CN101834337A - 一种宽带电小尺寸定向耦合器 - Google Patents

一种宽带电小尺寸定向耦合器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种宽带电小尺寸定向耦合器，本发明属于射频电路技术领域；该定向耦合器包括一窄带电小尺寸耦合器，该窄带电小尺寸耦合器包括一段用来传输射频功率的主传输线和一段由耦合线构成的耦合探头，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口和反向耦合输出端口，与所述反向耦合输出口相连的吸收负载；其特征在于，还包括一个有损耗的频响补偿网络，该有损耗的频响补偿网络的输入端连接在窄带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端，该有损耗的频响补偿网络的输出端作为宽带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端。本发明且具有体积小，结构紧凑，方便实现的特点。

Description

一种宽带电小尺寸定向耦合器
技术领域
本发明属于射频电路技术领域，特别涉及对电小尺寸定向耦合器的改良设计。
背景技术
目前射频电路系统中使用的定向耦合器有两种尺寸特征：一种为长度为四分之一波长或大于四分之一波长；另一种长度小于十分之一波长。
第一种定向耦合器的优点是容易实现较强的耦合度，并且耦合度的频率响应起伏相对较小，典型地，在一个倍频程内平坦度优于±0.5dB。但由于其长度较长，占用空间大，使用不便。
第二种定向耦合器的结构如图1所示，包括一段用来传输射频功率的主传输线1和一段由耦合线构成的耦合探头2，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口21和反向耦合输出端口22，还包括与所述反向耦合输出口相连的吸收负载3；这种定向耦合器的优点是尺寸小，占用空间少；但由于耦合线短，较难实现大于-15dB以上的耦合度；在一个倍频程内，耦合度变化达到6dB，如果频率未知，则无法得到准确的耦合度。使用时只能给出某个固定频率的耦合度，在其附近做窄带使用，因此这种耦合器又称窄带电小尺寸定向耦合器。
已有的一种克服电小尺寸定向耦合器带宽限制的方法是，采用软件查表修正，即将不同频率对应的耦合度存储下来，使用时，首先要知道工作频率，根据频率在表格中查找相应的耦合度。这种方法可以拓展耦合器的使用频带，但缺点是需要软件配合，而且要预先知道工作频率，限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的是为克服已有窄带电小尺寸定向耦合器性能的不足，提出一种宽带电小尺寸定向耦合器，可在不增加窄带电小尺寸定向耦合器长度的条件下，改善其耦合度频响的平坦度，在很小的空间内，一个或数个倍频程的频带内，实现平坦的耦合特性。
本发明提出的一种宽带电小尺寸定向耦合器，包括一窄带电小尺寸耦合器，该窄带电小尺寸耦合器包括一段用来传输射频功率的主传输线和一段由耦合线构成的耦合探头，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口和反向耦合输出端口，与所述反向耦合输出口相连的吸收负载；其特征在于，还包括一个有损耗的频响补偿网络，该有损耗的频响补偿网络的输入端连接在窄带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端，该有损耗的频响补偿网络的输出端作为宽带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端。
本发明的特点及有益效果：
本发明的重要技术特征在于采用损频响补偿网络对窄带电小尺寸定向耦合器的耦合度频响做补偿，在一个和一个以上倍频程内获得平坦的耦合特性，且具有体积小，结构紧凑，方便实现的特点。
附图说明
图1为窄带电小尺寸定向耦合器结构示意图。
图2为本发明的宽带电小尺寸定向耦合器的结构示意图。
图3为本发明的原理示意图，其中：
图3(a)表明窄带电小尺寸定向耦合器的耦合度随频率增大而增大；
图3(b)表明有损频响补偿网络的频响与耦合度频响呈相反的趋势；
图3(c)表明本发明的将窄带电小尺寸定向耦合器与有损频响补偿网络级联后的频响为常数。
图4为本发明的宽带电小尺寸定向耦合器的实施例1示意图，其中：
图4(a)为本实施例1结构示意图，
图4(b)为图4(a)的截面示意图；
图4(c)为本实施例的有损频响补偿网络的电路拓扑图。
图5为本发明的有损耗的频响补偿网络的实施例2结构示意图。
图6为本发明的有损耗的频响补偿网络的实施例3结构示意图。
具体实施方式
本发明设计的宽带射频电小尺寸定向耦合器结合附图及实施例详细说明如下：
本发明设计的一种宽带电小尺寸定向耦合器，如图2所示，包括一窄带电小尺寸耦合器21，如图2中虚线框内，该窄带电小尺寸耦合器21包括一段用来传输射频功率的主传输线211和一段由耦合线构成的耦合探头212，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口2121和反向耦合输出端口2122，与所述反向耦合输出口相连的吸收负载213；其特征在于，还包括一个有损耗的频响补偿网络22，该有损耗的频响补偿网络的输入端连接在窄带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端2121，该有损耗的频响补偿网络的输出端作为宽带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端。
