CN102903992B - 耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耦合装置，包括具有微带线结构的耦合器和滤波电路，所述耦合器包括输入端、直通输出端、隔离端和耦合输出端，所述滤波电路串接在所述耦合器的直通输出端与隔离端之间，以使从所述耦合器输入端进入的电流流经直通输出端后通过滤波电路传输至隔离端，并由耦合输出端输出。本发明的耦合装置通过在耦合器的直通输出端和隔离端之间增加滤波电路，从而使得低频电流可以通过耦合装置，由直通输出端和耦合输出端输出分别为远端节点供电，而又不影响平行耦合缝隙之间的射频信号的耦合，实现了通过耦合装置传输电流的功能，而且不必增加耦合装置与外部器件的接头数量，进而提高了系统的稳定性。

Description

耦合装置

技术领域

本发明涉及共缆传输技术，尤其涉及一种耦合装置。

背景技术

共缆传输技术是一种射频宽带技术，它是将需要传输的视频、音频或数据基带信号搭载在高频载波上传输，到达目的地后，再从载波里分离出基带信号。由于射频同轴电缆的频率带宽可达0～3GHz以上，而直流电的频率是0Hz，交流电的频率是50Hz，因此直流电和交流电也都可以通过同轴电缆共同传输，如在输入端，可以采用电源插入器（或者称远供单元）完成电源与高频载波的混合，提供高频通路和隔离高频与电源的信号通道。在信号到达远端后，再利用分离器，将高频信号和电源分离开，以实现多系统、多信号可以通过“一根电缆”双向传输。

在LTE MIMO室内分布系统中，其远端节点为有源模块，且通常部署在室内天花板中，如果采用直接供电的方式，则需要在每一个远端节点上设置电源，显然实现难度和改造成本极大。因此共缆传输是一种极好的选择，但是，由于LTE MIMO室内分布系统需要将一路射频信号按比例分成多路传输至不同的远端节点，因此就需要用到功率分配元器件如耦合器以实现功率分配。图1为耦合器的内部结构示意图，如图1所示，该耦合器内部采用微带线结构，包括主传输线1-2和辅传输线4-3，其中1为输入端、2为直通输出端、3为隔离端、4为耦合输出端，由于耦合输出端4与输入端1之间并不连续，因此电流无法通过耦合输出端4为远端节点供电。基于此，有人提出在耦合器的输入端1和耦合输出端4分别增加过流器，以实现从输入端1输入的电流可以通过耦合输出端4为远端节点供电，图2为增加过流器的耦合器的输出示意图。

在实现上述现有技术的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：新增加器件不仅需要重新铺设，增大改造难度，而且还增加了耦合器与外部新增器件的接头数量和潜在故障点，从而降低了系统稳定性，增大了系统改造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合装置，可以直接替换原有耦合器，以实现在不增加过流器的情况下使得电流能够通过耦合装置的耦合输出端为远端节点供电。

本发明提供了一种耦合装置，包括具有微带线结构的耦合器和滤波电路，所述耦合器包括输入端、直通输出端、隔离端和耦合输出端，所述滤波电路串接在所述耦合器的直通输出端与隔离端之间，以使从所述耦合器输入端进入的电流流经直通输出端后通过滤波电路传输至隔离端，并由耦合输出端输出。

采用上述本发明技术方案的有益效果是：本发明的耦合装置通过在耦合器的直通输出端和隔离端之间增加滤波电路，从而使得低频电流可以通过耦合装置，由直通输出端和耦合输出端输出分别为远端节点供电，而又不影响平行耦合缝隙之间的射频信号的耦合，实现了通过耦合装置传输电流的功能，而且不必增加耦合装置与外部器件的接头数量，进而提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为耦合器的内部结构示意图；

