阅读说明：本技术 基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器 (Flexible power division ratio dual-band branch line millimeter wave coupler based on ridge gap waveguide ) 是由 吴永乐 黄宏毅 王卫民 冯文杰 施永荣 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供了基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器,其中,上述耦合器包括：壳体、第一平面金属板、第二平面金属板、内部分支线耦合器、四个两段式阻抗变换器和多个金属销钉,内部分支线耦合器包括：两个特性阻抗相同的第一金属脊和两个特性阻抗相同的第二金属脊,两段式阻抗变换器包括：一个第三金属脊和一个第四金属脊,第一平面金属板和第二平面金属板平行且位于壳体内,内部分支线耦合器、两段式阻抗变换器与金属销钉位于第一平面金属板朝向第二平面金属板的板面。本发明实施例提供的耦合器中的介质为空气,降低了高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗。(The embodiment of the invention provides a ridge gap waveguide-based millimeter wave coupler with a flexible power division ratio and dual-band branch lines, wherein the coupler comprises: casing, first plane metal sheet, second plane metal sheet, interior part branch line coupler, four two segmentation impedance transformer and a plurality of metal pins, interior part branch line coupler includes: two first metal ridges with the same characteristic impedance and two second metal ridges with the same characteristic impedance, the two-stage impedance transformer comprises: the first plane metal plate and the second plane metal plate are parallel and are positioned in the shell, and the internal branch line coupler, the two-section impedance transformer and the metal pin are positioned on the surface, facing the second plane metal plate, of the first plane metal plate. The medium in the coupler provided by the embodiment of the invention is air, so that the transmission loss of a high-frequency signal in the transmission process in the coupler is reduced.)

基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是涉及基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器。

背景技术

耦合器是一种具有输入端口、输出端口等端口的四端口器件，能够将从输入端口中输入的信号按比例进行功率分配，并将功率分配之后得到的信号从输出端口输出。耦合器的输入端口与输出端口之间存在信号传输路径，且耦合器内填充有信号传输介质。信号从输入端口输入耦合器后，沿上述信号传输路径、在耦合器内填充的介质中被传输至输出端口。

基于上述情况，现有技术中，耦合器中一般包括传输路径、金属地以及在传输路径与金属地之间填充的介质。其中，上述传输路径由微带线组成，上述介质为固体介质，上述金属地为金属片。虽然现有技术中的上述耦合器能够实现信号处理，但是固体介质的介电常数一般较大，这样会导致高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器，以降低高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器，所述耦合器包括：壳体、第一平面金属板、第二平面金属板、内部分支线耦合器、四个两段式阻抗变换器和多个金属销钉；

所述内部分支线耦合器包括：两个特性阻抗相同的第一金属脊和两个特性阻抗相同的第二金属脊，第一金属脊与第二金属脊的特性阻抗不同；两个第一金属脊平行设置，两个第二金属脊平行设置，且每一第一金属脊两端分别与一个第二金属脊的一端连接；

各个两段式阻抗变换器分别用于与输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口连接；所述两段式阻抗变换器包括：一个第三金属脊和一个第四金属脊，第三金属脊和第四金属脊的特性阻抗不同，所述第三金属脊与第四金属脊位于同一直线且相连；

所述第一平面金属板和第二平面金属板平行且位于所述壳体内；

所述内部分支线耦合器和各个两段式阻抗变换器均位于所述第一平面金属板朝向所述第二平面金属板的板面；

每两个两段式阻抗变换器分别连接于一个第一金属脊的两端，且分别连接于与所述一个第一金属脊相连的第二金属脊的一端；所述两个两段式阻抗变换器与所述一个第一金属脊位于一条直线上；

所述金属销钉位于所述第一平面金属板朝向所述第二平面金属板的板面上、且除具有所述内部分支线耦合器和两段式阻抗变换器之外的部分。

本发明的一个实施例中，第一金属脊与第二金属脊垂直。

本发明的一个实施例中，第一金属脊、第二金属脊、第三金属脊与第四金属脊的宽度相同、长度不同且高度不同。

本发明的一个实施例中，第一金属脊、第二金属脊、第三金属脊与第四金属脊的电长度相同。

本发明的一个实施例中，各个第一金属脊的尺寸相同，和/或各个第二金属脊的尺寸相同，和/或各个第三金属脊的尺寸相同，和/或各个第四金属脊的尺寸相同，和/或各个金属销钉的尺寸相同、各个金属销钉之间的分布周期相同。

