CN106411365A - 一种微波信号耦合装置 - Google Patents

Abstract

一种微波信号耦合装置，包括微带板、传输微带、耦合器、分配器、π衰减器、检波器V1、滤波电路、接地微带、电阻R6，分配器第一输出端和第二输出端之间设置有隔离电阻R1。耦合器包括输入端和三个输出端，三个输出端分别为耦合器第一输出端、耦合器第二输出端、耦合器第三输出端，耦合器的第一输入端作为整个装置的输入端，耦合器第二输出端作为整个装置的第一输出端，耦合器第二输出端与分配器的输入端连接。分配器的第一输出端作为装置的第二输出端，分配器的第二输出端、π衰减器的输入端、π衰减器的输出端、检波器V1、滤波电路的输入端逐一通过传输微带串联连接。该装置的优点在于功能先进、质量可靠、使用方便、适用广泛。

Description

一种微波信号耦合装置

技术领域

本发明涉及微波领域，尤其涉及一种微波信号耦合装置。

背景技术

随着微波技术的发展和进步，微波固态组件已经大规模应用到雷达、通讯、气象、安全检测等行业，给我们的日常生活带来了更多安全和方便。随着社会的发展和进步，各个行业也对各类微波固态组件功能先进性和质量稳定性提出了更高的要求，以应对日新月异的社会发展。

目前各类微波固态组件都存在测试方法复杂、功能单一、产品的质量稳定性差等问题。这些现实的问题都促使着微波器件向功能先进，质量稳定的方向更新换代。微波信号耦合器是微波固态组件中的一个重要器件。现在市场上多数耦合器都是四端口器件分别是：输入端、输出端、耦合端、匹配端，其中耦合端是检查组件功能唯一的端口。耦合端口输出的信号是微波信号，此信号不能直接用作控制信号，需要经过高频电缆传输到检波器V1，然后检波出连续或脉冲电压信号作为控制信号，这也是终端显示系统直接指示或判断微波组件工作状态的控制信号。高频电缆和检波器V1都是贵重器件，而且微波信号传输对器件的要求很高，例如：电缆的接地不牢靠，接头松动都会造成微波信号无法传输。给组件增加故障隐患。此类耦合器功能也比较单一，也无法满足微波固态组件发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于传统的微波固态组件测试方法复杂、功能单一、产品的质量稳定性差等问题，因此在此提供一种微波信号耦合装置。

一种微波信号耦合装置，包括微带板和传输微带，其特征在于，还包括耦合器、分配器、π衰减器、检波器V1、滤波电路、接地微带、电阻R6且均设置在微带板上，所述分配器包括分配器第一输出端和第二输出端；所述π衰减器和滤波电路均包括输入端、输出端、接地端，所述接地端与接地微带连接；

所述耦合器包括输入端和三个输出端，所述三个输出端分别为耦合器第一输出端、耦合器第二输出端、耦合器第三输出端，所述耦合器的第一输入端作为整个装置的输入端，所述耦合器第二输出端作为整个装置的第一输出端，所述耦合器第二输出端与分配器的输入端连接，所述耦合器第三输出端通过传输微带与电阻R6连接；

所述分配器的第一输出端作为装置的第二输出端，所述分配器的第二输出端、π衰减器的输入端、π衰减器的输出端、检波器V1、滤波电路的输入端逐一通过传输微带串联连接，所述滤波电路的输出端通过传输微带与装置的第三输出端连接。

优化的，还包括隔离电阻R1，所述隔离电阻R1设置在分配器第一输出端和第二输出端之间。

优化的，所述分配器为1：2分配器。

优化的，所述耦合器包括主微带和耦合微带，所述耦合器的第一输入端为主微带的输入端，所述耦合器的第一输出端为主微带的输出端，所述耦合器的第二输出端为耦合微带的第一输出端，所述耦合器的第三输出端为耦合微带的第二输出端。

