CN102044735A - 双定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双定向耦合器，其特征是包括空心圆柱体状的腔体以及设置在所述腔体内腔中的传输主信号的均匀电导体金属杆，在所述腔体的侧部设置有两个共线的分别传输正向耦合信号和反相耦合信号的微带线，所述微带线的外侧覆盖有介质板。本发明的双定向耦合器采用微带线与主信号导杆耦合的方式，简化了耦合器的结构，指标比现有产品更好更稳定，体积更小、更节省生产成本。

Description

双定向耦合器 

技术领域：

本发明涉及一种双定向耦合器，属于微波通信技术领域。 

背景技术：

耦合器能将两个输入信号合路后分为两个互为等幅且具有90°相位差的两个信号，是在微波领域大量应用的重要器件。定向耦合器往往用于对规定流向微波信号进行取样，在无线基站中，常用定向耦合器对信号传输系统进行实时监测。因为基站对信号既要进行发射，同时还要实现接收功能，所以往往使用双定向耦合器，正向耦合器(FWD)监测发射信号，反向耦合器(REV)监测接收信号。 

双定向耦合器在使用的时候通常与双工器的天线端口进行连接，近年来的发展趋势是把双工器和耦合器集成在同一个腔体上。由于双工器对损耗的要求很高，也就是尺寸要求尽量大，这就迫使耦合器越做越小，本发明即是应微波器件小型化发展趋势的产物。 

传统的双定向耦合器结构如图1、1A所示。它主要由腔体1、三根表面镀银的金属导杆组成。中间的主导杆3传递载波信号，两边的耦合导杆2分别传输正向和反向耦合信号。耦合导杆的两端被镀银铜丝4焊接固定在介质板5上，镀银铜丝还有一个作用就是把耦合信号由导杆传输到介质板另一面的微带线上，从而对耦合信号进行处理实现监测的功能。 

传统的双定向耦合器耦合空气腔内结构比较复杂，里面有三根导杆、四根铜丝导线和四个绝缘子6，内部电磁场分布比较复杂。要想达到理想的匹配效果，往往要把导杆长度做到1/4波长。以一个中心频率为2GHz的耦合器为例，导杆长度为37.5mm左右的时候匹配效果最好。为了达到良好的匹配，因此牺牲了大量的空间。 

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双定向耦合器，采用微带线与主信号导杆耦合的方式，简化了耦合器的结构，指标比现有产品更好更稳定，体积更小、更节省生产成本。 

本发明解决技术问题采用如下技术方案： 

双定向耦合器，其特征是包括空心圆柱体状的腔体以及设置在所述腔体内腔中的传输主信号的均匀电导体金属杆，在所述腔体的侧部设置有两个共线的分别传输正向耦合信号和反相耦合信号的微带线，所述微带线的外侧覆盖有介质板。 

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在： 

传统的双定向耦合器耦合空气腔内结构比较复杂(见图1、1A)，里面有三根导杆、四根铜丝导线和四个绝缘子，内部电磁场分布比较复杂。要想达到理想的匹配效果，往往要把导杆长度做到1/4波长。以一个中心频率为2GHz的耦合器为例，导杆长度为37.5mm左右的时候匹配效果最好。为了达到良好的匹配，因此牺牲了大量的空间。 

本发明的双定向耦合器对导杆的长度、大小没有特别的要求。只要主信号导杆与空气腔的直径比例达到要求，一般为1∶2.3，匹配效果就能达到要求。承担耦合信号传输的微带线的匹配就更加简单，只需要微带线与介质板阻抗匹配就能满足要求。实践中，我们把耦合器部分空间在传统的基础上缩小了一半以上，这样做的好处是把宝贵的空间让给了对空间需求更大的双工器，使信号传输系统整个指标能够得到一定的提高。 

附图说明：

图1、1A为现有双定向耦合器的结构示意图；图2、2A为本发明双定向耦合器的结构示意图；图3为传统双定向耦合器指标；图4为本发明双定向耦合器指标。 

图中标号：1腔体，2耦合导杆，3主导杆，4镀银铜丝，5介质板，6绝缘子，7金属杆，8微带线。 

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。 

具体实施方式：

实施例：结合图2、2A，本实施例的双定向耦合器，包括空心圆柱体状的腔体1以及设置在所述腔体内腔中的传输主信号的均匀电导体金属杆7，在所述腔体1的侧部设置有两个共线的分别传输正向耦合信号和反相耦合信号的微带线8，所述微带线的外侧覆盖有介质板5。 

本发明双定向耦合器对传统结构进行了创新性的改进，原来的方腔改成了圆腔，这样，金属杆7(主导杆)与空气腔之间的匹配更加方便、简单，因此主信号输入输出驻波比更好控制。耦合信号的传输由两根附着在介质板上的微带线完成，并且直接在介质板上过孔被传导到介质板的另一面的微带线上。 

本发明双定向耦合器的技术指标优势： 

耦合器的指标主要有四个：回波损耗、耦合度、隔离度和方向性(＝隔离度-耦合度)。因为结构是对称的，因此我们只选取双定向耦合器的一边耦合器的指标进行比较，比较的时候取同一个频率点(1900MHz)。 

传统双定向耦合器的指标如图3所示，本发明双定向耦合器的指标如图4所示。 

图示内容说明：横坐标表示频率，单位GHz；纵坐标表示功率衰减，单位dB；Y1是回波损耗的指标，Y2是耦合度指标，Y3是隔离度指标；左下角是三根线上1900MHz频率点的指标读数。 

两种双定向耦合器主要指标如下表1所示。 

表1两种耦合器主要指标对比 

指标	回波损耗	耦合度	隔离度	方向性
					传统耦合器	30.60dB	27.57dB	69.07dB	41.50dB
本发明耦合器	42.46dB	31.07dB	72.66dB	41.59dB

从表1可以看出，耦合度、隔离度和方向性三项指标没有明显的差别，但是在回波损耗 这个指标上，本发明双定向耦合器明显比传统的要好。这是本发明双定向耦合器结构简单，匹配比较容易实现的结果。 

另外，在高低温工作环境测试的时候，本发明双定向耦合器因为结构简单，指标更加稳定。批量生产实践证明，本发明双定向耦合器指标比传统的稳定性高66.7％。 

生产效率优势： 

传统的双定向耦合器由于装配的零部件比较多，涉及到三根导杆、四个绝缘子、四根镀银铜丝和一块介质板，因此产品在批量生产的时候装配一致性难以保证，装配完成后需要花费大量的时间和精力去调试介质板的阻抗匹配和信号衰减，否则实际测试指标难以达到仿真的指标水平。 

本发明双定向耦合器装配的时候只需要固定主信号导杆和安装一块介质板，装配工艺简单，批量生产的时候容易控制。另外，影响指标的因素只有介质板中的耦合微带线和主导杆之间的相对位置，因此调试难度很小，甚至部分耦合器可以免调就能实现要求的指标。基于结构上较传统的双定向耦合器优势比较明显，改进后的双定向耦合器在大批量生产的时候，效率能够得到极大的提高，从而在相同的时间内实现更大的产能。 

Claims (1)

1.双定向耦合器，其特征是包括空心圆柱体状的腔体(1)以及设置在所述腔体内腔中的传输主信号的均匀电导体金属杆(7)，在所述腔体(1)的侧部设置有两个共线的分别传输正向耦合信号和反相耦合信号的微带线(8)，所述微带线的外侧覆盖有介质板(5)。

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