本发明的原理如图3所示，由于电小尺寸定向耦合器的耦合度随频率增大而增大，如图3(a)；而有损频响补偿网络的频响与耦合度频响呈相反的趋势，如图3(b)所示；如果记耦合度频响为Hc(f)，则有损频响补偿网络的特性应该是A/Hc(f)(A＜1，为损耗值)，二者级联后的频响为常数，如图3(c)所示。
本发明设计的宽带电小尺寸定向耦合器实施例1如图4所示，本实施例采用微带线结构实现，其中，图4(a)为本实施例1结构示意图，图4(b)为图4(a)的A-A向截面示意图；图4(c)为本实施例的有损频响补偿网络的电路拓扑图。本实施例的窄带电小尺寸定向耦合器42包括一段用来传输射频功率的主传输微带线421和一段由耦合线构成的耦合探头422，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口4221和反向耦合输出端口4222，与所述反向耦合输出口相连的吸收负载423，吸收负载通过接地铜箔424接地。耦合器位于厚度为1.5mm的介质板41上，主传输带线宽度为4mm，耦合探头电长度为四十分之一波长，宽度2mm，距离主传输带线0.6mm。介质板安装于接地导体44上。
本实施例的有损频响补偿网络33的结构包括：两个端口并联电阻R1(331)、R4(337)、一个T型有损网络，以及输入端口和输出端口；所述两个端口并联电阻R1、R4分别并联在输入端口上和输出端口上；T型有损网络串联在输入和输出端口之间；所述T型有损网络包括两个有损电感和一个对地并联电容C1(334)，一个有损电感(L1(332)、R2(333))串联于输入端口与对地并联电容C1(334)之间，另一个有损电感(L2(335)、R3(336))串联于输出端口与对地并联电容之间。所述两个有损电感均由并联的电感和电阻组成。有损频响补偿网络设置在窄带电小尺寸耦合器所在的介质板上。
本实施例用在调频广播频段(87～108MHz)，电感L1(432)和L2(435)采用0.5mm直径的漆包线绕制而成，绕制直径为3mm，圈数为5圈。电容C1(434)为120pf，R1(431)和R4(437)为150欧姆，R2(433)和R3(436)为100欧姆。R1(331)、R4(337)、电容C1(334)通过接地铜箔438接地。
本实施例的宽带定向耦合器在调频广播频段(87MHz～108MHz)内耦合度的频响起伏在±0.1dB以内。
本发明所设计的第二种实施例中的有损频响补偿网络的结构如图5所示，包括两个端口并联电阻和N个拓扑结构相同的T型有损网络，以及输入端口和输出端口；所述两个端口并联电阻分别与输入端口和输出端口并联，N个拓扑结构相同的T型有损网络依次串联在输入端口和输出端口之间，N为正整数；每个T型有损网络的拓扑结构与实施例1相同。本实施例的窄带电小尺寸耦合器与第一种实施例结构相同，并且本实施例的有损频响补偿网络同样也设置在窄带电小尺寸耦合器所在的介质板上。
上述实施例中T型有损网络的数目N与所要补偿的带宽以及耦合平坦度有关，带宽越宽，平坦度要求越高，则N越大(考虑到实现复杂度和器件敏感度，N一般小于等于6)。T型有损网络数目的变化不影响上述有损频响补偿网络的基本特征。
本发明第三种实施例中的有损频响补偿网络结构如图6所示，其中图6(a)为电路拓扑，包括：两个有损电容、一个有损电感，以及输入端口和输出端口；第一个有损电容并联在输入端口与地之间；有损电感的一端与输入端口相连，另一端与第二个有损电容相连；第二个有损电容串联在有损电感与输出端口之间；所述第一个有损电容由串联在一起的电容C1和电阻R1组成；第二个有损电容由电容C2与电阻R3并联组成；有损电感由电感L1与电阻R3并联组成。
本实施例用在UHF频段(470～860MHz)，实现结构如图6(b)所示；电感L1(52)采用高阻抗(阻抗为150欧姆)微带线实现，形状如图6(b)中所示，为连接成一体的双勾体的正向n和倒置n形成的分布电感，其总长度约40mm。电容C1(54)为10pf，连接于输入端口61和电阻R1(65)之间，电阻R1为13欧姆，它通过接地铜箔69接地。电容C2(66)取值为11pf，R3(67)取为12欧姆，二者并联后，串接在输出端口68与电感LI端口622间。电阻R2(63)为40欧姆，连接在电感L1的621和623端口间，输入端口61与窄带电小尺寸耦合器正向耦合输出端口相连，输出端口68为本实施例的正向耦合输出端口。
本实施例采用微带方式形成的分布电感L1基于PCB工艺，制作简单，成本低，一致性好。所有电容和电阻为表面安装器件，有损匹配网络面积仅为12mm×15mm，结构紧凑。
本实施例的窄带电小尺寸耦合器与第一种实施例结构相同，并且本实施例的有损频响补偿网络同样也设置在窄带电小尺寸耦合器同一介质板上。
本实施例的宽带定向耦合器在470MHz～860MHz频带内实现了平坦的耦合特性，耦合度的起伏在±0.15dB以内。