本发明的一个实施例中，所述壳体为非密封的壳体。

本发明的一个实施例中，第一平面金属板、第二平面金属板、内部分支线耦合器、两段式阻抗变换器与金属销钉的材质为铝。

本发明的一个实施例中，所述内部分支线耦合器的中心与所述第一平面金属板的中心重合。

本发明的一个实施例中，所述耦合器还包括：输入端口、直通输出端口、耦合输出端口与隔离输出端口；

所述输入端口、直通输出端口、耦合输出端口和隔离端口分别与所述各个两段式阻抗变换器相连。

本发明的一个实施例中，所述输入端口、直通输出端口、耦合输出端口与隔离端口均为波端口。

本发明实施例有益效果：

由以上可见，本发明实施例提供的耦合器中，第一平面金属板与第二平面金属板之间并未填充其他介质，因此，第一平面金属板与第二平面金属板之间的介质为空气。这样输入信号沿内部分支线耦合器和两段式阻抗变换器组成的传输路径从输入端口传输到输出端口并被进行功率分配的过程中，输入信号的传输介质为空气。由于空气的介电常数较低，因此降低了高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明实施例提供的一种基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器的结构示意图；

图1B为本发明实施例提供的一种内部分支线耦合器的俯视图；

图1C为本发明实施例提供的一种两段式阻抗变换器的俯视图；

图1D为本发明实施例提供的一种金属脊相连关系的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种耦合器电路的示意图；

图3为本发明实施例提供的第一种金属销钉色散曲线仿真结果示意图；

图4为本发明实施例提供的第二种金属销钉色散曲线仿真结果示意图；

图5为本发明实施例提供的一种耦合器中单个金属脊间隙波导的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第一种耦合器的回波损耗与隔离参数仿真结果示意图；

图7为本发明实施例提供的第一种耦合器的传输系数和耦合系数的仿真结果示意图；

图8为本发明实施例提供的第一种耦合器的输出信号之间相位差的仿真结果示意图；

图9为本发明实施例提供的第二种耦合器的回波损耗与隔离参数仿真结果示意图；

图10为本发明实施例提供的第二种耦合器的传输系数和耦合系数的仿真结果示意图；

图11为本发明实施例提供的第二种耦合器的输出信号之间相位差的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有技术中耦合器中介质的介电常数较大，使得高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗较大，为解决这一问题，本发明实施例提供了一种基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器。

本发明的一个实施例中，提供了一种基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器，上述耦合器包括：壳体、第一平面金属板、第二平面金属板、内部分支线耦合器、四个两段式阻抗变换器和多个金属销钉；

上述内部分支线耦合器包括：两个特性阻抗相同的第一金属脊和两个特性阻抗相同的第二金属脊；第一金属脊与第二金属脊的特性阻抗不同；两个第一金属脊平行设置，两个第二金属脊平行设置，且每一第一金属脊两端分别与一个第二金属脊的一端连接。

各个两段式阻抗变换器分别用于与输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口连接；上述两段式阻抗变换器包括：一个第三金属脊和一个第四金属脊，第三金属脊和第四金属脊的特性阻抗不同；上述第三金属脊与第四金属脊位于同一直线且相连。

上述第一平面金属板和第二平面金属板平行且位于所述壳体内。

上述内部分支线耦合器位于上述第一平面金属板朝向上述第二平面金属板的板面。

上述两段式阻抗变换器位于上述第一平面金属板朝向上述第二平面金属板的板面；每两个两段式阻抗变换器分别连接于一个第一金属脊的两端，且分别连接于与上述一个第一金属脊相连的第二金属脊的一端；上述两个两段式阻抗变换器与上述一个第一金属脊位于一条直线上。

上述金属销钉位于上述第一平面金属板朝向上述第二平面金属板的板面上、且除具有上述内部分支线耦合器和两段式阻抗变换器之外的部分。

本发明实施例提供的耦合器中，第一平面金属板与第二平面金属板之间并未填充其他介质，因此，第一平面金属板与第二平面金属板之间的介质为空气。这样输入信号沿内部分支线耦合器和两段式阻抗变换器组成的传输路径从输入端口传输到输出端口并被进行功率分配的过程中，输入信号的传输介质为空气。由于空气的介电常数较低，因此降低了高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗。

