基于模式合成的交叉耦合器及构建方法、阻抗匹配结构转让专利
申请号 : CN202011363981.8
文献号 : CN112510337B
文献日 : 2022-02-01
发明人 : 程潇鹤 , 姚远 , 刘志研 , 俞俊生 , 陈晓东 , 孙义兴 , 侯树海 , 徐姗
申请人 : 江苏亨通太赫兹技术有限公司 , 北京亨邮太赫兹通信技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于模式合成的交叉耦合器,其特征在于:包括本体,所述交叉耦合器本体包括两个隔板极化器,两个隔板极化器对称级联形成本体;
所述本体包括方波导区域、第一端口、第二端口、第三端口和第四端口,所述本体的一端设有第一端口和第二端口,所述本体的另一端设有第三端口和第四端口,所述本体的中部设有方波导区域;
隔板极化器包括两个矩形波导端口和方波导输出端口,两个隔板极化器的方波导输出端口级联构成本体的方波导区域,其中一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体的第一端口和第二端口,另一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体的第四端口和第三端口。
2.如权利要求1所述的基于模式合成的交叉耦合器,其特征在于:隔板极化器包括矩形波导和阶梯状隔板,所述矩形波导内插设有阶梯状隔板。
3.一种如权利要求1或2所述的基于模式合成的交叉耦合器的构建方法,其特征在于:包括隔板极化器在偶模激励模式下和奇模激励模式下叠加构建本体。
4.如权利要求3所述的基于模式合成的交叉耦合器的构建方法,其特征在于:在所述偶模激励模式下,当隔板极化器的两个矩形波导端口输入等幅同相的激励时,在方波导输出端口输出TE10模式的电磁波;在所述奇模激励模式下,当隔板极化器的方波导输出端口输入等幅反相的激励时,两个矩形波导里的电流在阶梯状隔板处发生耦合,在方波导输出端口输出TE01模式的电磁波。
5.如权利要求4所述的基于模式合成的交叉耦合器的构建方法,其特征在于:在仅激励隔板极化器的一个端口时,在方波导输出端口叠加输出有TE10模式和TE01模式的电磁波,TE10模式的电磁波和TE01模式的电磁波由于阶梯状隔板的作用产生了90°相位差。
6.如权利要求4所述的基于模式合成的交叉耦合器的构建方法,其特征在于:当方波导区域传输的是左旋极化波时,输入和输出分别为本体的第一端口和第四端口;当方波导区域传输的是右旋极化波时,输入和输出分别为本体的第二端口和第三端口。
7.一种阻抗匹配结构,其特征在于:包括如权利要求1或2所述的基于模式合成的交叉耦合器。
8.如权利要求7所述的阻抗匹配结构,其特征在于:还包括:波导端口,用于输入或输出信号;
波导转换匹配段,所述波导转换匹配段分别耦合波导端口和交叉耦合器,用于对从波导端口输入的信号进行波导转换匹配后馈入交叉耦合器,或用于对从交叉耦合器馈出的信号进行波导转换匹配后输入波导端口。
说明书 :
基于模式合成的交叉耦合器及构建方法、阻抗匹配结构
技术领域
背景技术
短,带宽较宽的特点,可有效解决6GHz以下微波无线通信中频谱紧张的问题,实现超高速率
无线通信。但毫米波大气传输损耗较高,在毫米波通信系统中通常需要天线具备高增益特
性以补偿链路损耗。然而,天线增益的提高无可避免的带来了窄波束问题,单一波束所能覆
盖的范围因而减小。为了提升波束覆盖范围,多波束成为未来毫米波特性系统必不可少的
技术。
口隔离度是衡量该器件性能的关键指标。传统的基于矩形波导设计的交叉耦合器存在带宽
窄以及结构复杂加工难度大的缺点。例如传统的基于矩形波导设计的交叉耦合器一般在交
叉耦合器的中心填充介电材料或者插入金属通孔得到。前者通过选择不同的介电材料以及
不同的填充形状来实现交叉耦合器,然而这种方式对介电材料的介电常数和形状要求较
高,结构相对复杂。后者则对金属通孔的尺寸要求较高,对加工工艺精度有着严格的要求。
并且两种结构所得到的交叉耦合器工作带宽都较窄,所以传统的基于矩形波导的交叉耦合
器在毫米波频段应用存在一定难度。因此设计一款宽带宽、结构简单的交叉耦合器十分有
必要。
发明内容
两个隔板极化器,两个隔板极化器对称级联形成本体。
第四端口,所述本体的中部设有方波导区域。
形波导端口构成本体的第一端口和第二端口,另一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成
本体的第四端口和第三端口。
下,当隔板极化器的方波导输出端口输入等幅反相的激励时,两个矩形波导里的电流在阶
梯状隔板处发生耦合,在方波导输出端口输出TE01模式的电磁波。
隔板的作用产生了90°相位差。
的第二端口和第三端口。
的信号进行波导转换匹配后输入波导端口。
