單孔波導定向耦合器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種耦合器。具體地說，是涉及一種橫向尺寸變化的脊結構寬帶單孔波導定向耦合器。
【背景技術】
[0002]定向耦合器是現代微波通信和軍事電子系統中的一種通用元件。波導定向耦合器由于其功率容量高、插入損耗低等特點，應用十分廣泛。十字交叉波導定向耦合器結構緊湊、插入損耗小但耦合度低、相對帶寬小而且方向性有限。多孔波導定向耦合器雖然可以實現波導全帶寬和高方向性，但是所需耦合孔的數目很大(比如20個以上)，導致耦合器的長度比較大。隨著工作頻率的升高，特別是在高頻段毫米波和太赫茲頻段，多孔定向耦合器存在以下幾個問題:1)插入損耗急劇上升。2)耦合孔很小，對加工精度要求也很高，加工成本很高。3)加工誤差和裝配誤差的影響增大，導致多孔波導定向耦合器的性能的急劇下降。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種結構緊湊、寬帶，容易加工、加工精度和裝配精度容易保障的單孔波導定向耦合器。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0005]單孔波導定向耦合器，包括耦合腔和4個支路，支路A上設置有端口 A，支路B上設置有端口 B，支路C上設置有端口 C，支路D上設置有端口 D。耦合腔由沿線段XY依次排列并相互連通的至少兩個耦合段構成。其中X點和Y點位于耦合腔內，而且線段XY為水平線段。每條支路與耦合腔之間直接連通或通過一級或多級匹配段連通。端口A和端口B位于平面Z的左側，端口 C和端口 D位于平面Z的右側。其中平面Z為過水平線段XY的垂直平面。端口 A和端口 D位于水平線段XY的X點附近。端口 B和端口 C位于水平線段XY的Y點附近。
[0006]在高頻段毫米波，特別是太赫茲頻段，該單孔波導定向耦合器的尺寸非常小。為了便于通過放置適當大小的安裝螺釘使底座的上表面和和蓋板的下表面重合以防止電磁泄漏，我們讓該單孔波導定向耦合器的四個端口中心之間的間距隨著四個支路從所述耦合腔向外延伸而迅速增大:所述端口 A、端口 B、端口 C和D的法線方向與過X點和Y點的矢量XY或矢量YX之間的夾角大于30度，小于60度。較佳的設計，四個端口的法線與過X點和Y點的矢量XY或矢量YX之間的夾角都等于45度。也就是說，四個端口中心的法線方向位于水平面內，分別從某個矩形體中心點向外，分別垂直于該矩形體的四個側面。
[0007]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第一個步驟，所述耦合段中至少有2個耦合段的下表面或/和上表面設置有至少共4個金屬體；所述金屬體只在對應的耦合段的下表面或/和上表面與該耦合段相連；所有所述金屬體的數目為2N個，N為大于2或等于2的正整數，所有所述金屬體并被分為兩列；每列N個金屬體設置于N個耦合段中；兩列金屬體分別設置于平面Z的左右兩側；至少有2個屬于同一列的金屬體中的一個金屬體的幾何中心與另一個金屬體的幾何中心之間的連線在該單孔波導定向耦合器寬度方向的投影長度為D，D>所有金屬體的寬度的最大值的5%。舉例說明，金屬體Ml和金屬體NI屬于同一列的2個金屬體，金屬體Ml寬度的最大值為Ml，金屬體NI為寬度的最大值為NI，Ml大于NI，則D大于Ml的5%，即所有金屬體的寬度的最大值的測算方法是:將單個金屬體的最大寬度求出，比較所有金屬體的最大寬度，取數值最大的金屬體的最大寬度作為所有金屬體的寬度的最大值。
[0008]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第二個步驟，至少一個匹配段的下表面或/和上表面上設置有一個金屬柱；該金屬柱在對應的匹配段的下表面或/和上表面與該匹配段相連；位于平面Z左側的金屬柱和位于平面Z左側的金屬體沿XY方向依次排布連接，位于平面Z右側的金屬柱和位于平面Z右側的金屬體沿XY方向依次排布連接，使得相鄰的金屬體與金屬體之間、相鄰的金屬柱與金屬柱之間、相鄰的金屬體和金屬柱之間沿XY方向都沒有縫隙。
[0009]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第三個步驟，所述耦合段中至少有一個耦合段的下表面或/和上表面設置有至少2個金屬體。所述金屬體只在對應的耦合段的下表面或/和上表面與該耦合段相連。所有所述金屬體中，至少有一個金屬體的最大高度比另一個金屬體的最大高度大10%。
[0010]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第四個步驟，所有所述金屬體中，至少有一個金屬體的最大寬度比另一個金屬體的最大寬度大10%。