下面通过具体的实施例对本发明实施例提供的基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器进行详细说明。

参见图1A，提供了一种基于脊间隙波导的灵活功分比双频带分支线毫米波耦合器的结构示意图，参见图1B，为本发明实施例提供的一种内部分支线耦合器的俯视图，参见图1C，为本发明实施例提供的一种两段式阻抗变换器的俯视图。具体的，上述耦合器包括：壳体、第一平面金属板101、第二平面金属板102、内部分支线耦合器103、四个两段式阻抗变换器104和多个金属销钉105。

参见图1A与图1B，上述内部分支线耦合器103包括：两个特性阻抗相同的第一金属脊1031和两个特性阻抗相同的第二金属脊1032，第一金属脊1031和第二金属脊1032的特性阻抗不同。

具体的，上述内部分支线耦合器用于实现对输入信号的功率分配。由于尺寸相同的金属脊的特性阻抗相同，因此，第一金属脊1031的尺寸可以相同，第二金属脊1032的尺寸可以相同，第一金属脊1031与第二金属脊1032的尺寸不同。例如，上述第一金属脊1031的尺寸为：长度11.75mm，高度2.45mm，宽度1.6mm，上述第二金属脊1032的尺寸为：长度11.78mm，高度2.44mm，宽度1.6mm，或上述第一金属脊1031的尺寸为：长度7.6mm，高度2.85mm，宽度2mm，上述第二金属脊1032的尺寸为：长度7.93mm，高度2.98mm，宽度2mm。

若上述第一金属脊1031的尺寸相同，上述第二金属脊1032的尺寸相同，上述耦合器的结构较简单，可以降低耦合器设计与制造时的工作量，提高制造耦合器的效率。

另外，上述第一金属脊1031的尺寸也可以不相同，第二金属脊1032的尺寸也可以不相同。

再者，通过调整第一金属脊1031和第二金属脊1032的尺寸可以调整第一金属脊1031和第二金属脊1032的特性阻抗，通过调整第一金属脊1031和第二金属脊1032的特性阻抗可以改变耦合器直连输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间的功率比，若上述两种输出信号的功率比为1，说明上述两种输出信号的功率相同，则该耦合器为等分耦合器，若上述两种输出信号的功率比不为1，说明上述两种输出信号的功率不同，则该耦合器为不等分耦合器。

因此改变上述第一金属脊1031和第二金属脊1032的尺寸，而不改变耦合器总体上的结构和电路关系便可以实现直连输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号不同的功率分配，因此可以灵活地调整上述耦合器的功分比。

两个第一金属脊1031平行设置，两个第二金属脊1032平行设置，且每一第一金属脊1031两端分别与一个第二金属脊1032的一端连接。采用上述方式相连的第一金属脊1031与第二金属脊1032组成的耦合器被称为内部分支线耦合器。

假设，两个第一金属脊1031分别称为第一金属脊A和第一金属脊B，两个第二金属脊1032分别称为第二金属脊C和第二金属脊D，则第一金属脊A与第一金属脊B平行，第二金属脊C与第二金属脊D平行，第一金属脊A的一端a1与第二金属脊C的一端c1连接，第一金属脊A另一端a2与第二金属脊D的一端d1连接，第一金属脊B的一端b1与第二金属脊C的一端c2连接，第一金属脊B的一端b2与第二金属脊D的一端d2连接。

具体的，上述第二金属脊1032与第一金属脊1031之间相连部分的宽度小于第二金属脊1032的宽度，例如，上述第二金属脊1032的宽度可以为2mm，上述第二金属脊1032与第一金属脊1031相连部分的宽度可以为0.5mm，上述第二金属脊1032的宽度可以为1.6mm，上述第二金属脊1032与第一金属脊1031相连部分的宽度可以为0.9mm等。

参见图1D，提供了一种金属脊相连关系的示意图。

其中，第一金属脊A与第一金属脊B为两个第一金属脊1031，第二金属脊C与第二金属脊D为两个第二金属脊1032，第三金属脊E、第三金属脊F、第三金属脊G、第三金属脊H为四个第三金属脊1041，第四金属脊I、第四金属脊J、第四金属脊K、第四金属脊L为四个第四金属脊1042。

