小型化大功率波導定向耦合器的研究與設計

　　定向耦合器是測量微波功率的重要器件。當測量大功率微波時，需要使用大功率弱耦合定向耦合器。通常耦合度越弱，耦合孔的尺寸越小。但是過小的耦合孔會降低定向耦合器的峰值功率。針對弱耦合與大功率的矛盾可以采用多級耦合方式解決。但是多級定向耦合器通常體積龐大，不方便搬運。為了解決以上問題，本文需設計一種大功率，小型化，弱耦合的矩形波導定向耦合器。本文主要研究內容如下：

　　1.矩形波導定向耦合器是通過公共壁上的小孔或縫隙進行功率耦合的，所以詳細研究了小孔耦合理論，推導了小孔耦合公式。為了增加整體的峰值功率，本設計采用二級耦合方式，明確每一級定向耦合器需要達到的指標：整體的耦合度由第一級和第二級共同承擔，整體的方向性由第一級承擔。

　　2.研究第一級定向耦合器設計方案，第一級定向耦合器采用多孔波導轉波導的耦合方式。分別詳細地推導了圓孔和橢圓孔的耦合計算公式，并在CST軟件中建立模型。如果兩種耦合結構想要達到相同的指標，需要橢圓孔的數(shù)目更少。為了實現(xiàn)小型化的目的，最終選擇耦合度為-25dB波導轉波導雙排6橢圓孔為第一級定向耦合器。

　　3.研究第二級定向耦合器設計方案，第二級定向耦合器采用單縫隙波導轉帶狀線的耦合方式。分別介紹了菱形長縫隙和窄槽縫隙的耦合結構，并在CST軟件中建立模型得到相應的仿真結果?？紤]到承載大功率，加工方便以及小型化等因素，最終選擇了耦合度為-25dB的窄槽縫波導轉帶狀線為第二級定向耦合器，其中標準的N型同軸接頭垂直插入第二級定向耦合器的副線。第二級定向耦合器實測結果滿足技術指標。

　　4.考慮到生產廠商的限制要求，最終設計耦合度為-49.4—-50.5dB，方向性小于-25dB的新型二級定向耦合器。理論峰值功率大于3.5MW。新型二級定向耦合器實測結果滿足各項技術指標。