优化的，所述π衰减器包括电阻R2、电阻R3、电阻R4，所述电阻R2左端通过传输微带与分配器的第二输出端连接，右端通过传输微带与检波器V1左端连接，所述电阻R3一端与电阻R2的左端连接，另一端与接地微带连接，所述电阻R4的一端与电阻R2的右端连接，另一端与接地微带连接。

优化的，所述滤波电路包括电阻R5和滤波电容C1，所述电阻R5和电容C1并联连接，并联后一端与装置的第三输出端左侧的传输微带连接，另一端与接地微带连接。

优化的，所述装置的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端均使用SMA接头。

优化的，还包括金属盒体、金属盒体匹配的金属盖板、螺钉，所述微带板上设置过孔，所述金属盒体底部与过孔相对的位置设置有与螺钉匹配的螺纹孔，所述穿过过孔将微带板固定在金属盒体内。

优化的，所述检波器V1为检波二极管，所述的检波二极管的型号为2H10673。

优化的，所述电阻R6为法兰盘结构，所述电阻R6通过螺钉固定在金属盒体内。

优化的，所述装置的频段为2-3GHz；

所述耦合微带包括第三部分微带、第四部分微带、第五部分微带，所述第三部分微带右端、第四部分微带、第五部分微带左端依次逐一并行连接，其中第三部分微带的长度L3为6.1mm，宽度W2为1.9mm；第四部分微带的长度L4为2.5mm，宽度W3为3mm，第五部分微带的长度L5为16.4mm，宽度W4为2.4mm；

主微带包括第六部分微带、第七部分微带、第八部分微带，所述第六部分微带右端、第七部分微带、第八部分微带左端依次逐一并行连接，其中第六部分微带的长度L6为15.2mm，宽度W5为1.9mm，第七部分微带的长度L7为2.5mm，宽度W6为3mm；第八部分微带的长度L8为16.4mm，宽度W7为2.4mm；

主微带和耦合微带之间的距离如下，所述第三部分微带与第六部分微带之间的宽度S1为3mm，第四部分微带与第七部分微带之间的宽度S2为2.4mm，第五部分微带与第八部分微带之间的宽度S3为2.4mm；

分配器2由第一部分微带和第二部分微带组成，第一部分微带和第二部分微带对称设置，第一部分微带的长度L2＝16.5mm，宽度W1为1.4mm，分配器2的总宽度L1为9.1mm；

所述主微带的输入端设置在第六部分微带的左端，所述主微带的输出端设置在第八部分微带的右端，所述耦合微带的第一输出端为第三部分微带的左端，所述耦合微带的第二输出端为第五部分微带的右端。

本发明的优点在于：

(1)本发明该具有功能先进、质量可靠、使用方便、适用广泛。本发明能够实现两个端口输出耦合信号，装置的第三路输出端输出连续或脉冲电压信号，可以直接传送给监控电路，处理后用作终端系统监控信号或微波固态组件工作的指示信号；装置的第二路输出端输出的是微波信号，可以传送到组件对外端口，可以在组件正常工作时检测组件输出功率。同时本发明也可以用在微波测试系统搭建及外场测试过程中用作控制及检测信号的工装。

(2)本发明中电阻R1能对分配器两输出端进行信号隔离，一路出现短路、失配等情况，另一路能正常工作。

(3)本发明中分配器可以包括多个输出端口，这样可以输出多路经过耦合的耦合信号，在本方案中分配器为1：2分配器，这样结构简单，能够实现耦合信号、连续或脉冲电压信号作为两路分别输出。