第一金属脊A的两端分别为a1与a2，第一金属脊B的两端分别为b1与b2，第二金属脊C的两端分别为c1与c2，第二金属脊D的两端分别为d1与d2，第三金属脊E的两端分别为e1与e2，第三金属脊F的两端分别为f1与f2，第三金属脊G的两端分别为g1与g2，第三金属脊H的两端分别为h1与h2，第四金属脊I的两端分别为i1与i2，第四金属脊J的两端分别为j1与j2，第四金属脊K的两端分别为k1与k2，第四金属脊L的两端分别为l1与l2。

由图1D可见，第一金属脊A与第一金属脊B平行，第二金属脊C与第二金属脊D平行，第二金属脊C的c1端的一部分与第一金属脊A的a1端连接，另一部分与第四金属脊I的i1端连接；第二金属脊D的d1端的一部分与第一金属脊A的a2端连接，另一部分与第四金属脊J的j1端连接；第二金属脊C的c2端的一部分与第一金属脊B的b1端连接，另一部分与第四金属脊K的k1端连接；第二金属脊D的d2端的一部分与第一金属脊B的b2端连接，另一部分与第四金属脊L的l1端连接。

本发明的一个实施例中，第一金属脊1031与第二金属脊1032垂直。

由于两个第一金属脊1031平行设置，两个第二金属脊1032平行设置，第一金属脊1031与第二金属脊1032垂直，则上述内部分支线耦合器103为矩形结构，如图1A所示。

参见图1D，第一金属脊A分别与第二金属脊C和第二金属脊D垂直，第一金属脊B分别与第二金属脊C和第二金属脊D垂直，第一金属脊A、第一金属脊B、第二金属脊C与第二金属脊D为矩形结构。

各个两段式阻抗变换器104分别用于与输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口连接。

具体的，每一两段式阻抗变换器104分别用于与输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口中的一个连接，具体的连接关系可以根据应用场景进行调整，在此不进行限定。

其中，信号通过上述输入端口输入上述耦合器，上述直通输出端口与耦合输出端口分别用于输出对输入信号进行功率分配后得到的输出信号，隔离端口理论上不输出任何信号。

本发明的一个实施例中，上述输入端口、直通输出端口、耦合输出端口与隔离输出端口可以为上述耦合器的一部分。

则上述输入端口、直通输出端口、耦合输出端口和隔离端口分别与所述各个两段式阻抗变换器104相连。

其中，上述输入端口、直通输出端口、耦合输出端口与隔离端口均为波端口。

参见图1A与图1C，上述两段式阻抗变换器104包括：一个第三金属脊1041和一个第四金属脊1042，上述第三金属脊1041与第四金属脊1042位于同一直线且相连。

参见图1D，第三金属脊E的e1端与第四金属脊I的i2端相连，且第三金属脊E与第四金属脊I位于同一直线上；第三金属脊F的f1端与第四金属脊J的j2端相连，且第三金属脊F与第四金属脊J位于同一直线上；第三金属脊G的g1端与第四金属脊K的k2端相连，且第三金属脊G与第四金属脊K位于同一直线上；第三金属脊H的h1端与第四金属脊L的l2端相连，且第三金属脊H与第四金属脊L位于同一直线上。

本发明的一个实施例中，不同两段式阻抗变换器104中的第三金属脊1041的特性阻抗相同，不同两段式阻抗变换器104中的第四金属脊1042的特性阻抗相同，各个第三金属脊1041与各个第四金属脊1042的特性阻抗不同。同样的，由于尺寸相同的金属脊的特性阻抗相同，因此，第三金属脊1041的尺寸可以相同，第四金属脊1042的尺寸可以相同，第三金属脊1041与第四金属脊1042的尺寸不同。

例如，上述第三金属脊1041的尺寸可以为：长度11.94mm，高度2.29mm，宽度1.6mm，上述第四金属脊1042的尺寸可以为：长度12.05mm，高度2.14mm，宽度为1.6mm。或上述第三金属脊1041的尺寸可以为：长度8.12mm，高度3.12mm，宽度2mm，上述第四金属脊1042的尺寸可以为：长度8.22mm，高度2.38mm，宽度2mm。