图2为增加过流器的耦合器的输出示意图；

图3为本发明中耦合装置实施例一的结构示意图；

图4为本发明中耦合器的等效电路图；

图5为本发明中耦合装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图3为本发明中耦合装置实施例一的结构示意图，如图3所示，所述耦合装置7可以包括上述图1所示的具有微带线结构的耦合器6和滤波电路5，所述耦合器6包括输入端1、直通输出端2、隔离端3和耦合输出端4，所述滤波电路5串接在所述耦合器6的直通输出端2与隔离端3之间，以使从所述耦合器6的输入端1进入的电流流经直通输出端2后通过滤波电路5传输至隔离端3，并由耦合输出端4输出。在本实施例中，所述耦合器6的内部包括两条微带线：主传输线1-2和辅传输线4-3，两条传输线平行设置，其长度分别为四分之一波长，其中，主传输线1-2包括所述输入端1和所述直通输出端2；辅传输线4-3包括所述隔离端3和所述耦合输出端4。

在本实施例中，耦合器的技术指标包括工作频带、插入损耗、耦合度、方向性和隔离度等，其中，工作频带与频率有关，是指耦合器的功能实现的波程相位关系；

插入损耗T，是指直通输出端2和输入端1的功率比率，通常用分贝（dB）表示，包括耦合损耗和导体介质的热损耗，可以采用如下公式表示：

$T\left(\mathrm{dB}\right)=-10*\lg \left|\frac{P_2}{P_1}\right|=10*\lg \frac{1}{{\left|S_{21}\right|}^2}$

其中，P₁是指输入端1的输入功率，P₂表示直通输出端2的输出功率，S₂₁表示从直通输出端2的输出功率与输入端1的输入功率的功率比值。

耦合度C，是指耦合输出端4与输入端1的功率比率，通常用dB表示，dB值越大，表示耦合输出端4输出的功率越小。耦合度的大小由耦合器的用途决定，通常采用如下公式表示：

$C\left(\mathrm{dB}\right)=-10*\lg \left|\frac{P_4}{P_1}\right|=10*\lg \frac{1}{{\left|S_{41}\right|}^2}$

其中，P₄表示耦合输出端4的输出功率，S₄₁表示从耦合输出端4的输出功率与输入端1的输入功率的功率比值。

方向性I，是指耦合输出端4与隔离端3的功率比率，通常用dB表示，在理想情况下，方向性可以为无限大，通常采用如下公式表示：

$I\left(\mathrm{dB}\right)=-10*\lg \left|\frac{P_4}{P_3}\right|=10*\lg \frac{1}{{\left|S_{43}\right|}^2}$

其中，P₃是指隔离端3的输出功率，S₄₃表示从耦合输出端4的输出功率与隔离端3的输出功率的功率比值。

隔离度D，是指输入端1与隔离端3的功率比率，通常用dB表示，理想情况下，隔离度为无限大，通常采用如下公式表示：

$D\left(\mathrm{dB}\right)=-10*\lg \left|\frac{P_1}{P_3}\right|=10*\lg \frac{1}{{\left|S_{31}\right|}^2}-10*\lg \frac{1}{{\left|S_{11}\right|}^2}$

其中，S₃表示隔离端3的输出功率与输入端1的输入功率的功率比值，S11表示输入端1的输入功率与输入端1反射回来的功率比值。

由于耦合器中电磁波在辅传输线上通过耦合输出端4的传播方向与主传输线上通过直通输出端2的传播方向相反，因此，这种耦合器也称为“反向定向耦合器”。图4为本发明中耦合器的等效电路图，如图4所示，当主传输线1-2中有高频交变电流（电磁波在导体中激励起的）i₁流过时，由于4-3线和1-2线相互靠近，故4-3线中能够耦合到电磁波能量，这种电磁波能量既通过电场（以耦合电容表示）又通过磁场（以耦合电感表示）耦合。通过耦合电容C的耦合，在辅传输线4-3中引起了传输方向相反的电流i_C4和i_C3。同时，由于i₁的交变磁场的作用，在辅传输线线4-3上有感应电流i_L。根据电磁感应定律，感应电流i_L的方向与i₁的方向相反，所以能量从输入端1输入，由耦合输出端4进行耦合，而在隔离端3，因为电耦合电流i_C3与磁耦合电流i_L的作用相反而能量相互抵消，故3为隔离端。