(4)本发明中π衰减器可以根据要求更换电阻的阻值可以实现任意衰减，用来满足下一级检波器V1的输入功率要求。

(5)本发明中滤波电路对电路中的高频信号进行滤除，防止高频信号对电压信号的干扰。

(6)本发明中装置的输入端和输出端均使用SMA接头，更详细的，所述的SMA接头均为阴型接头，这样可以直接用电缆连接。

(7)本发明中本装置频段为2-3GHz，其中耦合器、分配器的微带长度和宽度是固定的。

附图说明

图1是本发明中微带结构图；

图2是本发明中微带结构图；

图3是微波信号耦合装置的结构图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种微波信号耦合装置，包括微带板7、传输微带4、耦合器1、分配器2、π衰减器5、检波器V1、滤波电路6、接地微带3、电阻R6，传输微带4、耦合器1、分配器2、π衰减器5、检波器V1、滤波电路6、接地微带3、电阻R6均设置在微带板7上。

分配器2包括分配器第一输出端和第二输出端，分配器第一输出端和第二输出端之间设置有隔离电阻R1。分配器2可以包括多个输出端口，这样可以输出多路经过耦合的耦合信号，优化的，在本方案中分配器2为1：2分配器，这样结构简单，能够实现耦合信号、连续或脉冲电压信号作为两路分别输出。电阻R1能对分配器2两输出端进行信号隔离，一路出现短路、失配等情况，另一路能正常工作。

π衰减器5和滤波电路6均包括输入端、输出端、接地端，π衰减器5和滤波电路6的接地端与接地微带3连接。π衰减器5可以根据要求更换电阻的阻值可以实现任意衰减，用来满足下一级检波器V1的输入功率要求。

π衰减器包括电阻R2、电阻R3、电阻R4，电阻R2左端通过传输微带4与分配器2的第二输出端连接，右端通过传输微带与检波器V1左端连接，电阻R3一端与电阻R2的左端连接，另一端与接地微带3连接，电阻R4的一端与电阻R2的右端连接，另一端与接地微带4连接。

滤波电路6包括电阻R5和滤波电容C1，电阻R5和电容C1并联连接，并联后一端与装置的第三输出端94左侧的传输微带4连接，另一端与接地微带4连接。滤波电路6对电路中的高频信号进行滤除，防止高频信号对电压信号的干扰。

耦合器1包括输入端和三个输出端，三个输出端分别为耦合器第一输出端、耦合器第二输出端、耦合器第三输出端，耦合器1的第一输入端作为整个装置的输入端91，耦合器1第二输出端作为整个装置的第一输出端92，耦合器1的第二输出端与分配器2的输入端连接，耦合器1的第三输出端通过传输微带4与电阻R6连接；

分配器2的第一输出端作为装置的第二输出端93，分配器2的第二输出端、π衰减器5的输入端、π衰减器5的输出端、检波器V1、滤波电路6的输入端逐一通过传输微带4串联连接，滤波电路6的输出端通过传输微带4与装置的第三输出端94连接。

耦合器包括主微带101和耦合微带102，耦合器1的第一输入端为主微带101的输入端，耦合器1的第一输出端为主微带101的输出端，耦合器1的第二输出端为耦合微带102的第一输出端，耦合器1的第三输出端为耦合微带102的第二输出端。

优化的，检波器V1为检波二极管，所述的检波二极管的型号为2H10673。

优化的，装置的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端均使用SMA接头。更详细的，该SMA接头均为阴型接头，这样可以直接用电缆连接。

还包括金属盒体8、金属盒体8匹配的金属盖板(图中未示出)、螺钉11，微带板7上设置过孔，金属盒体8底部与过孔相对的位置设置有与螺钉11匹配的螺纹孔，穿过过孔将微带板7固定在金属盒体内。电阻R6为法兰盘结构，电阻R6通过螺钉22固定在金属盒体8内。金属盒体8侧壁上开设有孔，SMA接头穿过孔与微带板7连接，并且SMA接头通过孔固定在金属盒体8的侧壁。

金属盖板可以采用铝、铜等材质金属，考虑到金属氧化，可以采取电镀不易氧化镀层或喷涂油漆。金属盖板上制作8个螺钉孔，在金属盒体相对的位置设置有与螺钉螺纹匹配的螺纹孔12。

