摘要：
在本文中提出了一种用于实现紧凑双极化波束形成网络的新型定向耦合器。此器件的功能为两个用于矩形波导TE01和TE10模式的独立定向耦合器。这两个模式之间并不耦合。可以获得两个模式的不同耦合值。这个耦合器可以两次用于两个正交计划。因此可以获得此完整网络的一个可考虑的尺寸减小和复杂性。对于3dB双模耦合器的实测结果也在此给出
索引词：
耦合器，模式匹配，波导器件。
简介：
对于卫星应用的一个波束形成网络的设计中的尺寸和质量减小是主要目标之一。天线馈电通常使用两个正交极化这是为了频率复用或者减小教程极化的目的。通常，两个不同的波束形成网络被分别用于共极化和交叉极化。定向耦合器是一个波束形成网络的主要器件之一。在本文中给出了一种在两个波导公共壁上使用两组对齐的矩形孔来耦合的新型定向耦合器。边壁孔的使用时在E面和H面上实现定向耦合器的常用方法。这个新器件同时实现对于TE01模式的H面耦合器和TE10模式的E面耦合器。结构的对称性避免了两个模式之间的任何耦合。可以获得两个模式耦合的不同值。因此，使用相同的结构可以实现两个模式耦合的不同值。此器件可以用于设计紧凑的双模波束形成网络。
理论：
所提出的结构如图1所示。两个矩形波导由两排对称对齐放置在公共壁的矩形孔耦合。孔的长度比宽度宽。口也可被视为沿着传输方向的槽。一个垂直纵向对称面把槽分为平行两排。
考虑到对称中的一个就能简单解释耦合器是怎么工作的。在图2(a)和(b)中，展示了器件耦合部分的一半。当我们用TE01模式激励此结构时，对称面可以被视为电平面[图2(a)]并且使用窄壁槽的一半结构工作为H面耦合器。在这种情况下从中心面到槽的距离变化(c/2)对于耦合的影响很小因为TE01模式的场在水平面上连续。耦合值主要取决于槽宽(d)和槽长。波导高度(b)的变化调整TE01模式的传播常数，因此获得了电长度和纵向距离的变化。波导高度是控制使用混合槽长度和纵向距离的耦合器的工作频带位置的关键参数。请注意TE01模式的传播常数不由波段宽度(a)决定。
相对地，当我们用TE01模式激励此结构时，对称面可以被视为磁平面[图2(b)]。在这种情况下使用公共壁的两个耦合槽用于每个耦合部分工作为H面耦合器。在这种情况下从中心面到槽的距离变化(c/2)对于耦合的影响很小因为TE01模式的场在水平面上连续。在这种情况下。参数c对于耦合值影响较大，因为基模的场幅度水平变化。
通过移动相对中心面对称的槽可以调整耦合值。因此，距离(c)是用于控制耦合器的两个基模的耦合比的最重要参数。在此情况下TE01模式的传播常数依赖于波导宽度(a)，不依赖波导高度(b)。波导宽度对于工作频带的位置有很大影响。注意到整个结构相对于中心面的对称性保证了TE01和TE10模式互不耦合。基础的想法可以帮助我们理解所提出的参数可以有足够的参数用相同结构获得两个独立的耦合器。发展了一种用于器件全波仿真的模式匹配代码。分析程序和优化代码共同使用获得了一个用于此耦合器设计的软件。优化的起始点通过分别使用E面和H面上的两个耦合器的偶模和奇模的一个等效电路获得。这个电路由一系列(a cascade of)并联的电感器(inductances)组成，它们之间通过波导的长度分隔开来。
实测结果：
一个有着5个耦合部分(10个孔)的耦合器由Alenia Spazio实现。耦合器被设计在11.5-12.5GHz频带，对于TE01模和TE10模实现3dB耦合。毫米波的耦合器的尺寸如图5所示。H面耦合器(TE01模式)的实测散射参数如图3所示；E面耦合器(TE10模式)的实测散射参数如图4所示。实测结果证明结构中两个模式并不互耦。
结论
提出了一种新型的双模定向耦合器。证明了在相同结构中实现矩形波导的TE10和TE01模式的两个独立耦合器是可能的。理论被实测结果证实了。此结构被提出来实现非常紧凑的双极化波束形成网络。
