CN101706570A

CN101706570A - 一种雷达发射机的双定向耦合器

Info

Publication number: CN101706570A
Application number: CN200910272441A
Authority: CN
Inventors: 李宏斌; 涂中华; 刘磊; 王志; 许卫
Original assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: WUHAN BINHU ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2010-05-12

Abstract

本发明公开了一种雷达发射机双定向耦合器，包括耦合器腔体、主信号线和耦合信号线，主信号线和耦合信号线置于耦合器腔体内，其特征在于：耦合器的腔体是铝制的空心长方体，主信号线是一根均匀的电导体金属杆，表面镀银，周围是空气介质；耦合信号线由微带板和一块介质板构成，微带板由一面粘贴有微带线、另一面附铜箔的基板构成，微带线由第一传输线与第二传输线构成，第一传输线与第二传输线平行，长度均为四分之一波长，特性阻抗各为50Ω，介质板用于覆盖微带线。这种耦合器比现有耦合器承受功率大，方向性强，特别是实现了同时双向检测。

Description

一种雷达发射机的双定向耦合器

技术领域

本发明涉及一种雷达发射机的双定向耦合器，属于雷达发射机功率耦合元件技术领域。

背景技术

随着雷达、微波通信、移动通信、卫星通信、电子对抗等技术的迅速发展，对微波无源器件的需求也日益增多。对于输出功率达几十千瓦甚至更大的雷达发射机，用功率计、频谱仪等仪器是无法直接测量的。定向耦合器是一种具有方向性的具有四端口网络的功率耦合元件，最基本的耦合方式是微带线耦合。附图1为定向耦合器的原理示意图，发射信号从主信号线A的输入端口1输入，其中大部分从输出端口2直接输出，部分泄漏到耦合信号线B的隔离端口4，耦合信号线B的耦合输出端口3用于检测主信号线A的传输功率。

高定向弱耦合器在无线接入系统中，主要应用于功率检测和驻波检测电路。为了实现弱耦合器的高方向性，一般要求主信号线和耦合信号线都处于同一种均匀介质中。如果介质不同，则奇偶模相速度就不同，方向性降低。下面简单介绍目前常见的几种定向耦合器：

1、微带线耦合器。微带线类耦合器都处于非均匀介质中，一面是介质板，一面是空气，因此，方向性必然会不好。为了提高方向性，将耦合线改成锯齿状，以延长奇模信号传输时间，降低奇模相速度，使得奇偶模相速度相等，达到理想的方向性。微带线耦合器的缺点是功率容量小，无法满足雷达发射机等一些大功率设备的要求。

2、空气介质金属杆耦合器。空气介质是一种电磁特性非常均匀的介质，因此这种耦合器具有理想的高方向性。但是，由于金属杆的装配工艺精度难于达到要求，进而影响耦合器的耦合度和方向性。

3、悬空金属丝跳线耦合器。单个耦合器的方向性比较好，但仍然会受装配工艺精度累积误差的影响，造成方向性的一致性差。

可以看出，上述常见的这几种耦合器都难以同时满足耦合度指标、方向性指标、方向性一致性指标、功率容量的要求。

目前已经研制出的能够同时满足以上要求的耦合器，又无法同时检测正向传输的功率和反射功率，给雷达发射机的测试带来了很大的麻烦。因为如果每次检测雷达发射机反射功率时需要将耦合器等相关元器件拆下，重时装还可能因误操作原因，影响发射机及雷达整机的正常工作，浪费了时间和人力，不利于设备的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雷达发射机双定向耦合器，这种耦合器比现有耦合器承受功率大，方向性强，特别是实现了同时双向检测。

本发明的技术方案是：一种雷达发射机双定向耦合器，包括耦合器腔体、主信号线和耦合信号线，主信号线和耦合信号线置于耦合器腔体内，其特征在于：耦合器的腔体是铝制的空心体，主信号线是一根均匀的电导体金属杆，表面镀银，周围是空气介质；耦合信号线由微带板和一块介质板构成，微带板由一面粘贴有微带线、另一面附铜箔的基板构成，微带线由第一传输线与第二传输线构成，第一传输线与第二传输线平行，长度均为四分之一波长，特性阻抗各为50Ω，介质板用于覆盖微带线.

