CN104112895A - 一种微波频段可调微带定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种微波频段微带可调定向耦合器，其特征在于：包括下介质板(1)，上介质板(2)多节微带线(3)(4)(5)金属圆盘(7)调节杆(8)，整个可调微带定向耦合器结构紧凑简单，易于加工。具体来说，本发明工作在1-5GHz波段内，通过调整金属圆盘和微带线相对位置关系，实现了调节耦合度的作用。通过多节耦合器的设计，实现了良好的工作带宽。通过附加在微带上的介质板，挽救了一些因为调节耦合度而损失的方向性。

Description

一种微波频段可调微带定向耦合器

技术领域

本发明属于微波工程技术领域，具体来说是一种可以调节耦合度的微带定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种四端口的无源微波器件，它的四个端口分别是输入端口，直通端口，耦合端口和隔离端口。定向耦合器用于功率隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。宏观一些来说，它在例如电子对抗，通信系统，电子仪器测量和雷达系统中都必不可少。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。所谓定向，是指在主线上传播的信号，被耦合到副线上的时候，只会在一个方向上传播。而且在理想状态下，另一个方向上是不需要有信号的，所以最好信号不要在另一方向上传播。

发明内容

现在大多数的定向耦合器，其关键参数之一耦合度，都是不可调节的。既耦合端输出的信号只能是输入的固定百分比，但是在微波技术广泛应用和发展的今天，层出不穷的各种应用和测试场合使得耦合度可调节的耦合器越来越有价值。而微带定向耦合器因为其应用的广泛，更有可调节的需要。

本发明所设计的可调定向耦合器工作在1-5GHz波段内，工作带宽较高。利用金属圆盘与微带线靠近时产生的电容，来调节耦合度的大小。为了提高方向性，在微带上再加一层介质板。

附图说明：

图1为本发明-微波频段可调微带定向耦合器的三维图

图2为本发明-微波频段可调微带定向耦合器的前视三视图

图3为本发明-微波频段可调微带定向耦合器未装配金属盘的时候，S参数曲线

图4为本发明在金属圆盘的调节下，耦合端的S(3,1)曲线

图5为本发明在金属圆盘的调节下，输入端的S(1,1)曲线

图6为本发明在金属圆盘的调节下，直通端口的S(2,1)曲线

图7为本发明在金属圆盘的调节下，隔离端口的S(4,1)曲线

具体实施方案

图1和2描述了本发明的具体实施方案。依图1和2所示，本可调微带定向耦合器包括下介质板(1)，微带线输入部分(2)微带线第一段(3)微带线第二段(4)微带线第三段(5)上介质板(6)调节金属盘(7)调节杆(8)，过渡微带(9)，缝隙(10)。

微带贴片天线的下介质板的尺寸为112mm×31.31mm×1mm3，上介质板尺寸为112mm×31.31mm×1mm3的基础上挖去五个部分。微带线的尺寸为，输入部分3.08mm×8mm2，第一、三段18.28mm×3.09mm2，第二段18.28mm×2.99mm2，过渡段宽度1.5mm，缝隙的尺寸为0.4mm×3.08mm2，金属圆盘半径1.5mm，厚度为3mm。本发明采用金属圆盘靠近微带来改变耦合度，由于改变耦合度的时候方向性变差，而且耦合器对方向性有所要求，所以在微带线上再加一层介质板，保证耦合器的方向性。为了展宽带宽，本设计采用多节(三节)耦合的方法。对金属圆盘距离微带线加以改动，从而改变电容大小，以达到调节耦合度的目的。耦合度随圆盘距离的变化通过螺纹金属杆来调节，而螺纹金属杆是由在屏蔽盒上所安装的压铆螺母固定住的。

本发明微波频段可调微带定向耦合器工作原理如下：

因为单节微带耦合器的带宽不够宽，所以本发明采用的三节微带耦合器可将其带宽展宽至1-5GHz。为了调节耦合度，引入一个高度可以调节的金属圆盘，通过调节该圆盘与微带线的距离来引入一个可变的电容，从而使得耦合到副线上的信号大小有所变化，从而达到调节耦合度的目的。

本发明采用了Ansoft公司的HFSS三维电磁仿真软件对本发明进行了仿真。

图3是未装配金属盘的时候，S参数曲线。由图上可以看到，顶端的一条曲线是输出端口S(2,1)，绝大部分的能量通过直通端口直接输出；由上到下第二条曲线是耦合端口S(3,1)，最低约-22dB，最高约-20dB；；第三条曲线是输入端口S(1,1)，最高达-20dB，最低略高于-35dB；第四条为隔离端口S(4,1)，对比与S(3,1)，可见其方向性良好。

图4是在金属圆盘的调节下，耦合端的S(3,1)曲线。图中曲线反应的是金属圆盘距离微带线的距离从0.05mm到2.05mm范围内变化时，耦合度的变化情况。可见S(3,1)可从-7dB至-21dB左右变化。最上面一根曲线是金属圆盘与微带线距离0.05mm时的耦合度。在其之下是金属盘距离微带线增大S(3,1)的变化情况。两者距离越远，耦合度越小。

图5是在金属圆盘的调节下，输入端的S(1,1)曲线。其中大约-10dB的曲线是金属和微带线非常近(0.05mm)时的S(1,1)曲线，接近极限情况(两者接触)，实用时应该避免接触。其下方是曲线是金属和微带线距离从0.05mm均匀变化到2.05mm时的S(1,1)曲线。

图6是在金属圆盘的调节下，直通端口的S(2,1)曲线。可见绝大部分信号都通过主线到达直通端。

图7为本发明在金属圆盘的调节下，隔离端口的S(4,1)曲线。图中曲线反应的是金属圆盘距离微带线的距离从0.05mm到2.05mm范围内变化时，隔离度的变化情况。同样，其中大约-10dB的是曲线金属和微带线非常近(0.05mm)时的S(4,1)曲线，接近极限情况(接触)，实用时应该避免二者接触。其下方是曲线是金属和微带线距离从0.05mm均匀变化到2.05mm时的S(4,1)曲线。

本发明各项指标良好，而且结构紧凑，易于加工且具有高度可设计性，因此有着很强的实用性和竞争力。

以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种微波频段可调微带定向耦合器，其特征在于：包括可以金属圆盘(7)，微带线(3)微带线(4)，微带线(5)，螺纹金属杆调节装置的设计(8)，适用于1-5GHz微波频段，以及用于修补方向性损失的上层介质板(6)，整个耦合器结构紧凑简单，易于加工。

2.根据权利要求1所述的一种微波频段可调微带定向耦合器，是通过调节金属圆盘与微带线的相对距离，来达到调节耦合度的效果。

3.根据权利要求1所述的一种微波频段可调微带定向耦合器，通过多节耦合器的设计来实现展开带宽的目的，工作在1-5GHz。

4.根据权利要求1所述的一种微波频段可调微带定向耦合器，通过添加上层介质板，来补偿一些因为调节耦合度而带来的方向性的丢失。

5.根据权利要求1所述的一种微波频段可调微带定向耦合器，通过在屏蔽盒顶盖上使用压铆螺母，螺纹金属杆穿过压铆螺母，来达到固定调节装置的作用。