E波段和F波段波导H面T型缝隙耦合器

1 引言

波导耦合器是微波毫米波电路系统的常用部件，用来从波导中取出一部分微波功率，以便对微波系统的工作状态进行取样、检测和控制。波导耦合器有定向型和非定向型两种形式。定向型波导耦合器性能优越，应用广泛，常见的有波导宽壁单孔或多孔定向耦合器、短缝定向耦合器和交叉十字缝定向耦合器等。但是，这种耦合器一般结构复杂，体积大，在实际应用中由于要安装法兰盘，往往需要加一段弯波导作为过渡，因此加工和装配起来比较麻烦。而非定向型波导耦合器是一个三端口网络，结构简单，体积小，使用方便。文献对这种T型结构进行了详细的数值分析并给出了相应的等效电路模型。

毫米波段波导尺寸小，对加工精度要求高，耦合器结构不宜过于复杂。考虑实际加工问题，本文对传统的对称形式的耦合槽结构进行了改进，在H平面波导T型结的基础上，采用非对称方式开槽，设计并制作了E波段18dB和F波段13dB的耦合器，已成功应用到相应的毫米波系统中。

2 耦合器结构设计

图1(a)是传统H面波导T型缝隙耦合器的示意图。主波导和耦合波导的尺寸均为a×b，波导壁厚度为T，缝隙位于耦合波导口中心，尺寸为L×W, 并假定缝隙为长槽，即L≥W。这种结构为完全对称结构，实际加工时在波导公共壁中心开缝比较困难，本文采用了将耦合槽缝上移使之紧靠波导宽面的非对称结构，耦合器分为上下结构模块，耦合膜片与下腔体结构设计成一体化的形式，如图1(b)所示。波从主波导端口1输入，通过H面T型结缝隙耦合出一部分，从副波导端口3输出。应用高频电磁仿真软件HFSS，分别建立了E波段和F波段相应的模型，然后进行了仿真分析和设计。考虑实际加工制作条件，首先优选了公共壁厚度T，然后优化耦合槽的长度和宽度，最终获得一组满意的参数。

(a)

(b)

图1 H-T缝隙耦合器示意图 (a) 传统对称H-T缝隙
耦合结构 (b) 非对称H-T缝隙耦合结构