Claims (6)

1.一种宽带电小尺寸定向耦合器，包括一窄带电小尺寸耦合器，该窄带电小尺寸耦合器包括一段用来传输射频功率的主传输线和一段由耦合线构成的耦合探头，耦合探头置于主传输线的能量分布场内，该耦合线两端弯折形成正向耦合输出端口和反向耦合输出端口，与所述反向耦合输出口相连的吸收负载；其特征在于，还包括一个有损耗的频响补偿网络，该有损耗的频响补偿网络的输入端连接在窄带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端，该有损耗的频响补偿网络的输出端作为宽带电小尺寸定向耦合器的正向耦合输出端。
2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述有损频响补偿网络包括：两个端口并联电阻R1、R4、一个T型有损网络，以及输入端口和输出端口；所述两个端口并联电阻R1、R4分别并联在输入端口上和输出端口上；T型有损网络串联在输入和输出端口之间；所述T型有损网络包括两个有损电感和一个对地并联电容C1，一个有损电感串联于输入端口与对地并联电容C1之间，另一个有损电感串联于输出端口与对地并联电容之间；所述两个有损电感均由并联的电感和电阻组成。
3.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述有损频响补偿网络包括：两个端口并联电阻R1、R4、N个T型有损网络，N为正整数；以及输入端口和输出端口；所述两个端口并联电阻R1、R4分别并联在输入端口上和输出端口上；N个T型有损网络依次串联在输入和输出端口之间；每个T型有损网络均包括两个有损电感和一个对地并联电容C1，一个有损电感串联于输入端口与对地并联电容C1之间，另一个有损电感串联于输出端口与对地并联电容之间；所述两个有损电感均由并联的电感和电阻组成。
4.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述有损频响补偿网络结构包括：两个有损电容、一个有损电感，以及输入端口和输出端口；第一个有损电容并联在输入端口与地之间；有损电感的一端与输入端口相连，另一端与第二个有损电容相连；第二个有损电容串联在有损电感与输出端口之间；所述第一个有损电容由串联在一起的电容C1和电阻R1组成；第二个有损电容由电容C2与电阻R3并联组成；有损电感由电感L1与电阻R3并联组成。
5.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器采用微带线结构。
6.如权利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述电感L1为连接成一体的双勾体的正向n和倒置n形成的分布电感。
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