在本实施方案中，装置的频段为2-3GHz，主微带101和耦合微带102之间的耦合度为30dB，装置的输入端和三个输出端形成4端口耦合网络。装置的第二输出端是微波信号耦合端口、装置的第三输出端是连续或脉冲电压信号耦合端口，该4个端口的匹配阻抗都是50Ω。

耦合微带102包括第三部分微带、第四部分微带、第五部分微带，第三部分微带右端、第四部分微带、第五部分微带左端依次逐一并行连接，其中第三部分微带的长度L3为6.1mm，宽度W2为1.9mm；第四部分微带的长度L4为2.5mm，宽度W3为3mm，第五部分微带的长度L5为16.4mm，宽度W4为2.4mm。

主微带101包括第六部分微带、第七部分微带、第八部分微带，第六部分微带右端、第七部分微带、第八部分微带左端依次逐一并行连接，其中第六部分微带的长度L6为15.2mm，宽度W5为1.9mm，第七部分微带的长度L7为2.5mm，宽度W6为3mm；第八部分微带的长度L8为16.4mm，宽度W7为2.4mm。

主微带101和耦合微带102之间的距离如下，第三部分微带与第六部分微带之间的宽度S1为3mm，第四部分微带与第七部分微带之间的宽度S2为2.4mm，第五部分微带与第八部分微带之间的宽度S3为2.4mm。

分配器2由第一部分微带和第二部分微带组成，第一部分微带和第二部分微带对称设置，第一部分微带的长度L2＝16.5mm，宽度W1为1.4mm，分配器2的总宽度L1为9.1mm。

主微带101的输入端设置在第六部分微带的左端，主微带101的输出端设置在第八部分微带的右端，耦合微带102的第一输出端为第三部分微带的左端，耦合微带102的第二输出端为第五部分微带的右端。

其中电阻R1阻值为100Ω，尺寸为81-7008TC。

π衰减器5中，R2＝39Ω、R3＝R4＝150Ω，组成6dB衰减网络；该衰减网络最大的优点就是根据要求更换电阻的阻值可以实现任意衰减，用来满足下一级检波二极管的输入功率要求。

检波二极管的功能是输入10-23dBm微波信号输出为0.8-1V的连续或脉冲电压信号。该检波二级管采取微带式封装设计，易焊接，可直接焊接在微带板7上。

其中滤波电路中，电阻R5为5.1KΩ，电容C1为100pF，封装分别为0805，电阻R5和电容C1焊接在微带板7上。

其中负载R6是耦合器匹配端口的吸收负载，阻值为50Ω，尺寸为32-1121，额定功率为50W。电路失配情况下吸收少量的微波信号，本装置的输入功率不大于2000W。

如果装置的输入端输入1000W(1000W＝60dBm)，装置的第一输出端92后端连接大功率器件，本耦合器的耦合度为30dB，耦合微带的第一输出端输出的耦合功率为1W(1W＝30dBm＝60dBm-30dB)，然后经过3dB分配器2的衰减后，分配器的第一输出端和分配器的第二输出端输出的功率均为0.5W(0.5W＝27dBm＝30dBm-3dB)，电阻R1阻值为100欧姆，它的作用就是使分配器2的第一输出端和分配器2的第二输出端两端口相互隔离，两端口的隔离度为10log100＝20dB，当一个端口出现短路、开路、失配的情况，它能使另一个端口正常工作。同时分配器2的第二输出端经过π衰减器5在本方案中设置为6dB，装置的第三输出端94的功率为0.125W(0.125W＝21vdBm＝27dBm-6dB)，此耦合微波信号经过检波二极管输出连续或脉冲电压信号，滤波电路6对高频信号进行滤除，装置的第三输出端输出的信号就是0.8-1v连续或脉冲电压信号。该耦合装置允许输入不大于2000W的任意功率，各个节点的微波信号大小计算方法相同。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波信号耦合装置，包括微带板和传输微带，其特征在于，还包括耦合器、分配器、π衰减器、检波器V1、滤波电路、接地微带、电阻R6且均设置在微带板上，所述分配器包括分配器第一输出端和第二输出端；所述π衰减器和滤波电路均包括输入端、输出端、接地端，所述接地端与接地微带连接；

