CN106207362A - 小型化高功率定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种小型化高功率定向耦合器，包括直通输入接头、直通输出接头、耦合接头、耦合腔体和隔离负载组件，直通输入接头、直通输出接头、耦合接头和隔离负载组件分别连接耦合腔体，直通输入接头内设置有直通输入内导体，直通输出接头内设置有直通输出内导体，耦合接头内设置有耦合输出内导体，耦合腔体内设置有直通内导体和耦合内导体，直通输入内导体经直通内导体连接直通输出内导体，耦合输出内导体经耦合内导体连接隔离负载组件，直通内导体呈直线分布，与直通内导体相靠近的耦合内导体的中间部分所在直线和直通内导体所在直线不平行。本发明的有益效果为：在实现较好的耦合带宽指标的基础上，满足体积小且承受大功率。
Description
技术领域
本发明涉及定向耦合器技术领域，特别是涉及一种小型化高功率定向耦合器。
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检测应用较多，在大功率系统中对耦合器的损耗及耐压等也有较高要求。高功率定向耦合器一般采用同轴线或悬带线耦合形式，通常情况下，耦合器的工作频率越低其体积就越大，因此对集成到系统内部的定向耦合器来说，其小型化设计十分必要。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。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，定向耦合器的单节耦合线长度通常为中心频率的1/4波长。频率跟波长是反比关系，因此对于此类耦合器而言，工作频率越低，其传输线的长度就越长，体积就会越大。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。此后又出现了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，不能用于有功率要求的系统中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化高功率定向耦合器，解决现有定向耦合器在实现较优性能的基础上不能同时满足体积小且承受大功率的问题。
本发明提供一种小型化高功率定向耦合器，包括直通输入接头、直通输出接头、耦合接头、耦合腔体和隔离负载组件，直通输入接头、直通输出接头、耦合接头和隔离负载组件分别连接耦合腔体，直通输入接头内设置有直通输入内导体，直通输出接头内设置有直通输出内导体，耦合接头内设置有耦合输出内导体，耦合腔体内设置有直通内导体和耦合内导体，直通输入内导体经直通内导体连接直通输出内导体，耦合输出内导体经耦合内导体连接隔离负载组件，直通内导体呈直线分布，与直通内导体相靠近的耦合内导体的中间部分所在直线和直通内导体所在直线不平行。
进一步的，耦合腔体内填充有介电常数较低的介质材料。
进一步的，所述的介质材料为聚四氟乙烯材料。
进一步的，直通内导体、直通输入内导体以及直通输出内导体的横截面相同。
进一步的，直通内导体的横截面为圆形。
进一步的，直通输入内导体以及直通输出内导体的横截面为圆形
进一步的，耦合内导体的横截面为矩形。
进一步的，耦合腔体包括相互连通的圆柱内腔和长方体内腔，直通内导体位于圆柱内腔中，耦合内导体位于长方体内腔中。
进一步的，直通输入接头、直通输出接头、耦合接头的特性阻抗与隔离负载组件的电阻阻值相同。
进一步的，耦合内导体的两端所在直线与耦合内导体的中间部分所在直线相交，耦合内导体的两端分别连接耦合输出内导体和隔离负载组件。
与现有技术相比，本发明的小型化高功率定向耦合器具有以下特点和优点：
1、本发明的小型化高功率定向耦合器，直通内导体与耦合内导体耦合，直通内导体呈直线分布，与直通内导体相靠近的耦合内导体的中间部分所在直线和直通内导体所在直线不平行，而是呈一定角度，增大了工作带宽，实现较好的宽带耦合，在实现相同带宽和承受相同功率的条件下，采用直通内导体、直通输入内导体以及直通输出内导体三者构成同轴传输线结构的主路传输部分与耦合内导体整体构成带状传输结构的副路耦合部分进行耦合的耦合结构，可以使定向耦合器承受较大功率，且其体积相对于其他定向耦合器体积大大缩减，更容易使其集成到系统内部；
2、本发明的小型化高功率定向耦合器，与直通内导体相靠近的耦合内导体的中间部分所在直线和直通内导体所在直线呈一定角度，可以通过调节耦合内导体与直通内导体的倾斜角度和间距来改变耦合度指标；
3、本发明的小型化高功率定向耦合器，将介电常数较低的介质材料充填在耦合腔体中，一方面，对直通内导体和耦合内导体起到支撑的作用，另一方面，从信号传输理论的角度，通过有限的增大腔体内的介电常数以减小信号波长，从而使耦合内导体的长度缩减，以进一步使定向耦合器实现小型化，填充的介电常数较低的介质材料又可以使定向耦合器承受的功率大大增加。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中平行耦合线结构的定向耦合器原理示意图；
图2为本发明实施例中小型化高功率定向耦合器的结构示意图；
图3为本发明实施例中小型化高功率定向耦合器的侧面剖视图；
其中，
1、直通输入接头，11、直通输入内导体，2、直通输出接头，21、直通输出内导体，3、耦合接头，31、耦合输出内导体，4、耦合腔体，41、圆柱内腔，42、长方体内腔，5、直通内导体，6、耦合内导体，7、介质材料，8、隔离负载组件。
具体实施方式
