CN106816679B - 一种基于平行板传输线的定向电桥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试仪器领域，公开了一种基于平行板传输线的定向电桥，包括接地基板、磁环组、平行板传输线结构与电路模块，平行板传输线结构电性固定设置在接地基板上，磁环组包括多个尺寸相同的磁环，磁环组套设在平行板传输线结构外部，且与平行板传输线结构固定安装；电路模块与平行板传输线结构的末端连接；射频信号从平行板传输线结构的首端进入，经平行板传输线结构的首端至末端被分为相位相反的两路信号后，通过电路模块分别输出。本发明利用具有对称结构的平行板传输线结构，克服了同轴传输线的固有缺点，偏差值减小，大大减少电路调试的工作量，在平行板传输线结构的外部套设磁环，使电磁场分布主要集中在磁环内部。

Description

一种基于平行板传输线的定向电桥

技术领域

本发明涉及测试仪器领域，尤其涉及一种基于平行板传输线的定向电桥。

背景技术

矢量网络分析仪在通信与微波测试系统中应用非常广泛，一般包含信号源、接收机、测试装置几大部分。其中的测试装置主要包含定向电桥(或者定向耦合器)及转换开关等，由于定向耦合器很难覆盖频率低端，从而在低频段基本采用定向电桥装置。定向电桥装置的常用结构有：基于同轴传输线方式以及基于双绞线磁环绕制方式等。基于同轴传输线方式设计的定向电桥目前广泛应用到矢量网络分析仪中，例如中国电子科技集团公司第四十一研究所的系列产品。基于同轴线传输方式采用一段同轴传输线将信号分离后完成传输信号与耦合信号的测量，如专利CN104752801A中采用同轴电缆，并在同轴电缆的外部套设磁芯，信号从输入端口进入，经由功分电路分别从直通端口与耦合端口输出实现测量。

同轴线结构的电桥，由于同轴线本身结构不对称，且同轴线与外壳等其他结构存在电磁耦合导致电桥平衡值与理论计算值存在5％～15％的实际偏差，而在系统进行调试的时候，需要调整电桥中某个器件的值来弥补此误差，同时，还需要放置吸波材料弥补因电磁耦合导致的分布参数，这成为同轴线结构的电桥生产调试的制约因素，导致调试工作量很大。同时，为了减小分布参数的影响，同轴线本身外径很小(通常1毫米左右)，导致加工难度大，成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于平行板传输线的定向电桥。

一种基于平行板传输线的定向电桥，包括接地基板、磁环组、平行板传输线结构与电路模块，其中平行板传输线结构电性固定设置在接地基板上；

磁环组包括多个尺寸相同的磁环，磁环组套设在平行板传输线结构外部，且与平行板传输线结构固定安装；电路模块与平行板传输线结构的末端连接；射频信号从平行板传输线结构的首端进入，经平行板传输线结构的首端至末端被分为相位相反的两路信号后，通过电路模块分别输出。

进一步的，平行板传输线结构的外形为长条形，且由三层介质构成，平行板传输线结构的上层介质与下层介质为导体材料，平行板传输线结构的中层介质为绝缘体材料。

进一步的，平行板传输线结构具有原始信号输入端口和分离信号输出端口，其中原始信号输入端口与平行板传输线结构首端的上层介质和下层介质连接，信号输出端口与平行板传输线结构末端的上层介质和下层介质连接。

