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CN1620737A - 空心波导管定向耦合器 - Google Patents

空心波导管定向耦合器 Download PDF

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CN1620737A CN03802609.0A CN03802609A CN1620737A CN 1620737 A CN1620737 A CN 1620737A CN 03802609 A CN03802609 A CN 03802609A CN 1620737 A CN1620737 A CN 1620737A
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Erisson
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Abstract

一种空心波导管定向耦合器，包括两个空心的波导部分(3，4)，所述部件通过形成于在空心波导部分(3，4)之间延伸的壁(5)之上的多个耦合开口(6，7)彼此耦接。两个邻近的耦合开口(6，7)彼此之间具有3λg/4的距离，λg是定向耦合器的工作频率范围的额定中心频率的波长。

Description

空心波导管定向耦合器
技术领域
本发明涉及一种空心波导管定向耦合器(waveguide directional coupler)，所述耦合器包括两个空心的波导部分，该波导部件通过形成于在空心波导部分之间延伸的壁之上的多个耦合开口彼此耦接。
背景技术
这种定向耦合器通常是公知的。在Meinke-Gundlach，Taschenbuch derHochfrequenztechnik，5.Auflage，Springer 1992，L7.4章中描述了具有两个耦合开口的所述类型的定向耦合器。这种定向耦合器对于在四倍于耦合开口之间的距离的范围之内的波长λg具有良好的定向性，其中λg是定向耦合器的工作频率范围的额定中心频率的波长。定向性是以下述情况为基础的，其中在两个开口耦合的场从传送空心波导部分到驱动空心波导部分在驱动空心波导中的两个方向上传播，以及然而，与在传送波导中相同方向传播的场在相反的方向上可能发生干涉，它们具有λ/2的相位差从而彼此抵消。
例如在R.Levy“波导管多孔定向耦合器的分析和综合”，IEEE微波传输理论和技术，MTT-16卷，No.12，1968年12月以及在H.Schmiedel等人“矩形波导多槽窄壁耦合器的场理论设计”，IEEE微波传输理论和技术，MTT-34卷，No.7，1986年7月，都对具有多个耦合开口的空心波导管定向耦合器作出了描述。
这些耦合开口和它们之间的壁部分的尺寸显然和它们所用于的RF波长成比例。在毫米级波长范围的应用所需要的耦合开口和壁部分的尺寸是很难用常规的制造手段比如轧边和机械加工来制造的。尤其是需要强耦合的时候，大量的耦合开口是必需的，因为单一耦合开口的横截面积受如下需要的限制，所述需要是从邻接的耦合开口分离的壁部分必须具有足够的强度，以承受在制造期间其受到的负荷。
很容易明确的是，制造定向耦合器的劳动随制造的耦合开口的数量增加。制造这种定向耦合器的劳动的增加和所需的耦合开口的数量(也可以说耦合部分的长度)的增加不是成线性的，而是成幂数倍的。这是因为可能在制造过程时损坏壁部分而破坏整个定向耦合器。存在的壁部分的数目越多，所有的壁在加工时未损坏的保存下来的可能性就越小。
因此，需要一种定向耦合器，尤其用于具有毫米波长的无线电频率，也可以用常规的方法制造，并且得到好的效果。
发明内容
上述目的通过具有权利要求1的特征的空心波导管定向耦合器来实现。
将邻近的耦合开口之间的距离增加至相对常规定向耦合器的λg/4的奇数倍，使在从传送波导部分进入驱动波导部分之间的电磁场具有与常规λg/4定向耦合器相同的相位关系，从而得到相同的定向性。然而，因为在两个邻近的耦合开口之间的壁部分可以具有一个较大的横截面积，它们相比常规的耦合器更加稳定，并且更不容易受到破坏。
为了保侍低的定向耦合器的长度，耦合开口的距离优选为3λg/4。
耦合开口形成在其上的壁可以是耦合矩形空心波导部分的宽或窄侧壁。
如果由空心波导部分的宽侧壁实现耦合，优点在于其中完全定向耦合器可以由两个镜像对称的半壳体制造，半壳体的每一个接收传送和驱动空心波导部分的一半自由横截部分。两个半壳体接触的连接部分在这里相当于在空心波导部分的壁中由TE10波引起的横向电流的节点列，使得在两个等分之间的传输阻抗不对感应电流发生影响。
空心波导部分通过它们的窄侧壁的耦合具有的优点是，必须需要由蚀刻、机械或者用任何其它适当的方式形成的沟道具有相对于其宽度很小的深度，并且由此就能够在相当短的时间形成。同时，在两个耦合开口之间的壁部分的高度相当小，因此改进了其机构稳定性和生产产量。
根据本发明，空心波导部分在纵向方向上的耦合开口的尺寸可以比常规定向耦合器制造大，优选其可以设定为λ/8，以及优选为常规λ/4定向耦合器不能实现的λ/4的值。耦合开口尺寸的增长允许所需的耦合开口的数目根据给定的耦合效率而被减少，由此，减少了制造成本。由于很容易获得稳固的耦合，可以将耦合空心波导部分之间的壁的厚度选定为大于常规定向耦合器，由此，再一次简化了制造工艺。
为了得到尽可能的高耦合带宽，耦合开口应该具有一定长度，该长度从定向耦合器的中心到端部减少。根据后面参考附图的说明，发明进一步的特征和有益效果将变得更加鲜明，其中附图：
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的定向耦合器的示意图，其中耦合开口形成在两个耦合空心波导部分的窄侧壁上；以及
图2是根据本发明的第二实施例的定向耦合器的两个半壳体的横截面剖视图，其中耦合开口形成在空心波导部分的宽侧壁上。
具体实施方式
图1示出两个矩形空心波导管的透视图，分别是传送波导管1和驱动波导管2。两个空心波导管不存在任何物理差异，它们用不同的术语表示，其中一个波导管是另一个波导管相对在两者之间的点划线y、z限定的平面的镜像。
在两个波导1、2之间的两个平行部分3、4之间，延伸出一个壁5，其形成两个部分3、4的窄侧壁。在示出的实例中，壁5在三处被耦合开口6、7切断。两个邻近的耦合开口6，7的中心彼此之间具有3λg/4的距离。中心耦合开口6的宽度大约为λg/4，两个周围耦合开口7的宽度是λg/8。这暗示出一个壁5的壁部分5a宽度，其由9λg/16的耦合开口6、7划分。
开口6、7的宽度可以大于λg/4。
图2示出了根据本发明的第二实施例的定向耦合器的剖视图，其中在其上形成带有耦合开口6’的壁5’是两个耦合空心波导部分3’、4’的宽侧壁。参照图1描述在壁5’内的耦合开口6’、7’彼此之间的距离以及在其传播方向上的宽度。定向耦合器的壁由两个相同的金属或者表面涂覆金属的半壳体8、9形成，如所示上部9的一半已经被移除，为的是示出下部半壳体8的内部。
在装配成的定向耦合器中，两个半壳体8、9在屏蔽边缘10彼此接触。如果波导管1、2的交叉部分尺寸设定成使得在波长λg仅仅可以传送TE10波，不会有垂直于边缘10流过的电流，使得两个半壳体8、9之间的电耦合(galvanic coupling)质量和定向耦合器的阻尼不相关。