如图2、图3所示，本实施例提供一种小型化高功率定向耦合器，直通输入接头1和直通输出接头2分别装配连接于耦合腔体4的相对的两侧，耦合接头3装配连接耦合腔体4且耦合接头3与直通输入接头1同侧，隔离负载组件8装配连接耦合腔体4且隔离负载组件8与耦合接头3分别位于耦合腔体4的相邻侧。直通输入接头1的内部包裹有直通输入内导体11，直通输出接头2的内部包裹有直通输出内导体21，耦合接头3内包裹有耦合输出内导体31。耦合腔体4包括相互连通的圆柱内腔41和长方体内腔42，直通内导体5为横截面为圆形的圆柱体同轴传输线结构，耦合内导体6为横截面为矩形的带状传输结构，将直通内导体5设置于圆柱内腔41中，将耦合内导体6位于长方体内腔42中，便于直通内导体5和耦合内导体6的定位和装配。直通输入内导体11经直通内导体5连接直通输出内导体21，直通内导体5、直通输入内导体11以及直通输出内导体21的横截面相同，三者的横截面均为圆形，直通内导体5、直通输入内导体11以及直通输出内导体21三者构成同轴传输线结构的主路传输部分，使定向耦合器的主路传输具有很小的插入损耗和回波损耗，减少主路传输的信号反射。耦合内导体6的横截面为矩形，耦合内导体6整体构成带状传输结构的副路耦合部分，耦合内导体6的两端所在直线与耦合内导体6的中间部分所在直线相交，耦合内导体6的两端分别连接耦合输出内导体31和隔离负载组件8，便于调节耦合内导体6的中间部分与直通内导体5的位置关系，并且方便耦合接头3和隔离负载组件8在耦合腔体4上的布置。采用直通内导体5、直通输入内导体11以及直通输出内导体21三者构成同轴传输线结构的主路传输部分与耦合内导体6整体构成带状传输结构的副路耦合部分进行耦合的耦合结构，可以使定向耦合器承受较大功率，且其体积相对于其他定向耦合器体积大大缩减，更容易使其集成到系统内部。耦合内导体6的两端所在直线与耦合内导体6的中间部分所在直线相交，形象的说，耦合内导体6的前端和后端弯折。耦合内导体6的前端和后端分别连接耦合输出内导体31和隔离负载组件8，耦合内导体6的前端、中间部分和后端一体成形，以简化耦合内导体6的加工工艺。耦合内导体经耦合内导体6连接隔离负载组件。直通输入接头1、直通输出接头2、耦合接头3特性阻抗均为标准50欧姆同轴接头，隔离负载组件8的电阻阻值也为50欧姆，以实现隔离负载组件8的信号吸收匹配。直通内导体5呈直线分布，与直通内导体5相靠近的耦合内导体6的中间部分所在直线和直通内导体5所在直线不平行，而是呈一定的角度，耦合内导体6的中间部分与直通内导体5相耦合，该种耦合结构增大了定向耦合器的耦合带宽，在实现相同带宽和承受相同功率的条件下，本实施例中的上述小型化高功率定向耦合器，其体积相对于其他定向耦合器，体积大大缩减，更容易使其集成到系统内部。耦合腔体4中的圆柱内腔41和长方体内腔42内均填充有介电常数较低的介质材料7，本实施例中的介质材料7为聚四氟乙烯材料。将介电常数较低的介质材料充填在耦合腔体4中，一方面，对直通内导体5和耦合内导体6起到支撑的作用，另一方面，从信号传输理论的角度，通过有限的增大腔体内的介电常数以减小信号波长，从而使耦合内导体6的长度缩减，以进一步使本实施例中的定向耦合器实现小型化，填充的介电常数较低的介质材料又可以使定向耦合器承受的功率大大增加。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型化高功率定向耦合器，其特征在于：包括直通输入接头、直通输出接头、耦合接头、耦合腔体和隔离负载组件，直通输入接头、直通输出接头、耦合接头和隔离负载组件分别连接耦合腔体，直通输入接头内设置有直通输入内导体，直通输出接头内设置有直通输出内导体，耦合接头内设置有耦合输出内导体，耦合腔体内设置有直通内导体和耦合内导体，直通输入内导体经直通内导体连接直通输出内导体，耦合输出内导体经耦合内导体连接隔离负载组件，直通内导体呈直线分布，与直通内导体相靠近的耦合内导体的中间部分所在直线和直通内导体所在直线不平行。
2.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：耦合腔体内填充有介电常数较低的介质材料。
3.根据权利要求2所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：所述的介质材料为聚四氟乙烯材料。
4.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：直通内导体、直通输入内导体以及直通输出内导体的横截面相同。
5.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：直通内导体的横截面为圆形。
6.根据权利要求5所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：直通输入内导体以及直通输出内导体的横截面为圆形。
7.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：耦合内导体的横截面为矩形。
8.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：耦合腔体包括相互连通的圆柱内腔和长方体内腔，直通内导体位于圆柱内腔中，耦合内导体位于长方体内腔中。
9.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：直通输入接头、直通输出接头、耦合接头的特性阻抗与隔离负载组件的电阻阻值相同。
10.根据权利要求1所述的小型化高功率定向耦合器，其特征在于：耦合内导体的两端所在直线与耦合内导体的中间部分所在直线相交，耦合内导体的两端分别连接耦合输出内导体和隔离负载组件。
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