CN105470616B - 一种大功率高方向性同轴定向耦合器 - Google Patents

一种大功率高方向性同轴定向耦合器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率高方向性同轴定向耦合器，其包括直通接头组件、耦合接头组件、耦合腔体组件和隔离负载组件；耦合接头组件与隔离负载组件分别位于耦合腔体组件的一端；耦合腔体组件内部设有矩形腔体；在矩形腔体内设有直通内导体和耦合内导体，其中，直通内导体与直通接头组件的内导体连接并且直径相同；耦合内导体的两个端部分别与耦合接头组件及隔离负载组件的内导体接触；耦合内导体采用多节阶梯变换结构。本发明不仅能满足大功率测试系统的需要，而且具有超宽带、低损耗、高方向性的特点，解决了现有同轴定向耦合器相同带宽下耦合平坦度差、方向性不够高的问题。

Description

一种大功率高方向性同轴定向耦合器
技术领域
本发明涉及一种大功率高方向性同轴定向耦合器。
背景技术
定向耦合器在微波射频发射系统中应用广泛，尤其在大功率系统中作为功率信号耦合分离应用要求较高。定向耦合器由于传输方式及耦合形式多样，其结构形式设计种类不尽相同，对耦合频响和方向性等指标要求较高，大功率系统中对耦合器的损耗及耐压等也有较高要求，常见的定向耦合器的设计往往侧重于某项指标，多定制使用。
定向耦合器主要是由主路传输线和副路耦合线两部分组成。其传输线又分同轴线、带状线、微带线、矩形波导等。定向耦合器的耦合机理有四种：分支耦合、平行耦合、小孔耦合以及匹配双T。因此，根据不同需要，耦合器的设计可以有很多种方式。图1为常见的平行耦合线结构的定向耦合器，其中，①②为主线，③④为副线，长度为中心频率的1/4波长，①④两路彼此隔离，②③两路也彼此隔离。如果功率从①输入，则必自②③输出，此时②路称为直通端，③路称为耦合端，④路称为隔离端。这类定向耦合器早期为同轴线结构，它有两条内导体同置于一个外导体中。此后又出现带状线结构和微带线结构，这类传输线易于加工设计，整体体积也小，但承受功率低，多用于低功率系统中。
目前，常见的定向耦合器主要以微带耦合器，波导耦合器和同轴腔体耦合器为主。微带耦合器工作带宽窄，承受功率很小，多应用于小功率系统中；波导耦合器承受功率较大，但工作频率受限于波导本身的频带，不能应用于超宽带系统中；同轴耦合器承受功率较高，损耗低，在大功率系统中应用较多。在同轴耦合器中，其设计原理大同小异，主路副路结构多以单一同轴线或悬带线结构为主。
发明内容
本发明的目的在于提出一种大功率高方向性同轴定向耦合器，以增大耦合器的耦合带宽，提高其耦合平坦度，同时提高其方向性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大功率高方向性同轴定向耦合器，包括直通接头组件、耦合接头组件、耦合腔体组件和隔离负载组件；耦合接头组件与隔离负载组件分别位于耦合腔体组件的一端；耦合腔体组件内部设有矩形腔体；在矩形腔体内设有直通内导体和耦合内导体，其中，直通内导体与直通接头组件的内导体连接并且直径相同；耦合内导体的两个端部分别与耦合接头组件及隔离负载组件的内导体接触；耦合内导体采用多节阶梯变换结构。
优选地，所述矩形腔体为矩形空腔。
优选地，直通内导体的横截面为圆形。
优选地，耦合内导体的横截面为矩形。
优选地，耦合内导体由多节耦合内导体单元连接组成，且各节耦合内导体单元依次排列形成阶梯状。
优选地，在耦合内导体与直通内导体的距离较近的一端设有接地柱，接地柱贯穿耦合腔体组件；接地柱不接触耦合内导体，同时接地柱又不接触直通内导体。
优选地，在耦合腔体组件的内侧壁上设有若干个由吸波材料制成的吸收体。
优选地，在矩形腔体内设有用于支撑耦合内导体的支撑柱。
本发明具有如下优点：
本发明主路传输为同轴空气线结构，可以保证最小的插入损耗；耦合内导体多节阶梯结构可以大大提高耦合器的耦合带宽并且保证良好的带内平坦度；接地柱结构可以大大提高耦合器的方向性；整体结构设计使得耦合器的耐压大幅提高，可以达到百瓦甚至千瓦级。此外，本发明中耦合器的定制设计具有通用性，可以快速实现耦合指标的改变，进而满足不同测试系统的使用需求。
附图说明
图1为现有技术中平行耦合线结构的定向耦合器；
图2为本发明实施例1中一种大功率高方向性同轴定向耦合器的单定向耦合结构示意图；