若上述第三金属脊1041的尺寸相同，上述第二金属脊1042的尺寸相同，上述耦合器的结构较简单，可以降低耦合器设计与制造时的工作量，提高制造耦合器的效率。

另外，上述各个第三金属脊1041的尺寸也可以不相同，各个第四金属脊1042的尺寸也可以不相同。

上述第一平面金属板101和第二平面金属板102平行且位于上述壳体内。

本发明的一个实施例中，上述第一平面金属板101与第二平面金属板102的尺寸相同，如，长度可以为长度59.73mm，宽度29.18mm，也可以为长度40.28mm，宽度21.93mm。

上述第一平面金属板101与第二平面金属板102可以均为矩形，如图1A所示。

另外，上述壳体可以为非密封壳体，只用于支撑上述第一平面金属板101与第二平面金属板102，使得上述第一平面金属板101与第二平面金属板102之间存在间隙，因此上述耦合器内部均能与外界空气相连，而上述耦合器中未填充其他介质，因此上述耦合器的介质为空气。

上述内部分支线耦合器103位于上述第一平面金属板101朝向上述第二平面金属板102的板面。

上述两段式阻抗变换器104位于上述第一平面金属板101朝向上述第二平面金属板102的板面。

即，上述内部分支线耦合器103与两段式阻抗变换器104位于上述第一平面金属板101上，且位于第一平面金属板101和第二平面金属板102之间。

每两个两段式阻抗变换器104分别连接于一个第一金属脊1031的两端，且分别连接于与上述一个第一金属脊1031相连的第二金属脊1032的一端。

即每一两段式阻抗变换器既与第一金属脊1031相连，又与第二金属脊1032相连。

上述两个两段式阻抗变换器104与上述一个第一金属脊1031位于一条直线上。

参见图1D，第三金属脊E、第四金属脊I、第一金属脊A、第四金属脊J与第三金属脊F位于同一条直线上，第三金属脊G、第四金属脊K、第一金属脊B、第四金属脊L与第三金属脊H位于同一条直线上。由以上可见，由于本发明实施例中的每一两段式阻抗变换器104由两个特性阻抗不相同的第三金属脊1041与1042组成，因此使得上述耦合器具有双频特性，能够工作在两个不同的频带中。

本发明的一个实施例中，第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的宽度相同；第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的长度不同；第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的高度不同。

由于第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041、第四金属脊1042的特性阻抗不同，而特性阻抗不同的金属脊尺寸必定不相同，因此在第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的宽度相同的情况下，第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的长度和高度均不同。

由以上可见，设置固定的宽度，在宽度相同的基础上设计各个金属脊的尺寸可以降低耦合器设计与制造的工作量，提高设计与制造耦合器的效率。

另外，上述第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042的电长度相同。

再者，本发明的一个实施例中，上述内部分支线耦合器103的中心与上述第一平面金属板101的中心重合，如图1A所示，则上述耦合器在水平面内为左右对称、且上下对称的结构。

由于上述耦合器在水平面内为规则的左右对称且上下对称的结构，因此可以按照左右对称、上下对称的结构进行耦合器的设计与制造，提高了设计与制造耦合器的效率。

参见图2，本发明实施例提供了一种耦合器电路的示意图。与图1A所示结构图对应，图2示出了第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041与第四金属脊1042之间的电路连接关系。

其中，黑色矩形代表上述第一金属脊1031，白色矩形代表第二金属脊1032，包含竖条纹的矩形代表第三金属脊1041，包含横条纹的矩形代表第四金属脊1042，其中各个第三金属脊1041分别与输入端口、直通输出端口、耦合输出端口和隔离端口相连。

上述金属销钉105位于上述第一平面金属板101朝向上述第二平面金属板102的板面上、且除具有上述内部分支线耦合器103和两段式阻抗变换器104之外的部分。

即，上述金属销钉105位于上述第一平面金属板101上，且位于上述第一平面金属板101与上述第二平面金属板102之间。

具体的，上述金属销钉105的高度小于上述第一平面金属板101与第二平面金属板102之间的间隔，上述金属销钉105的尺寸可以相同，且各个金属销钉105之间的分布周期相同。

例如，上述金属销钉的长度和宽度为0.8mm，高度为2.6mm，各个金属销钉105之间的分布周期为2mm，金属销钉105与第二平面金属板102的间隔为0.2mm，或上述金属销钉的长度和宽度为0.8mm，高度为3.2mm，各个金属销钉105之间的分布周期为1.6mm，金属销钉105与第二平面金属板102的间隔为0.15mm。

