小型化大功率波导定向耦合器的研究与设计

　　定向耦合器是测量微波功率的重要器件。当测量大功率微波时，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。但是过小的耦合孔会降低定向耦合器的峰值功率。针对弱耦合与大功率的矛盾可以采用多级耦合方式解决。但是多级定向耦合器通常体积庞大，不方便搬运。为了解决以上问题，本文需设计一种大功率，小型化，弱耦合的矩形波导定向耦合器。本文主要研究内容如下：

　　1.矩形波导定向耦合器是通过公共壁上的小孔或缝隙进行功率耦合的，所以详细研究了小孔耦合理论，推导了小孔耦合公式。为了增加整体的峰值功率，本设计采用二级耦合方式，明确每一级定向耦合器需要达到的指标：整体的耦合度由第一级和第二级共同承担，整体的方向性由第一级承担。

　　2.研究第一级定向耦合器设计方案，第一级定向耦合器采用多孔波导转波导的耦合方式。分别详细地推导了圆孔和椭圆孔的耦合计算公式，并在CST软件中建立模型。如果两种耦合结构想要达到相同的指标，需要椭圆孔的数目更少。为了实现小型化的目的，最终选择耦合度为-25dB波导转波导双排6椭圆孔为第一级定向耦合器。

　　3.研究第二级定向耦合器设计方案，第二级定向耦合器采用单缝隙波导转带状线的耦合方式。分别介绍了菱形长缝隙和窄槽缝隙的耦合结构，并在CST软件中建立模型得到相应的仿真结果。考虑到承载大功率，加工方便以及小型化等因素，最终选择了耦合度为-25dB的窄槽缝波导转带状线为第二级定向耦合器，其中标准的N型同轴接头垂直插入第二级定向耦合器的副线。第二级定向耦合器实测结果满足技术指标。

　　4.考虑到生产厂商的限制要求，最终设计耦合度为-49.4—-50.5dB，方向性小于-25dB的新型二级定向耦合器。理论峰值功率大于3.5MW。新型二级定向耦合器实测结果满足各项技术指标。