術(shù)》2011年4月第34卷第4期、P50-52)所公開的技術(shù)即屬于矩形波導(dǎo)定向耦合器，該矩形波動定向耦合器以空氣為介質(zhì)，主副線為矩形波導(dǎo)。在兩個矩形波導(dǎo)管公共壁上開了單排10個圓孔，主線的入射功率通過圓孔將功率耦合到副線的耦合端口。10個圓孔的耦合度按照切比雪夫函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是為了在整個波段內(nèi)呈現(xiàn)良好的方向性。為了能與外部波導(dǎo)相連，副線通過彎形波導(dǎo)與耦合端口相連，隔離端口內(nèi)側(cè)放置匹配材料。以該文所述結(jié)構(gòu)為例:頻率范圍為S波段(1.72GHz?2.6IGHz)，耦合度為-49.3?-50.3dB，帶內(nèi)波動小于ldB，方向性小于-36dB。每個圓孔的中心距離波導(dǎo)窄邊距離x = 0.235a，其中a為矩形波導(dǎo)的內(nèi)壁寬邊(a = 109.22mm)。最小的圓孔直徑為7_。雖然這類定向耦合器在冷測時(shí)表現(xiàn)良好，但是在進(jìn)行熱測實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)輸入峰值功率達(dá)到2MW，該定向耦合器內(nèi)部會發(fā)生打火現(xiàn)象，不滿足峰值功率2MW的指標(biāo)要求。并且該定向耦合器總長度為1191mm,耦合端口為矩形波導(dǎo)端口，不僅長度過長，而且十分不方便測試，因此，該定向耦合器不滿足大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器的設(shè)計(jì)要求。
[0005]申請人在“大功率微波定向耦合器功率容量提升及小型化研宄”(2014)(指導(dǎo)老師童玲，作者羅春杰)的碩士論文中，申請人提出了一種兩級耦合結(jié)構(gòu)的大功率微波定向耦合器，第一級定向耦合器提出了采用兩排橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)，第二級采用波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)雙十字縫結(jié)構(gòu)，但是其耦合度帶內(nèi)波動較大，有待改善；此外，測試端口連接復(fù)雜，不方便測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器，在滿足頻帶范圍內(nèi)耦合度以及方向性指標(biāo)的前提下，提高定向耦合器的峰值功率，從而達(dá)到可與微波功率測量系統(tǒng)配套，將高功率信號耦合到測量系統(tǒng)能夠測量的范圍之內(nèi)，以便于對大功率微波信號進(jìn)行準(zhǔn)確分析和測量，并有效提高其測試精度，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的目的。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于，包括:
[0008]第一級定向耦合器，所述的第一級定向耦合器采用雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)，由主線波導(dǎo)管、副線波導(dǎo)管組成；主線波導(dǎo)管與副線波導(dǎo)管均為矩形波導(dǎo)，副線波導(dǎo)管的下側(cè)寬邊疊在主線波導(dǎo)管上側(cè)寬邊上，并且寬邊對齊；在副線波導(dǎo)管的下側(cè)寬邊上沿波導(dǎo)管開有雙排、每排6個橢圓孔、主線波導(dǎo)管上側(cè)寬邊對應(yīng)位置也開有雙排、每排6個橢圓孔，每一排6個橢圓孔的耦合度按照切比雪夫函數(shù)進(jìn)行排列；
[0009]兩個彎波導(dǎo)，分別連接到副線波導(dǎo)管的兩端即隔離端口與耦合輸出端口，然后再分別與外界匹配負(fù)載、第二級定向耦合器連接；