如上所述的雷达发射机双定向耦合器，其特征在于：耦合器的腔体是空心长方体，腔体一面开盖，以供安装耦合微带线；腔体内为空气，不需要密封；腔体尺寸为(75mm～80mm)×(60mm～65mm)×(33mm～38mm)，壁厚10±1mm。腔体外形没有特别要求，只要能够满足雷达发射机的安装要求即可。

如上所述的雷达发射机双定向耦合器，，其特征在于：电导体金属杆的形状是圆柱形或方形，金属杆和腔体不要求同轴，金属杆的长度要求突出腔体的部分能够安装50/30阴头。这种传输形式保证了耦合器的大功率容量和低损耗。

如上所述的雷达发射机双定向耦合器，，其特征在于：介质板尺寸与耦合器腔体内壁尺寸相同，介质板的材料和介电常数与微带线基板相同。根据耦合度和方向性的指标要求，通过调整在微带线上加载的介质厚度方法来降低奇模相速度，使得奇偶模相速度近似一致，从而改变耦合度，提高耦合器的方向性，加载的介质越厚，耦合度越大，方向性就越好。

本发明的有益效果如下：

双定向耦合器主信号线是金属杆结构，能够保证耦合器的大功率容量和低损耗，耦合信号线采用微带线形式，可确保加工精度和装配精度，从而保证了耦合器各项指标的一致性。通过调整加载介质的厚度，可以改变耦合度和方向性，具有很好的可操作性。加载介质越厚，耦合度越大，方向性越好，与现有的各类定向耦合器相比，具有以下优点：

1、可以同时检测传输功率和反射功率；

2、高定向性，能够很好地抑制反射功率；

3、主信号线可以通过射频高电压、大电流，能承受几十千瓦的功率；

4、输入驻波比和插入损耗都很小；

5、产品的制造成本低，装配简单，批量产品的指标一致性好。

附图说明

附图1为定向耦合器原理示意图；

附图2为本发明实施例的立体示意图；

附图3为本发明实施例的耦合微带线的PCB版图；

附图4为本发明实施例的双定向耦合器的外观主视图；

附图5为本发明实施例的双定向耦合器的外观左视图。

具体实施方式

附图1中标记的说明：1-主信号输入端口，2-主信号输出端口，3-耦合输出端口，4-隔离端口；

附图2中标记的说明：5-微带板，6-介质板，7-第一传输线，8-第二传输线，9-主信号线；

附图4中标记的说明：10-耦合器腔体，12-正向耦合信号输出端，13-反向耦合信号输出端，14、15-尺寸标注线；

附图5中标记的说明：16、17-为尺寸标注线。

以下结合附图对本发明的具体实施例进行说明。

如图1所示，为耦合器的原理示意图，输入端口1，输出端口2，耦合信号输出端口3，隔离端口4。主信号从输入端口1输入，97％以上(小于-0.1dB的损耗)的能量直接从输出端口2输出，很小部分泄露到隔离端口4。

如图2所示，为本发明的双定向耦合器的立体示意图，该图不含耦合器腔体。耦合器腔体是尺寸为78mm×64mm×35mm的空心长方体，壁厚10mm。主信号线9的半径为9.55mm，长度为140mm，中心轴距第一传输线7和第二传输线8的垂直距离为37mm，中心轴距耦合器腔体底面40mm，距耦合器腔体两壁17.5mm，耦合器腔体起安装固定作用。