模式下叠加得到交叉耦合器,该交叉耦合器不仅具有宽频带、低插入损耗和高隔离度的优
点,而且结构简单紧凑,易于加工,使得基于矩形波导设计的交叉耦合器在毫米波段可以广
泛应用,能够满足全性能试验和交叉耦合器基本测试性能。
附图说明
端口;33、第三波导端口;34、第四波导端口;4、波导转换匹配段;41、阻抗匹配部;42、弯波
导。
具体实施方式
在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
化器通过在矩形波导中插入阶梯状隔板得到,与传统的交叉耦合器相比,本发明交叉耦合
器由两个隔板极化器对称级联而成,具有结构简单、紧凑以及易于加工的优势。
端口13和第四端口14,本体1的中部设有方波导区域15。具体的,请继续参照图2所示,隔板
极化器包括两个矩形波导端口和方波导输出端口23,两个隔板极化器的方波导输出端口23
级联构成本体1的方波导区域15,其中一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体1的第
一端口11和第二端口12,另一个隔板极化器的两个矩形波导端口构成本体1的第四端口14
和第三端口13。假设隔板极化器的两个矩形波导端口分别为端口A21和端口B22,那么两个
隔板极化器在对称级联后,其中一个隔板极化器的端口A21和端口B22对应本体1的第一端
口11和第二端口12,另一个隔板极化器的端口A21和端口B22对应本体1的第四端口14和第
三端口13。
矩形波导端口分别为端口A21和端口B22)。
于偶模激励模式下端口A21和端口B22激励的相位和幅度关系如图4所示,由HFSS绘出的偶
模激励模式下的电场分布如图5所示。
口23输出TE01模式的电磁波,关于奇模激励模式下端口A21和端口B22激励的相位和幅度关
系如图6所示,由HFSS绘出的偶模激励模式下的电场分布如图7所示。
波,关于激励从端口A21输入时隔板极化器在方波导区域15的电场分布如图8所示。
布如图10所示。即当x方向电场模值取最大时,对应的y方向电场取最小,满足圆极化的条
件。
的电场分布如图11所示。
当方波导区域15传输的是右旋极化波时,输入和输出分别为本体1的第二端口12和第三端
口13。
在‑20dB以下,第一端口11和第二端口12、第三端口13之间的隔离度在‑20dB以下,插入损耗
小于0.4dB。与传统的交叉耦合器结构相比较而言,本发明交叉耦合器不仅具有宽频带、低
插入损耗和高隔离度的优点,而且结构简单紧凑,易于加工,使得基于矩形波导设计的交叉
耦合器在毫米波段可以广泛应用,能够满足全性能试验和交叉耦合器基本测试性能。
实施例1的交叉耦合器,波导端口用于输入或输出信号;波导转换匹配段4分别耦合波导端
口和交叉耦合器,用于对从波导端口输入的信号进行波导转换匹配后馈入交叉耦合器,或
用于对从交叉耦合器馈出的信号进行波导转换匹配后输入波导端口。参照图14所示,其中
波导转换匹配段4包括耦合的阻抗匹配部41和弯波导42,优选的,阻抗匹配部41优选WR‑10
阻抗匹配部41,WR‑10阻抗匹配部41耦合波导端口,弯波导42优选90°弯波导42,90°弯波导
42耦合交叉耦合器。
为第一波导端口31、第二波导端口32、第三波导端口33和第四波导端口34。
1),在交叉耦合器的方波导区域15(图1)产生左旋圆极化波,左旋圆极化波在对称的隔板极
化器(图2)的作用下,由圆极化波转化为线极化波,从交叉耦合器的第四端口14(图1)输出,
再通过波导转换匹配段4(图14)从第四波导端口34(图13)输出。
端口为标准矩形波导端口),之后需要经过WR‑10阻抗匹配部41和90°弯波导42后,馈入交叉
耦合器的第一端口11(图1)。
隔板极化器的作用下,由圆极化波转化为TE10模式的线极化波并传输至隔板极化器的端口
A21(图2),对应到交叉耦合器为第四端口14(图1),然后经过波导转换匹配段4输出至第四
波导端口34(该端口为标准矩形波导端口)。
(图1),在交叉耦合器的方波导区域15(图1)产生右旋圆极化波,右旋圆极化波在对称的隔
板极化器(图2)的作用下,由圆极化波转化为线极化波,从交叉耦合器的第三端口13(图1)
输出,再通过波导转换匹配段4(图14)从第三波导端口33(图13)输出。
口为标准矩形波导端口),之后需要经过WR‑10阻抗匹配部41和90°弯波导42后,馈入交叉耦
合器的第二端口12(图1)。
隔板极化器的作用下,由圆极化波转化为TE10模式线极化波并传输至隔板极化器的端口
B22(图2),对应到交叉耦合器为第三端口13(图1),然后经过波导转换匹配段4输出至第三
波导端口33(该端口为标准矩形波导端口)。
的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。