上述金属销钉105的形状可以为长方体，与图1A所示相同，也可以为其他形状。

另外，由于耦合器中除金属销钉105之外还包括内部分支线耦合器103和两段式阻抗变换器104，根据上述内部分支线耦合器103与两段式阻抗变换器104的位置可能会对上述金属销钉105的位置进行调整，因此上述金属销钉105之间的分布周期可能并不完全相同。

具体的，上述金属销钉105可以用于阻碍频率在一定频带范围内的信号的传输，上述频带范围可以被称为波阻带。频率在上述波阻带内的信号不能在存在金属销钉105的区域传输，也就是说，保证了频率在上述波阻带内的信号仅能沿上述内部分支线耦合器103和两段式阻抗变换器104传输。

由于信号仅能沿上述内部分支线耦合器103和两段式阻抗变换器104传输，而上述内部分支线耦合器103与两段式阻抗变换器104均由金属脊组成，也就是说信号在耦合器中沿各个金属脊、在金属脊与第二平面金属板102之间的间隙传输，因此上述耦合器为基于脊间隙波导的耦合器。

上述波阻带的范围随金属销钉的形状、尺寸与间距的改变而改变，因此改变金属销钉的形状、尺寸与分布周期而不改变耦合器总体上的结构便可以改变该耦合器的波阻带。进一步的，通过调整上述第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041、第四金属脊1042的尺寸调整耦合器，使得上述耦合器的可工作的频率范围位于上述波阻带内的毫米波范围内，则上述耦合器为毫米波耦合器。

参见图3，本发明实施例提供了第一种金属销钉色散曲线仿真结果示意图，图中示出了金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为2.6mm，各个金属销钉105之间的分布周期为2mm的情况下，波阻带的范围。

由图3可见，信号在19.6-51.4GHz的范围内无法传输，因此上述波阻带为19.6-51.4GHz，也就是，在金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为2.6mm，各个金属销钉105之间的分布周期为2mm的情况下，上述耦合器的波阻带，即可以工作的最大频率范围为19.6-51.4GHz。

参见图4，本发明实施例提供了第二种金属销钉色散曲线仿真结果示意图，图中示出了金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为3.2mm，各个金属销钉105之间的分布周期为1.6mm的情况下，波阻带的范围。由图4可见，信号在17.3-42.9GHz的范围内无法传输，因此上述波阻带为17.3-42.9GHz，也就是，在金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为3.2mm，各个金属销钉105之间的分布周期为1.6mm的情况下，上述耦合器的波阻带，即可以工作的最大频率范围为17.3-42.9GHz。

另外，本发明的一个实施例中，第一平面金属板101、第二平面金属板102、内部分支线耦合器103、两段式阻抗变换器104与金属销钉105的材质为铝，也可以为铜等其他金属。

本发明实施例提供的耦合器中，第一平面金属板与第二平面金属板之间并未填充其他介质，因此，第一平面金属板与第二平面金属板之间的介质为空气。这样输入信号沿内部分支线耦合器和两段式阻抗变换器组成的传输路径从输入端口传输到输出端口并被进行功率分配的过程中，输入信号的传输介质为空气。由于空气的介电常数较低，因此降低了高频信号在耦合器内传输的过程中的传输损耗。

另外，由于本发明中的第一平面金属板与第二平面金属板之间不存在物理连接，因此上述第一平面金属板与第二平面金属板可以分别制造，再进行集成，使得上述耦合器更易于加工与集成。

参见图5，提供了一种耦合器中单个金属脊间隙波导的结构示意图，其中，上述金属脊可以为第一金属脊1031、第二金属脊1032、第三金属脊1041和第四金属脊1042中的任意一个。

其中，图中下方的金属板为第一平面金属板101，上方金属板为第二平面金属板102。图中中间的长方体为金属脊，两侧的6组长方体为金属销钉105，金属销钉105的长度和宽度相同。上述金属脊位于于第一平面金属板101之上朝向第二平面金属板的板面W_R为金属脊的宽度，L_i为金属脊的长度，H_i为金属脊的高度，L_P为金属销钉105的宽度与长度，H_P为金属销钉105的高度，P为各个金属销钉105之间的分布周期，H_A为金属销钉与第二平面金属板102之间的间隔，W_G为与金属脊之间间隔最小的两个金属销钉105之间的距离，可以称为槽宽。