在实际应用中，通常只使用耦合器的3个端口，即输入端1、直通输出端2和耦合输出端4，隔离端3一般连接接匹配负载，所述匹配负载可以是50欧姆电阻。

进一步的，图3中所述的滤波电路5可以是低通滤波器，例如可以是电阻电容RC低通滤波器、电感电容LC低通滤波器或高阶低通滤波器中的任一种。

优选地，所述RC低通滤波器可以是双向RC低能滤波器，包括第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1，图5为本发明中耦合装置实施例二的结构示意图，如图5所示，所述第一电阻R1和第二电阻R2串接在所述耦合器的直通输出端2与隔离端3之间，所述电容C1的一端串接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，另一端接地。所述隔离端3另外还可以串接一个50欧姆的匹配负载电阻R3。

具体的，对于下行链路来说，射频信号和低频电流通过同轴电缆由输入端1进入耦合装置，通过主传输线1-2传输至直通输出端2；辅传输线4-3通过与主传输线1-2之间的平行缝隙S耦合出一部分射频信号，由耦合输出端4输出。而低频电流通过主传输线1-2传输至直通输出端2，通过直通输出端2输出电流至该路分支，从而为该路分支的设备供电，同时也通过与直通输出端2串接的RC低通滤波器即第一电阻R1和电容C1以及通过第二电阻R2传输至隔离端3，并经过辅传输线3-4传输至耦合输出端4，通过耦合输出端4输出电流至该路分支，从而为该路分支的设备供电。

对于上行链路来说，一路分支射频信号和低频电流通过直通输出端2直接传输回输入端1；另一路分支射频信号和低频电流通过耦合输出端4传输至微带线4-3，其中该路分支射频信号通过耦合由输入端1输出，该路分支低频电流通过微带线4-3传输至隔离端3，经过低通滤波器即第二电阻R2和电容C1以及通过第一电阻R1传输至直通传输端2，再由主传输线2-1传输回输入端1。

进一步的，对于图5中所示的RC低通滤波器，由于截止频率f＝1/（2*π*R*C），即允许0-f频段的信号通过，为了使得所述滤波器可以允许直流电0赫兹（HZ）和交流电50HZ通过，因此，在本实施例中需要合理设计第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1的取值，使得f1＝1/（2*π*R1*C1）与f2=1/（2*π*R2*C1）均大于50HZ，即R1*C1<0.01/π、R2*C1<0.01/π，从而可以使得直流电和交流电均可以通过滤波器在直通输出端2与隔离端3之间传输。

在上述实施例中，所述的耦合装置通过在耦合器的直通输出端2和隔离端3之间增加滤波电路，从而使得低频电流可以通过耦合装置，由直通输出端2和耦合输出端4输出分别为远端节点供电，而又不影响平行耦合缝隙之间的射频信号的耦合，实现了通过耦合装置传输电流的功能，而且不必增加耦合装置与外部器件的接头数量，进而提高了系统的稳定性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种耦合装置，其特征在于，包括具有微带线结构的耦合器，和滤波电路，所述耦合器包括输入端、直通输出端、隔离端和耦合输出端，所述滤波电路串接在所述耦合器的直通输出端与隔离端之间，以使从所述耦合器输入端进入的电流流经直通输出端后通过滤波电路传输至隔离端，并由耦合输出端输出；

所述滤波电路为低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述低通滤波器为电阻电容RC低通滤波器、电感电容LC低通滤波器或高阶低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的耦合装置，其特征在于，所述RC低通滤波器包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻和第二电阻串接在所述耦合器的直通输出端与隔离端之间，所述电容的一端串接在第一电阻和第二电阻之间，所述电容的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的耦合装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值R1、第二电阻的阻值R2和电容的容值C1的取值满足：R1*C1<0.01/π、R2*C1<0.01/π。