Claims (8)

1.一种定向耦合器，具有两个空心波导部分(3，4；3’，4’)，该波导部分通过形成在壁(5；5’)上的多个耦合开口(6，7；6’，7’)彼此连接，所述壁在空心波导部分(3，4；3’，4’)之间延伸，其特征在于，两个邻近的耦合开口(6，7；6’，7’)彼此之间具有(2n+1)λg/4的距离，其中λg是定向耦合器的工作频率范围的额定中心频率的波长，n是一个整数。
2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于n等于1。
3.如权利要求1或2所述的定向耦合器，其特征在于空心波导部分(3，4)具有矩形横截面，并且壁(5)形成空心波导部分的窄侧壁。
4.如权利要求1或2所述的定向耦合器，其特征在于空心波导部分(3’，4’)具有矩形横截面，并且壁(5’)形成空心波导部分(3’，4’)的宽侧壁。
5.如前述任一项权利要求所述的定向耦合器，其特征在于至少一个所述耦合开口(6，6’)在空心波导部分(3，4；3’，4’)的纵向方向上具有λg/8的尺寸，优选大约λg/4。
6.如前述任一项权利要求所述的定向耦合器，其特征在于每个耦合开口(6，7；6’，7’)在空心波导部分(3，4；3’，4’)的纵向方向具有至少λg/8的尺寸。
7.如前述任一项权利要求所述的定向耦合器，其特征在于耦合开口(6，7；6’，7’)具有从定向耦合器的中心向端部减少的长度。
8.如前述任一项权利要求所述的定向耦合器，其特征在于两个邻近的耦合开口(6，7；6’，7’)由具有大于λg/4、优选大约为λg/2的长度的壁部分彼此分离。
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