[發(fā)明專利]一種雙模緊湊型過模定向耦合器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910035003.1
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109638403B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳澤威;王敏行;周秋輝;劉國;蒲友雷;蔣偉;羅勇
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發(fā)明公開了一種雙模緊湊型過模定向耦合器，屬于大功率微波技術(shù)領(lǐng)域。該定向耦合器包括耦合部分和對稱放置于其兩端的輸入/輸出過渡段；所述輸入/輸出過渡段為圓波導(dǎo)?類圓波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)圓波導(dǎo)TE₁₁模?類圓波導(dǎo)準(zhǔn)TE₁₁模之間的模式轉(zhuǎn)換；所述耦合部分包括耦合孔、作為微波主通道的類圓波導(dǎo)和副波導(dǎo)，類圓波導(dǎo)通過耦合孔與副波導(dǎo)連接。本發(fā)明通過采用中心對稱放置的雙排耦合縫，在滿足耦合度的前提下，實現(xiàn)高方向性輸出。具有雙模工作特性，即對圓極化和線極化入射波均能實現(xiàn)監(jiān)測，且不改變?nèi)肷洳ㄊ臉O化狀態(tài)，應(yīng)用范圍廣泛。本發(fā)明結(jié)構(gòu)定向耦合器整體設(shè)計簡單，緊湊，有效降低了加工難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大功率微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于大功率微波傳輸系統(tǒng)中的能量監(jiān)測與分析的波導(dǎo)定向耦合器。

背景技術(shù)

為了對大功率微波系統(tǒng)的輸出功率進(jìn)行在線監(jiān)測，需要研制高性能過模波導(dǎo)定向耦合器。通常說來，高性能定向耦合器的高性能具體體現(xiàn)在具有合適的耦合度、高隔離度以及高方向性等方面。同時，考慮到在大功率傳輸線上電磁波存在不同的極化狀態(tài)(線極化或者圓極化)，定向耦合器還需具有雙模工作特性，即對線極化波和圓極化波入射的情況均能工作。此外，為了減少傳輸損耗和降低加工成本，定向耦合器的結(jié)構(gòu)要求緊湊。

目前，常見的大功率定向耦合器主要有矩形波導(dǎo)型和圓波導(dǎo)型。高博、童玲等人采用兩級耦合方式，在保證整體耦合度不變的條件下，實現(xiàn)了擴(kuò)大矩形波導(dǎo)定向耦合器功率容量，提高定向耦合器峰值功率(《一種大功率微波矩形波導(dǎo)定向耦合器》，專利申請?zhí)枺?01510267998.6，作者：高博，田雨，童玲等)。但是這種基于矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的定向耦合器具有強(qiáng)烈的極化選擇特性，只能工作于線極化波入射的情況。對于圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的定向耦合器而言，主波導(dǎo)對于入射波束的極化沒有要求，可以工作于各種極化波入射的情況下工作。研究表明：即使是對于無固定極化方向的TE₀₁模依然可以實現(xiàn)很好的耦合。如(《一種用于回旋行波管微波功率測量的定向耦合器及用于該定向耦合器的制造方法》，專利申請?zhí)枺?01610586421.6，作者：曾旭，王峨峰，馮進(jìn)軍等)；《一種過模圓波導(dǎo)寬帶定向耦合器及其設(shè)計方法》，專利申請?zhí)枺?01410775446.1，作者：徐勇，羅勇，夏建波，等)。一般來說，對于圓波導(dǎo)定向耦合器而言，耦合的實現(xiàn)方法是在圓波導(dǎo)內(nèi)腔和副波導(dǎo)內(nèi)腔之間設(shè)置一排耦合孔，通過磁耦合的方式耦合出部分能量。為了提高定向耦合器的方向性，需要采用增加耦合孔的數(shù)目，從而導(dǎo)致整個器件的結(jié)構(gòu)長度變長，不滿足器件的緊湊化設(shè)計要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有大功率定向耦合器工作模式單一、器件體積大、插入損耗大等問題，本發(fā)明提出一種緊湊型大功率定向耦合器，在寬頻帶內(nèi)對線極化波和圓極化波實現(xiàn)功率監(jiān)測。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種雙模緊湊型過模定向耦合器，包括耦合部分和對稱放置于其兩端的輸入/輸出過渡段。

所述輸入/輸出過渡段為圓波導(dǎo)-類圓波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其變換方式可以為線性過渡、正弦過渡、拋物線過渡等，實現(xiàn)圓波導(dǎo)TE₁₁模-類圓波導(dǎo)準(zhǔn)TE₁₁模之間的模式轉(zhuǎn)換。輸入/輸出過渡段和其前后連接件通過波導(dǎo)法蘭進(jìn)行連接。為保障共軸，連接端口設(shè)置了凹凸法蘭。

所述耦合部分包括耦合孔、作為微波主通道的類圓波導(dǎo)和副波導(dǎo)。

所述類圓波導(dǎo)，是在圓波導(dǎo)角向施加均等擾動后，所得到帶有四個對稱凸起的圓波導(dǎo)，通過耦合孔與副波導(dǎo)連接。

所述副波導(dǎo)包括主體部分、過渡部分、隔離端口、輸出端口以及隔離端口。

所述副波導(dǎo)主體部分為非標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)，其波導(dǎo)窄邊b與標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)一致，其寬邊的結(jié)構(gòu)尺寸a滿足

其中，為主波導(dǎo)中TE₁₁模式的傳播常數(shù)。