[0010]第二級定向耦合器，所述的第二級定向耦合器采用波導(dǎo)通過窄槽縫隙耦合到帶狀線，并從標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭輸出功率的方式，由主線波導(dǎo)管以及副線帶狀線組成；主線波導(dǎo)管為矩形波導(dǎo)，主線波導(dǎo)管的一端即親合輸入端口與第一級定向親合器的親合輸出端口連接，主線波導(dǎo)管的另一端即匹配端口與外界匹配負(fù)載連接；主線波導(dǎo)管上側(cè)寬邊中間位置沿傳輸方向開有窄槽縫隙，副線帶狀線置于主線波導(dǎo)管上側(cè)窄槽縫隙處，其外導(dǎo)體與主線波導(dǎo)管上側(cè)形成一個矩形腔體，矩形腔體內(nèi)為帶狀線內(nèi)導(dǎo)體，帶狀線內(nèi)導(dǎo)體位于帶狀線空間即矩形腔體的中間位置；
[0011]兩個標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭，二者的內(nèi)導(dǎo)體分別與帶狀線內(nèi)導(dǎo)體的兩端連接，二者的外導(dǎo)體與帶狀線外導(dǎo)體連接，一個標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭作為第二級定向耦合器的耦合輸出端口，另一個標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭與外界匹配負(fù)載連接。
[0012]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，第一級定向耦合器中所述的橢圓孔為豎置放置，即橢圓孔的長軸方向?yàn)閷掃叿较?，短軸方向沿波導(dǎo)管方向。
[0013]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0014]本發(fā)明大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器針對現(xiàn)有微波矩形波導(dǎo)定向耦合器功率容量低，測試端口連接不標(biāo)準(zhǔn)，不方便測試的弊端。為了擴(kuò)大功率容量，整體耦合結(jié)構(gòu)采用二級耦合方式，使每一級的耦合度都比整體的耦合度大，耦合度越大，對應(yīng)的耦合孔就越大，進(jìn)而各級定向耦合器承載的功率容量就越大。由于輸入功率是逐級遞減的，所以增加每一級的功率容量，就是增加整體的功率容量。在保證整體耦合度不變的條件下，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大功率容量，提高定向耦合器的峰值功率的目的。同時(shí)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的兩級定向耦合結(jié)構(gòu)能夠相互配合，兩級結(jié)構(gòu)的耦合度曲線變化相反，疊加在一起能夠呈現(xiàn)正負(fù)相消的效果，使最終的整體耦合度曲線帶內(nèi)波動非常平坦，優(yōu)于每一單級的耦合度曲線。
[0015]在設(shè)計(jì)方法相同的條件下，耦合度越大(意味著耦合端口輸出的功率越大)，那么耦合孔的尺寸就越大。在本發(fā)明中，采用雙排橢圓孔設(shè)計(jì)，這樣橢圓孔中心的位置距離波導(dǎo)窄邊越近，耦合度就更小，可以增大耦合孔即橢圓孔尺寸，第一級定向耦合器就可以承受更大的功率容量，其耦合孔發(fā)生打火的幾率就減小了。
[0016]此外，本發(fā)明中的第一級定向耦合器采用了一種橢圓孔進(jìn)行耦合，通過改變橢圓孔的離心率，可以實(shí)現(xiàn)方向性的調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器一種【具體實(shí)施方式】結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是圖1所示第一級定向耦合器結(jié)構(gòu)圖，其中，圖㈧為內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖⑶為圖(A)箭頭所指處的雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖3是圖1所示第二級定向耦合器結(jié)構(gòu)圖；其中，圖(A)為垂直截面結(jié)構(gòu)圖，圖(B)為水平平面結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4是圖1所示第一、二級定向耦合器以及二者組合為一個整體的耦合度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0022]在本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器包括第一級定向耦合器1、兩個彎波導(dǎo)2、3、第二級定向耦合器4以及兩個標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭5、6。