图3为本发明实施例2中一种大功率高方向性同轴定向耦合器的双定向耦合结构示意图；
其中，1-直通接头组件，2-耦合接头组件，3-隔离负载组件，4-耦合腔体组件，5-直通内导体，6-耦合内导体，7-接地柱，8-吸收体，9-支撑柱，10-矩形腔体。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
本实施例1中的一种大功率高方向性同轴定向耦合器为单定向耦合器，如图2所示。
具体的，一种大功率高方向性同轴定向耦合器，包括直通接头组件1、耦合接头组件2、隔离负载组件3和耦合腔体组件4。
根据系统的使用频率和功率要求，直通接头组件1和隔离负载组件3接头部分可以设计成7-16型、N型、3.5mm、2.4mm等，同轴接头尺寸越大，耐功率容量越高。
耦合接头组件2与隔离负载组件3分别位于耦合腔体组件4的一端。
耦合腔体组件4内部设有矩形腔体10。在矩形腔体内设有直通内导体5和耦合内导体6。
直通内导体5的横截面为圆形，直通内导体5与直通接头组件1的内导体连接并且直径相同，使得定向耦合器的主路传输具有很小的插入损耗和回波损耗。
耦合内导体6的横截面为矩形，该耦合内导体6采用多节阶梯变换结构，与同轴直通内导体5靠近，可以实现多节平行耦合。具体的，耦合内导体6由多节耦合内导体单元连接组成，且各节耦合内导体单元依次排列形成阶梯状，如图2所示。多节耦合可以增大定向耦合器的耦合带宽，节数越多，带宽越宽，而且可以通过改变阶梯结构的间距提高耦合平坦度。
耦合内导体6的两个端部分别与耦合接头组件2及隔离负载组件3的内导体接触。
在耦合内导体6与直通内导体5的距离较近的一端(在图2中为矩形腔体10的右侧耦合内导体6的拐点处)设有接地柱7，接地柱7为圆柱结构，接地柱贯穿耦合腔体组件4，并且保证与耦合腔体组件4良好接触。
接地柱7不接触耦合内导体6，同时接地柱7又不接触直通内导体5。其作用是在耦合内导体6与直通内导体5之间增加隔离，使得耦合器的方向性大大提高。
此外，在耦合腔体组件的内侧壁上设有若干个吸收体8，由吸波材料制成，目的在于吸收多余信号波，减少腔内信号反射，降低副路回波损耗。
在矩形腔体10内设有用于支撑耦合内导体6的支撑柱9，使耦合内导体6的位置保持在矩形腔体10的中心位置。
优选地，矩形腔体10为矩形空腔。当然还可以根据实际功率需要，在矩形腔体10的内部填充介质材料，增大耦合器功率容量。
矩形腔体10分段加工，在分段处设置垫片，通过加减垫片数量实现耦合度的调节。
本实施例1中的定向耦合器可以使得耦合器在对应频段内的耐压功率最大化，满足大功率测试系统的使用需求。
本实施例1具有设计通用性和可调性。通过改变耦合内导体6和直通内导体5的间距可改变耦合度，通过改变耦合内导体6每节的长度可改变耦合器的耦合频率，可定制化程度高。
实施例2
本实施例2中的一种大功率高方向性同轴定向耦合器为双定向耦合器，如图3所示。
本实施例2可以同时实现两个耦合器的功能，能对输入信号及输出反射信号同时进行耦合，其结构关于中心位置旋转对称。本实施例2中定向耦合器的结构可以参照上述实施例1。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (1)

1.一种大功率高方向性同轴定向耦合器，其特征在于，包括直通接头组件、耦合接头组件、耦合腔体组件和隔离负载组件；耦合接头组件与隔离负载组件分别位于耦合腔体组件的一端；耦合腔体组件内部设有矩形腔体；在矩形腔体内设有直通内导体和耦合内导体，其中，直通内导体与直通接头组件的内导体连接并且直径相同；耦合内导体的两个端部分别与耦合接头组件及隔离负载组件的内导体接触；耦合内导体采用多节阶梯变换结构；耦合内导体由多节耦合内导体单元连接组成，且各节耦合内导体单元依次排列形成阶梯状；在耦合内导体与直通内导体的距离较近的一端设有接地柱，接地柱贯穿耦合腔体组件；接地柱不接触耦合内导体，同时接地柱又不接触直通内导体；在耦合腔体组件的内侧壁上设有若干个由吸波材料制成的吸收体；在矩形腔体内设有用于支撑耦合内导体的支撑柱；矩形腔体分段加工，在分段处设置垫片，通过加减垫片数量实现耦合度的调节；改变耦合内导体和直通内导体的间距可改变耦合度；矩形腔体为矩形空腔；直通内导体的横截面为圆形；耦合内导体的横截面为矩形。
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