【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波、毫米波器件耦合，具体为一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器。
技术介绍
1、毫米波介于微波和红外线之间，兼具有微波和红外两者的优点。同红外相比，毫米波在灰尘、烟雾等环境中的传输特性更好；同微波相比，毫米波系统更容易小型化，更适合于导弹、卫星以及电子对抗等平台。自上世纪90年代以来，在军用毫米波雷达和通信等需求的推动下，高功率毫米波技术特别是高功率毫米波电真空器件取得了重要的发展。这些高功率毫米波器件的发展使得毫米波技术在雷达、通信、电子对抗、预警等方面得到了广泛的应用。
2、在高功率毫米波器件的研究中，对其输出功率进行精准的测量是极重要的一环。定向耦合器正是一种广泛应用于微波、毫米波测量领域的微波毫米波器件，其主要作用就是通过从微波、毫米波系统传输主线中的大功率信号中耦合出一小部分，并利用示波器、功率计、频谱仪等测量仪器对其进行包络监测、功率测量、频谱测量等，以便达到对大功率信号的监测工作。回旋管是一种应用很广泛的高功率微波毫米波源，在工程研究及应用中大量出现了以高阶模式圆波导作为传输线的毫米波系统。为了对该系统的输出功率进行监测，诸多学者先后展开了高阶模式圆波导定向耦合器的研究。
3、传统的高阶模式圆波导定向耦合器一般包括一个主波导(通常为圆波导)和一个副波导(一般为矩形波导)，两者往往通过耦合孔平行连接。以最简单的对称双孔耦合为例，其工作原理如下：当微波毫米波信号从输入端传输进主波导时，大部分能量会从输出端口(直通端)流出，只有一小部分通过两个耦合小孔流入到副波导中。通过
4、然而，传统的(高阶模式)圆波导双孔定向耦合器往往只能在一个频率点(通常为中心频率)上可以得到较好的定向性，而当工作频率偏离该频率点时，方向性会迅速下降，从而造成传统的圆波导双孔定向耦合器面临着诸如工作频带较窄(相对带宽通常不足10％)、带内耦合度的波动较大(耦合度的最大波动程度一般大于5db)以及方向性较低(工作频带内不足20db)等一系列问题。若要在传统结构上解决上述问题，特别是窄带宽和低方向性问题，往往只能采取增加耦合孔的措施，这势必会增大结构的轴向尺寸，不利于系统的紧凑化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，以解决传统统高阶模式圆波导定向耦合器，难以在兼顾宽带宽、优耦合平坦度、以及高方向性的同时，实现结构紧凑性的增强。
2、为了实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：
3、一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，包括主波导和副波导、以及耦合通道，主波导和副波导之间通过耦合通道以正交方式连接；
4、所述主波导为非标高阶模式圆波导，包括耦合段和对称设置于其两端的输入/输出段组成，耦合段、输入/输出段为高阶模式圆波导，耦合段与输入/输出之间设有过渡段；
5、所述副波导包括矩形波导、耦合端口和隔离端口，耦合端口和隔离端口分别位于矩形波导的两端，矩形波导靠近隔离端的一端加载有金属销钉构成的滤波器，以作为调谐结构调节带内隔离度与输出带宽。
6、进一步的，所述主波导为轴对称结构，其输入/输出段的内径大于、等于或小于耦合段的内径。调节耦合段的内径尺寸可以改变圆波导中高阶模式的截止波数，因此，这样设置可以使耦合段中高阶模式的截止波数与副波导中te10模的截止波数相近，从而使得在任意频点处的主副波导的传播常数也相近，进而减小带内耦合度波动。
7、进一步的，所述金属销钉的数量为三个。
8、进一步的，所述金属销钉的插入深度根据需求调节。
9、进一步的，所述金属销钉的最大调节范围小于或等于副波导的窄边尺寸。
10、进一步的，所述耦合通道由两个半径相同的、非对称分布的耦合孔构成。
11、进一步的，所述金属销钉沿垂直于宽边方向插入至副波导中。
12、本专利技术在波导中加入金属销钉对隔离度进行调节是基于往波导中加入销钉会引起波导中电磁波产生反射的原理实现的。理论上，完全隔离的定向耦合器的隔离端是没有电磁波的，但在实际中总是很难避免有极小一部分电磁波从第一个耦合孔(靠近隔离端的一个)传播到隔离端，也正是这部分电磁波的存在造成传统定向耦合器很难提高隔离度。在波导中加入销钉能够在隔离端引起反射，当由销钉引起的反射波与从第一个耦合孔(靠近隔离端的一个)传输过来的输入波幅度相等而相位相反时，它们会形成一个动态相消的过程，此时就没有电磁波进入到隔离端，从而实现了真正意义上的完全隔离。从本专利技术的仿真结果可见，加入销钉仅对隔离端产生作用而对耦合端没有影响，也从侧面印证了上述反射波与输入波相抵消的解释。此外，由于加工存在误差，所以实际的结果与仿真的结果也会出现偏差，往往导致实际加工的期间性能大打折扣，而这也可以利用金属销钉取克服这个问题。
13、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：
14、1)本专利技术的定向耦合器，通过主波导和副波导正交连接的方式，配合在矩形波导上靠近隔离端位置加载可调销钉，使其能够在兼顾宽带宽、低损耗、高传输效率、高隔离度与耦合曲线低波动度等性能的同时，减小了尺寸，实现了结构紧凑性的增强。
15、2)本专利技术通过在副波导的矩形波导靠近隔离端的一端加载金属销钉，以构成调谐结构的方法，达到了对耦合器的隔离度以及输出带宽调节的效果。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，包括主波导和副波导、以及耦合通道，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述主波导输入/输出段的内径大于、等于或小于耦合段的内径。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销钉的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销钉的插入深度根据需求调节。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销钉的最大调节范围小于或等于副波导的窄边尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述耦合通道由两个半径相同的、且非对称分布的耦合孔构成。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销钉沿垂直于宽边方向插入至副波导中。
【技术特征摘要】
1.一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，包括主波导和副波导、以及耦合通道，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述主波导输入/输出段的内径大于、等于或小于耦合段的内径。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销钉的数量为三个。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波太赫兹高阶模式圆波导超宽带定向耦合器，其特征在于：所述金属销...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱韬，傅文杰，鲁钝，曾清琳，曾凤琼，曾震宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。