所述耦合器包括输入端和三个输出端，所述三个输出端分别为耦合器第一输出端、耦合器第二输出端、耦合器第三输出端，所述耦合器的第一输入端作为整个装置的输入端，所述耦合器第二输出端作为整个装置的第一输出端，所述耦合器第二输出端与分配器的输入端连接，所述耦合器第三输出端通过传输微带与电阻R6连接；

所述分配器的第一输出端作为装置的第二输出端，所述分配器的第二输出端、π衰减器的输入端、π衰减器的输出端、检波器V1、滤波电路的输入端逐一通过传输微带串联连接，所述滤波电路的输出端通过传输微带与装置的第三输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，还包括隔离电阻R1，所述隔离电阻R1设置在分配器第一输出端和第二输出端之间。

3.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述分配器为1：2分配器。

4.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于,所述耦合器包括主微带和耦合微带，所述耦合器的第一输入端为主微带的输入端，所述耦合器的第一输出端为主微带的输出端，所述耦合器的第二输出端为耦合微带的第一输出端，所述耦合器的第三输出端为耦合微带的第二输出端。

5.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述π衰减器包括电阻R2、电阻R3、电阻R4，所述电阻R2左端通过传输微带与分配器的第二输出端连接，右端通过传输微带与检波器V1左端连接，所述电阻R3一端与电阻R2的左端连接，另一端与接地微带连接，所述电阻R4的一端与电阻R2的右端连接，另一端与接地微带连接。

6.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述滤波电路包括电阻R5和滤波电容C1，所述电阻R5和电容C1并联连接，并联后一端与装置的第三输出端左侧的传输微带连接，另一端与接地微带连接。

7.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述装置的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端均使用SMA接头。

8.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，还包括金属盒体、金属盒体匹配的金属盖板、螺钉，所述微带板上设置过孔，所述金属盒体底部与过孔相对的位置设置有与螺钉匹配的螺纹孔，所述穿过过孔将微带板固定在金属盒体内。

9.根据权利要求1所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述检波器V1为检波二极管，所述的检波二极管的型号为2H10673。

10.根据权利要求4所述的一种微波信号耦合装置，其特征在于，所述装置的频段为2-3GHz；

所述耦合微带包括第三部分微带、第四部分微带、第五部分微带，所述第三部分微带右端、第四部分微带、第五部分微带左端依次逐一并行连接，其中第三部分微带的长度L3为6.1mm，宽度W2为1.9mm；第四部分微带的长度L4为2.5mm，宽度W3为3mm，第五部分微带的长度L5为16.4mm，宽度W4为2.4mm；

主微带包括第六部分微带、第七部分微带、第八部分微带，所述第六部分微带右端、第七部分微带、第八部分微带左端依次逐一并行连接，其中第六部分微带的长度L6为15.2mm，宽度W5为1.9mm，第七部分微带的长度L7为2.5mm，宽度W6为3mm；第八部分微带的长度L8为16.4mm，宽度W7为2.4mm；

主微带和耦合微带之间的距离如下，所述第三部分微带与第六部分微带之间的宽度S1为3mm，第四部分微带与第七部分微带之间的宽度S2为2.4mm，第五部分微带与第八部分微带之间的宽度S3为2.4mm；

分配器2由第一部分微带和第二部分微带组成，第一部分微带和第二部分微带对称设置，第一部分微带的长度L2＝16.5mm，宽度W1为1.4mm，分配器2的总宽度L1为9.1mm；

所述主微带的输入端设置在第六部分微带的左端，所述主微带的输出端设置在第八部分微带的右端，所述耦合微带的第一输出端为第三部分微带的左端，所述耦合微带的第二输出端为第五部分微带的右端。