以上述金属脊是第一金属脊为例，上述W_R可以为1.6mm，L_i可以为11.75mm，H_i可以为2.45mm，L_P可以为0.8mm，H_P可以为2.6mm，P可以为2mm，H_A可以为0.2mm，W_G可以为5.2mm。

接下来，通过具体的实施例分析耦合器的性能。

实施例一：上述耦合器的第一金属脊1031的尺寸为：长度11.75mm，高度2.45mm，宽度1.6mm，上述第二金属脊1032的尺寸为：长度11.78mm，高度2.44mm，宽度1.6mm，第二金属脊1032与第一金属脊1031相连部分的宽度为0.9mm，上述第三金属脊1041的尺寸为：长度11.94mm，高度2.29mm，宽度1.6mm，上述第四金属脊1042的尺寸为：长度12.05mm，高度2.14mm，宽度为1.6mm，金属销钉105构成的槽宽为5.2mm，金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为2.6mm，各个金属销钉105之间的分布周期为2mm，金属销钉105与第二平面金属板102的间距为0.2mm。

参见图6，提供了第一种耦合器的回波损耗与隔离参数仿真结果示意图。具体的，图6所示的仿真结果是实施例一的仿真结果。

其中，图例为三角形的曲线为表示输出信号的隔离参数的曲线，图例为正方形的曲线为表示输入信号的回波损耗的曲线。

其中，回波损耗越低，从输入端口反射出耦合器的信号的功率越低，输入信号的损失越少，耦合器的性能越好。隔离参数越低，从隔离端口输出的信号的功率越低，信号的损失越少，耦合器的性能越好。

由图6可见，回波损耗曲线与隔离参数曲线均包含两个谐振点，即取值最低点，对应的频率分别为32.7GHz和35GHz，并且在谐振点处回波损耗与隔离参数的取值均小于-25dB，即回波损耗与隔离参数的最低值均较小。并且在32.06-33.48GHz和34.26-35.62GHz的范围内，回波损耗和隔离参数均小于-10dB。因此当输入信号的频率在32.06-33.48GHz或34.26-35.62GHz的情况下，上述耦合器在工作时，信号传输的过程中回波损耗与隔离参数均较低，即上述耦合器在上述两个频率范围内均具有较好的性能，因此上述耦合器具有双频特性。

参见图7，提供了第一种耦合器的传输系数和耦合系数的仿真结果示意图。具体的，图7所示的仿真结果是实施例一的仿真结果。

其中，图例为正方形的曲线为表示直通输出端口的传输系数的曲线，图例为三角形的曲线为表示耦合输出端口的耦合系数的曲线。

其中，参见图6中输入信号的频率为32.7GHz和35GHz的谐振点，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间的功率比分别为2.28dB与1.99dB，且在图6所示的32.06-33.48GHz和34.26-35.62GHz的范围内，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间的功率比始终接近2dB，因此在上述耦合器的双频带范围内，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间始终保持稳定的2dB功率比，上述耦合器的输出信号的功率不等分，因此上述耦合器为不等分耦合器。

参见图8，提供了第一种耦合器的输出信号之间相位差的仿真结果示意图。具体的，图8所示的仿真结果是实施例一的仿真结果。

由图8可见，输入信号的频率范围在32.32-35.96GHz的情况下，直通输出端口和耦合输出端口的输出信号的相位差在90±5°内，即在上述频率范围内，直通输出端口和耦合输出端口的输出信号的相位正交。并且上述32.32-35.96GHz的频率范围中包含频率为32.7GHz和35GHz的两个谐振点，且几乎包含图6所示的32.06-33.48GHz与34.26-35.62GHz的频率范围。

由以上可见，实施例一的耦合器可工作的频率范围为32.32-33.48GHz与34.26-35.62GHz两个频带，在上述两个频带中上述耦合器可以实现输出信号的不等分输出，且输出信号的相位正交。并且频率属于上述32.32-33.48GHz与34.26-35.62GHz两个频带中的信号为毫米波信号，因此上述实施例一为不等分双频带毫米波耦合器。