耦合信号线包括微带板5和介质板6，微带板5由一面粘贴有第一传输线7与第二传输线8、另一面附有铜箔的基板构成。

如图3所示，为微带板5的PCB版图，第一传输线7与第二传输线8以主信号线9的轴心所在的竖直平面成对称结构，第一传输线7与第二传输线8的特性相同，两者相距18mm，可避免了两根传输线之间的相互干扰。第一传输线7与第二传输线8均为特性阻抗为50Ω的四分之一波长的传输线，四分之一波长L＝55.520mm，宽W＝1.168mm。

如图3所示，在第一传输线7与第二传输线8的耦合输出端口3处各开一孔，分别焊接JN-KFD25连接器，第一传输线7与第二传输线8的隔离端口4通过焊接50Ω的贴片电阻连接基板的铜箔(接地层)，贴片电阻的功率容量为0.1W，基板的材料为聚四氟乙烯，介电常数为2.55，厚度为0.43mm，由于现有的微带线生产技术已经非常成熟，耦合器的装配也比较简单，可确保批量生产时，耦合器各参数指标的一致性。

如图2所示，微带板5下方紧贴介质板6。介质板6选用聚四氟乙烯材料，介电常数为2.55，厚度为2mm。用螺钉通过微带板5和介质板6上的通孔使两者紧贴并固定在耦合器腔体顶部。

如图2所示，主信号线9位于介质板6的正下方，轴心距微带板5为37mm。主信号线9是一根铜质的实心圆柱体，半径9.55mm，长为140mm，表面镀银，周围是空气介质，其作用是保证了耦合器的传输功率大容量、低损耗，输入端口1和输出端口2接50/35阴头，分别通过两个半圆形的聚四氟乙烯支撑子将主信号线9固定在耦合器腔体上，本实施例中，第一传输线7和第二传输线8与主信号线9平行但不共面，微带板5的长度方向与主信号线9平行。

如图4所示，为本发明的双定向耦合器外观主视图，1为输入端口，2为输出端口，一个JN-KFD25连接器为正向耦合输出端12，另一个JN-KFD25连接器为反相耦合输出端13。尺寸14为146mm，尺寸15为Φ70.5，输入端口1和输出端口2的接头为50/35阴头，耦合输出端口3用JN-KFD25型插座。

如图5所示，为本发明的双定向耦合器的外观左视图，孔16为M5 EQS，尺寸17为Φ58mm。本发明的双定向耦合器左右对称，对信号的输入方向没有要求，输入端口和输出端口可以对调使用，相应的如图4所示的正向耦合输出端12和反向耦合输出端13也左右对调。

Claims

1.一种雷达发射机双定向耦合器，包括耦合器腔体、主信号线和耦合信号线，主信号线和耦合信号线置于耦合器腔体内，其特征在于：耦合器的腔体是铝制的空心体，主信号线是一根均匀的电导体金属杆，表面镀银，周围是空气介质；耦合信号线由微带板和一块介质板构成，微带板由一面粘贴有微带线、另一面附铜箔的基板构成，微带线由第一传输线与第二传输线构成，第一传输线与第二传输线平行，长度均为四分之一波长，特性阻抗各为50Ω，介质板用于覆盖微带线。

2.如权利要求1所述的雷达发射机双定向耦合器，其特征在于：耦合器的腔体是空心长方体，腔体一面开盖，以供安装耦合微带线；腔体内为空气，不需要密封；腔体尺寸为(75mm～80mm)×(60mm～65mm)×(33mm～38mm)，壁厚10±1mm。

3.如权利要求1所述的雷达发射机双定向耦合器，其特征在于：电导体金属杆的形状是圆柱形或方形，金属杆和腔体不要求同轴，金属杆的长度要求突出腔体的部分能够安装50/30阴头。

4.如权利要求1所述的雷达发射机双定向耦合器，其特征在于：介质板尺寸与耦合器腔体内壁尺寸相同，介质板的材料和介电常数与微带线基板相同。