[0011]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第五個步驟，構成所述耦合腔的所有耦合段中至少有一個耦合段的最大高度比另一個耦合段的最大高度大10%。
[0012]擴展單孔波導定向耦合器的相對帶寬的第六個步驟，構成所述耦合腔的所有耦合段中至少有一個耦合段的最大寬度比另一個耦合段的最大寬度大10%。
[0013]為了大大降低該單孔波導定向耦合器的加工難度，克服被加工件在加工過程中被翻轉導致加工誤差，本實用新型將單孔波導定向耦合器分為底座和蓋板兩部分。我們讓所述單孔波導定向耦合器為單連通結構。即該空腔結構內部的任何封閉曲線都可以在該空腔結構內連續收斂到一個點。該單孔波導定向耦合器單連通結構包括所有耦合段和支路A、支路B、支路C和支路D之和減去所有的金屬柱和金屬體后得到的空腔結構。這種安排，使得該單孔波導定向耦合器的所有微波結構都被安排在底座內并可以從底座上方通過銑刀一次性加工完成，無需翻動被加工件。
[0014]同時，為了避免不同部分之間裝配時的對位誤差導致器件性能的下降，本實用新型讓所述單孔波導定向耦合器的所有部分構成的空腔結構的上表面都齊平并全部安排在底座上。這種安排，蓋板的底面為平面。蓋板與底座之間的對位誤差對器件性能的影響被大大降低。該單孔波導定向耦合器空腔結構包括所有耦合段和支路A、支路B、支路C和支路D之和減去所有的金屬柱和金屬體后得到的空腔結構。
[0015]根據所述單孔波導定向耦合器的工作，我們讓所述端口 A為輸入端，端口 B為輸出端，端口 C為親合端，端口 D為隔離端。端口 A、端口 B、端口 C、端口 D為矩形波導或脊波導。該單孔波導定向耦合器的相對工作帶寬大于30%，可以達到41%，也就是標準矩形波導的全帶寬。
[0016]本實用新型的最大特點是采用深度或高度不同、寬度不同的耦合段、匹配段、金屬柱和金屬體，利用橫向錯位的金屬柱，利用金屬柱和金屬體沿XY方向的無縫連接，實現高頻毫米波，特別是太赫茲波導定向耦合器的微波結構的無翻轉一次性加工，并最大限度地降低器件裝配對位誤差對性能的影響。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型(去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0018]圖2為實施實例2 (去除蓋板后)的俯視示意圖。
[0019]附圖中標號對應名稱:1-端口 A，2-端口 B，3-端口 C，4_端口 D，5_耦合段，6-金屬體，7-匹配段，8-金屬柱。
[0020]本說明書中部分名詞規定如下:
[0021 ] 水平面，也就是本文中的紙面。水平方向，也就是位于水平面內的方向。垂直方向，也就是與水平面垂直的方向。
[0022]高度:指所述結構在垂直方向上的尺寸。
[0023]任意三維結構的最大高度，指位于該三維結構內同時又位于某一垂直直線上的任意兩點之間距離的最大值。垂直直線指垂直于水平面的直線。
[0024]寬度方向，指所述結構在水平面內并與XY垂直的方向。
[0025]寬度，指所述結構在水平面內并與XY垂直的方向上的尺寸。
[0026]任意三維結構的最大寬度，指位于該三維結構內同時又位于某一與平面Z垂直的直線上的任意兩點之間距離的最大值。其中平面Z為過水平線段XY的垂直平面。
【具體實施方式】
[0027]實施實例I
[0028]單孔波導定向耦合器，如圖1所示，包括耦合腔和4個支路，支路A上設置有端口Al，支路B上設置有端口 B2，支路C上設置有端口 C3，支路D上設置有端口 D4。耦合腔由沿線段XY依次排列并相互連通的至少兩個耦合段5構成。其中X點和Y點位于耦合腔內，而且線段XY為水平線段。每條支路與耦合腔之間直接連通或通過一級或多級匹配段7連通。端口 Al和端口 B2位于平面Z的左側，端口 C3和端口 D4位于平面Z的右側。其中平面Z為過水平線段XY的垂直平面。端口 Al和端口 D4位于水平線段XY的X點附近。端口 B2和端口 C3位于水平線段XY的Y點附近。
[0029]所述耦合段5中至少有一個耦合段5的下表面或/和上表面設置有至少2個金屬體6。所述金屬體6只在對應的親合段5的下表面或/和上表面與該親合段5相連。所有所述金屬體6中，至少有一個金屬體6的最大高度比另一個金屬體6的最大高度大10%。
[0030]所有所述金屬體6中，至少有一個金屬體6的最大寬度比另一個金屬體6的最大寬度大10%。
[0031]所述耦合段5中至少有2個耦合段5的下表面或/和上表面設置有至少共4個金屬體6 ;所述金屬體6只在對應的親合段5的下表面或/和上表面與該親合段5相連；所有所述金屬體6的數目為2N個，N為大于2或等