实施例二：上述耦合器的第一金属脊1031的尺寸为：长度7.6mm，高度2.85mm，宽度2mm，上述第二金属脊1032的尺寸为：长度7.93mm，高度2.98mm，宽度2mm，第二金属脊1032与第一金属脊1031相连部分的宽度为0.5mm，上述第三金属脊1041的尺寸为：长度8.12mm，高度3.12mm，宽度2mm，上述第四金属脊1042的尺寸为：长度8.22mm，高度2.38mm，宽度2mm，金属销钉105构成的槽宽为4mm，金属销钉105的长度和宽度为0.8mm，高度为3.2mm，各个金属销钉105之间的分布周期为1.6mm，金属销钉105与第二平面金属板102的间距为0.15mm。

参见图9，提供了第二种耦合器的回波损耗与隔离参数仿真结果示意图。具体的，图9所示的仿真结果是实施例二的仿真结果。

其中，图例为三角形的曲线为表示输入信号的回波损耗的曲线，图例为正方形的曲线为表示输出信号的隔离参数的曲线。

其中，回波损耗越低，从输入端口反射出耦合器的信号的功率越低，输入信号的损失越少，耦合器的性能越好。隔离参数越低，从隔离端口输出的信号的功率越低，信号的损失越少，耦合器的性能越好。

由图9可见，回波损耗曲线与隔离参数曲线均包含两个谐振点，即取值最低点，对应的频率分别为26.3GHz和33.7GHz，并且在谐振点处回波损耗与隔离参数的取值均小于-20dB，即回波损耗与隔离参数的最低值均较小。并且在25.84-26.88GHz和33.32-34.08GHz的范围内，回波损耗和隔离参数均小于-10dB。因此当输入信号的频率在25.84-26.88GHz和33.32-34.08GHz的情况下，上述耦合器在工作时，信号传输的过程中回波损耗与隔离参数均较低，即上述耦合器在上述两个频率范围内均具有较好的性能，因此上述耦合器具有双频特性。

参见图10，提供了第二种耦合器的传输系数和耦合系数的仿真结果示意图。具体的，图10所示的仿真结果是实施例二的仿真结果。

其中，图例为正方形的曲线为表示直通输出端口的传输系数的曲线，图例为三角形的曲线为表示耦合输出端口的耦合系数的曲线。

其中，参见图9中输入信号的频率为26.3GHz和33.7GHz的谐振点，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间的功率比分别为0.15dB和0.38dB，且在图9所示的25.84-26.88GHz和33.32-34.08GHz的范围内，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间的功率比始终接近0dB，因此在上述耦合器的双频带范围内，上述直通输出端口的输出信号与耦合输出端口的输出信号之间始终保持稳定的0dB功率比，即上述两个端口的输出信号的功率相同，上述耦合器的输出信号的功率等分，因此上述耦合器为等分耦合器。

参见图11，提供了第二种耦合器的输出信号之间相位差的仿真结果示意图。具体的，图11所示的仿真结果是实施例二的仿真结果。

由图11可见，输入信号的频率范围在25.79-26.66GHz和33.37-34.27GHz的情况下，直通输出端口和耦合输出端口的输出信号的相位差在90±5°内，即在上述频率范围内，直通输出端口和耦合输出端口的输出信号的相位正交。图9所示的两个谐振点的频率26.3GHz和33.7GHz位于上述频率范围内，且上述频率范围与图9所示的25.84-26.88GHz和33.32-34.08GHz的范围相近。

由以上可见，实施例二的耦合器可工作的频率范围为25.84-26.66GHz与33.37-34.08GHz两个频带，在上述两个频带中上述耦合器可以实现输出信号的等分输出，且输出信号的相位正交。并且频率属于上述25.84-26.66GHz与33.37-34.08GHz两个频带的信号为毫米波信号，因此上述实施例二为等分双频带毫米波耦合器。

另外，通过调整各个金属脊、金属销钉的尺寸与位置关系，能够实现不同的输出信号的功率比。

由以上实施例一与实施例二可见，通过调整各个金属脊、金属销钉的尺寸与位置关系，能够实现信号的等分或不等分输出，并且可以实现不同的输出信号功率比，而不需要改变耦合器总体上的结构与电路关系，因此可以便捷的设计与制造出输出信号功率比不同的耦合器，实现了输出信号功率比的灵活分配。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。