本發(fā)明屬于微波通信技術領域，具體涉及一種E面波導定向耦合器及應用該耦合器的十六路波導功分器。

背景技術：

功率分配器是現代通信中廣泛應用的天饋器件，傳統的功率分配器有威爾金森、E-面波導型、H-面波導型等。威爾金森功分器剖面較低，具有小型化的優(yōu)勢，但是微帶傳輸線的功率容量較低以及介質損耗較大，限制了其在大功率要求場合的應用。波導功分器則以其低損耗、高功率容量和較寬的傳輸帶寬等優(yōu)良特性備受青睞，廣泛應用于雷達、衛(wèi)星等大功率系統中。在波導功分器中：H-面功分器又因采用波導寬邊進行分配，橫向尺寸較大，因此有不易小型化的缺陷。E-面功分器采用波導窄邊功率分配，兼具功率容量和小型化的優(yōu)點，更符合目前的設備小型化和緊湊化的需求。然而，傳統的E-面功分器存在著帶寬較窄、幅度起伏較大、各端口的相位一致性較差的問題，這在應用至大功分比的功分器時，幅度起伏過大的問題尤為突出。是否能尋求一種兼具高寬帶、大功分比、幅度起伏小且相位一致性好的波導E面功分器，從而有效的提升十六路功分器的幅度一致性和相位一致性，并同步解決大功分比功分器幅度起伏較大的問題和實現寬帶化的設計需求，為本領域技術人員近年來所亟待解決的技術難題。

技術實現要素：

本發(fā)明的其中一個目的為克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理而實用的帶有寬帶補相特性的E面波導定向耦合器，從而確保大功分比功分器各輸出端口的低幅度波動性；同時，本發(fā)明還提供了一種應用于上述E面波導定向耦合器的十六路波導E面功分器，其兼具高寬帶、大功分比、幅度起伏小且相位一致性好的優(yōu)點，可有效的提升十六路功分器的幅度一致性和相位一致性，并同步解決大功分比功分器幅度起伏較大的問題和實現寬帶化的設計需求。

為實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

一種E面波導定向耦合器，其特征在于：本耦合器包括彼此平行的第一矩形波導和第二矩形波導，第一矩形波導和第二矩形波導的耦合面處設置耦合縫隙并以彼此平行的用于形成上述耦合縫隙的三道分支線形成兩波導間的E面耦合構造；第一矩形波導兩端分別設置輸入端口和直通端口，第二矩形波導兩端分別設置隔離端口和耦合端口，且輸入端口與隔離端口彼此同端；第二矩形波導上的耦合端口和與該耦合端口最相近的分支線之間的波導段處設置用于實現寬帶補相功能的階梯段，所述階梯段由第二矩形波導上的相對耦合面的兩側板面呈階梯狀分布構成；階梯段包括兩組三段式階梯結構，且該兩段三段式階梯結構的窄端彼此連接。

一種應用如權利要求1所述的E面波導定向耦合器的十六路波導功分器，其特征在于：本波導功分器包括一組不對稱布置的第一波導E面功分器和一組對稱布置的第二波導E面功分器；所述第一波導E面功分器為由不同功分比的E-T分支波導組合構成的四級功分網絡，第二波導E面功分器為三級功分網絡且均由不同功分比的E-T分支波導組合構成；第一波導E面功分器的最末一級E-T分支波導與前三級功分網絡之間設置第一E面波導定向耦合器，兩組波導E面功分器之間設置第二E面波導定向耦合器；第一E面波導定向耦合器的耦合端口連接第一波導E面功分器的前三級功分網絡的輸入端，而直通端口連接第一波導E面功分器的最末一級E-T分支波導的輸入端；第二E面波導定向耦合器的耦合端口連接第一E面波導定向耦合器的輸入端口，而直通端口連接第二波導E面功分器處的三級功分網絡的輸入端。

每個E-T分支波導處均設置有一對矩形凹口，矩形凹口分布于每個E-T分支波導上的分支臂與兩條端臂的直角結合處，且該矩形凹口由兩端臂的相應面鉛垂凹設形成。

所述第一E面波導定向耦合器的耦合度為3.38dB；第二E面波導定向耦合器的耦合度為8.18dB。

各E-T分支波導上的L形拐角處均設置外倒角狀的切角。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明采用新型的帶有寬帶補相特性的E面波導定向耦合器，使用時，通過調節(jié)三道彼此平行的分支線的寬度，該寬度方向平行第一矩形波導長度方向，即可實現不同的耦合度調節(jié)功能。通過調節(jié)具有寬帶補相特性的階梯段處的波導寬邊，也即階梯段處階梯的寬度大小和長度大小，即可確保耦合器直通端和耦合端的相位一致性。本耦合器結構簡單而緊湊度高、易于加工、頻帶寬、損耗低、功率分配一致性好，使得整個網絡大功分比處的設計性能得到了更好的保證，并有效的降低了幅度的起伏，同時也能有效的保證各端口相位的一致性。在上述耦合器的基礎上，本發(fā)明還設計了應用該耦合器的新型十六路波導E面功分器，以求簡單而高效的實現整個網絡在大功分比下的平穩(wěn)幅度工作目的。整個一分十六的波導功分器一方面采用E-T分支波導作為基礎框架，使得整個網絡的不同功分比實現起來較為簡單；另一方面，通過采用基于泰勒分布的拓撲結構，使得不同的幅度加權方式得到了很好的實現；其輸入端口VSWR較低，各輸出端口幅度起伏較小，相位誤差在±2°以內，可達到很好的一致性要求，整個功分網絡可普遍適用于大功率的雷達、衛(wèi)星等系統中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結構示意圖；