[0023]在本實(shí)施例中，如圖2所示，所述的第一級定向耦合器I采用雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)。如圖2(A)所示，第一級定向耦合器I由主線波導(dǎo)管101、副線波導(dǎo)管102組成；主線波導(dǎo)管101與副線波導(dǎo)管102均為矩形波導(dǎo)，副線波導(dǎo)管102的下側(cè)寬邊疊在主線波導(dǎo)管101上側(cè)寬邊上，并且寬邊對齊。如圖2(A)、(B)所示，在副線波導(dǎo)管102的下側(cè)寬邊上沿波導(dǎo)管開有雙排、每排6個橢圓孔、主線波導(dǎo)管101上側(cè)寬邊對應(yīng)位置也開有雙排、每排6個橢圓孔，每一排6個橢圓孔的耦合度按照切比雪夫函數(shù)進(jìn)行排列，構(gòu)成雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)。
[0024]在本實(shí)施例中，以工作在S波段(1.72Ghz?2.61Ghz)的大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器為例:
[0025]第一級定向耦合器的主線波導(dǎo)管101采用長為600mm的BJ22波導(dǎo)管，副線波導(dǎo)管102采用長為320mm的BJ22波導(dǎo)管。副線波導(dǎo)管102位于主線波導(dǎo)管101長度方向的中間位置。BJ22波導(dǎo)管為矩形波導(dǎo)，其橫截面參數(shù)(寬邊X窄邊X厚度)為109.22 X 54.61 X 2mm。在雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)中，每一排6個橢圓孔的耦合度按照切比雪夫函數(shù)進(jìn)行排列，具體而言，在本實(shí)施例中，各個橢圓孔中心距離波導(dǎo)壁的距離X = 0.17a = 18.56mm，任意相鄰兩橢圓孔中心相距D = 46.1mm。其中靠近中心的橢圓孔尺寸長軸I1= 31.2mm,短軸d i= 23.3mm ;偏離中心兩側(cè)的橢圓孔尺寸長軸I2= 27.6mm,短軸d2= 20.6mm ;兩端的橢圓孔尺寸長軸I 3= 20.9mm，短軸d 3= 15.6mm。
[0026]如圖1所示，端口 I為主線波導(dǎo)管101輸入端口，端口 2為主線波導(dǎo)管101輸出端口，在作為耦合度測試時(shí)，端口 2接波導(dǎo)匹配負(fù)載。輸入的大功率微波從端口 I輸入到主線波導(dǎo)管101，然后，如圖2所示的經(jīng)過雙排6橢圓孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合結(jié)構(gòu)耦合到副線波導(dǎo)管102中。
[0027]在本實(shí)施例中，如圖1所示，兩個彎波導(dǎo)2、3分別連接到副線波導(dǎo)管102的兩端端口 3、4即隔離端口與耦合輸出端口，然后再分別與外界匹配負(fù)載(未畫出)、第二級定向耦合器4連接。耦合到副線波導(dǎo)管102中的微波從耦合輸出端口經(jīng)過彎波導(dǎo)3輸出到第二級定向親合器4。
[0028]在本實(shí)施例中，如圖3所示，所述的第二級定向耦合器4采用波導(dǎo)通過窄槽縫隙耦合到帶狀線，并從標(biāo)準(zhǔn)N型同軸接頭輸出功率的方式。由主線波導(dǎo)管401以及副線帶狀線402組成。主線波導(dǎo)管401為矩形波導(dǎo)，主線波導(dǎo)管401的一端端口 5即耦合輸入端口經(jīng)過彎波導(dǎo)3與第一級定向耦合器I的耦合輸出端口即端口 4連接，主線波導(dǎo)管401的另一端端口 6即匹配端口與外界匹配負(fù)載(未畫出)連接；主線波導(dǎo)管401上側(cè)寬邊中間位置沿傳輸方向開有窄槽縫隙4011，副線帶狀線402置于主線波導(dǎo)管401上側(cè)窄槽縫隙4011處，其外導(dǎo)體4021與主線波導(dǎo)管401上側(cè)形成一個矩形腔體，矩形腔體內(nèi)為帶狀線內(nèi)導(dǎo)體4022，帶狀線