圖2是圖1左側處也即第一波導E面功分器的結構示意圖；

圖3是圖1右側處也即第二波導E面功分器的結構示意圖；

圖4是E-T分支波導的結構示意圖；

圖5是E面波導定向耦合器的結構示意圖；

圖6是本發(fā)明的階梯段的結構示意圖；

圖7是本發(fā)明的幅度分布網絡拓撲結構圖；

圖8是本發(fā)明的VSWR測試圖；

圖9是本發(fā)明的各端口幅度曲線測試圖；

圖10是本發(fā)明的各端口相位曲線測試圖。

附圖中各標號與本發(fā)明的各部件名稱對應關系如下：

10a-第一E面波導定向耦合器 10b-第二E面波導定向耦合器

11-第一矩形波導 12-第二矩形波導 13-分支線 14-階梯段

21-矩形凹口 22-切角

30-第一波導 E面功分器 40-第二波導 E面功分器

具體實施方式

為便于理解，此處結合附圖對本發(fā)明的具體實施結構及工作流程作以下描述：

本發(fā)明的具體結構，如圖1所示，此功分器主要由三個部分組成：位于圖1左側部分為一分八的第一波導E面功分器30、位于圖1右側部分為一分八的第二波導E面功分器40以及兩個具備寬帶補相特性的E面波導定向耦合器。

本發(fā)明的十六路波導功分器的具體組成和連接結構為：

第一波導E面功分器30，如圖1-2所示，由六個不同功分比的E-T分支波導和一個具有寬帶補相特性的第一E面波導定向耦合器10a組成。整個拓撲網絡共有四級，前三級的五個E-T分支波導彼此形成不對稱功分網絡結構，而最末一級的E-T分支波導的輸入端與前三級的功分網絡的輸入端間以第一E面波導定向耦合器10a連接。第一E面波導定向耦合器10a的耦合度為3.38dB。

第二波導E面功分器40如圖1和圖3所示，由七個不同功分比的E-T分支波導組成，拓撲網絡共有三級且形成對稱結構。

第二E面波導定向耦合器10b用于連接第一波導E面功分器30和第二波導E面功分器40，其耦合度為8.18dB。

具有寬帶補相特性的E面波導定向耦合器，則如圖5和圖6所示，其中：C1為該耦合器的輸入端口，C2為直通端口，C3為耦合端口，C4為隔離端口。使用時，通過連接第一矩形波導11和第二矩形波導12的耦合面的三道分支線13的寬度，可實現不同的耦合度調節(jié)。而用于實現寬帶補相的階梯段14的平面結構如圖5所示，因為直通端口C2和耦合端口C3之間存在90°的相位差，所以采取改變波導寬邊a的寬度使其階梯過渡到a2、a1的寬度，并通過同步的調節(jié)相應段的長度L和△L來實現相位補償，最終可確保直通端口C2和耦合端口C3的相位一致性。經實際實驗優(yōu)化后，可選取各值如下：a1＝19.86mm，a2＝20.86mm，L＝8mm，△L＝15mm。

對于組成上述各功分器的子單元的E-T分支波導，如圖4所示，當能量從分支臂的輸入端口輸入時，通過調節(jié)矩形凹口21的寬度和高度，使得位于兩端臂處的兩輸出端口輸出不同的能量，即可實現功分網絡的幅度分布調節(jié)。

十六路波導E面功分器的幅度加權分布可如圖7所示，通過該幅度的加權分布，可以使與其配套的天線實現-30dB的副瓣設計，實現低副瓣的設計要求。

采用上述幅度加權分布及結構尺寸來制作測試件，對測試件的輸入口s0的電壓駐波比進行測試，測試結果如圖8所示：從圖8中可以看出在9.0～9.6GHz頻段范圍內，該功分器的駐波＜1.43，實現了較好的阻抗匹配特性。再對測試件的各輸出端口s1-s16在其工作頻段9.0～9.6GHz內的幅度和相位進行測試，測試結果分別如圖9和圖10所示：從圖9可以看出，各輸出端口(s1-s16)的幅度波動＜±0.3dB，實現了較好的幅度分布設計；從圖10可以看出，各輸出端口(s1-s16)的相位誤差＜±2°，顯然也實現了良好的相位一致性需求。