进一步的，电路模块包括输入端口、测试端口、耦合端口，其中输入端口与分离信号输出端口连接；

测试端口与耦合端口分别为电路模块的两个信号输出端；

从分离信号输出端口输出的相位相反的两路信号从输入端口进入，分别由测试端口与耦合端口输出。

进一步的，磁环组由间隔设置的低频磁环与高频磁环组成，其中低频磁环与高频磁环之间不接触。

进一步的，定向电桥还包括导电支撑块，平行板传输线结构通过导电支撑块固定设置在接地基板上，其中：

导电支撑块设置在平行板传输线结构的首端。

进一步的，电路模块还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、第一微带线、第二微带线，其中：

平行板传输线结构的上层介质与测试端口通过第一微带线连接；

电阻R1一端连接平行板传输线结构的下层介质，另一端接接地基板；

电阻R2一端连接平行板传输线结构的下层介质，一端与电容C1串联后通过第二微带线连接到耦合端口；

电阻R3、电阻R4、电阻R5并联，一端连接第一微带线，一端连接第二微带线。

进一步的，定向电桥还包括电路基板，电路模块中的电气元件均固定在电路基板上，电路基板背面全部覆铜并通过导电胶固定在接地基板上。

进一步的，高频磁环为镍锌材料，低频磁环为锰锌材料。

进一步的，平行板传输线结构的中层介质为聚四氟乙烯。

本发明的一种基于平行板传输线的定向电桥，具有以下有益效果：

1、利用具有对称结构的平行板传输线结构，克服了同轴传输线的固有缺点，偏差值减小，大大减少电路调试的工作量；

2、在平行板传输线结构的外部套设磁环组，使电磁场分布主要集中在磁环内部；

3、低频磁环与高频磁环的间隔设置，使电磁场分布更加对称；

4、电路模块中的电气元件固定在常规的电路基板上，在确保产品效果的情况下，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚的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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅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它附图。

图1为本发明的实施例的结构图；

图2为本发明的实施例的正视图；

图3为本发明的实施例的俯视图；

图4为本发明的实施例左视图；

图5为本发明的实施例右视图；

图6为本发明的实施例的平行板传输线结构的结构图；

图7为本发明的实施例的电路模块放大图；

图8为本发明的电路模块等效电路图；

图中：1-接地基板、2-磁环组、21-低频磁环、22-高频磁环、3-平行板传输线结构、31-上层介质、32-中层介质、33-下层介质、4-电路模块、5-导电支撑块、6-电阻R1、7-电阻R2、8-电阻R3、9-电阻R4、10-电阻R5、11-电容C1、12-第一微带线、13-第二微带线、14-电路基板。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图7所示，为本实施例的一种基于平行板传输线的定向电桥，包括接地基板1、磁环组2、平行板传输线结构3与电路模块4。平行板传输线结构3电性固定设置在接地基板1上；磁环组2包括多个尺寸相同的磁环，磁环组2套设在平行板传输线结构3外部，且与平行板传输线结构3固定安装；电路模块4与平行板传输线结构3的末端连接；射频信号从平行板传输线结构3的首端进入，经平行板传输线结构3的首端至末端被分为相位相反的两路信号后，通过电路模块4分别输出。优选的，接地基板1选用铝制材料，在定向电桥结构中的主要作用为支撑平行板传输线结构3，也作为系统接地端。磁环组2为现有技术中的铁氧体磁环，其内径与平行板传输线结构3的宽度相吻合，磁环的数量、厚度以及宽度等本实施例不做具体限定，本领域技术人员可根据经验自行确定。

具体的，定向电桥还包括导电支撑块5，平行板传输线结构3通过导电支撑块5固定设置在接地基板1上，导电支撑块5与接地基板1固定为一体。固定方式本实施例不做具体限定，优选的，选用导电胶将平行板传输线结构3固定在导电支撑块5上。导电支撑块5设置在平行板传输线结构3的首端，其材质选用与接地基板1材质相同的铝材料即可，且与接地基板1之间也为电性连接，如通过导电胶连接或焊接等。

具体的，平行板传输线结构3的外形为长条形，且由三层介质构成，平行板传输线结构3的上层介质31与下层介质33为导体材料，平行板传输线结构3的中层介质32为绝缘体材料，本实施例对平行板传输线结构3的材质不做具体限定，优选的，上层介质31与下层介质33由金属铜或者铜合金制成，中层介质32选择聚四氟乙烯材料制成。

具体的，磁环组2由间隔设置的低频磁环21与高频磁环组22成，低频磁环21与高频磁环22之间不接触。在现有技术中，由于锰锌材料主要适用于低频频段特性(低于1MHz)，镍锌材料主要适用于高频频段特性(高于1MHz)，所以优选的，本实施例中低频磁环21选用锰锌材料制成，高频磁环22选用镍锌材料制成。间隔设置的低频磁环21与高频磁环22可使电磁场分布更加对称。本实施例对低频磁环21及高频磁环22的设置个数不做具体限定，主要取决于平行板传输线结构3的长度，磁环组2的边缘既可设置为低频磁环21，也可设置为高频磁环22。

平行板传输线结构3的尺寸规格需要根据其特性阻抗确定，当确定测试所需特性阻抗后，根据以下计算方法确定平行板传输线结构3的尺寸规格：

设定平行板传输线结构3的高度为d，宽度为W，则平行板传输线结构3的特性阻抗值其中ε_r是介质的相对介电常数，根据使用环境的要求，依照上述特性阻抗值与平行板传输线结构3的尺寸关系进行选用即可。

具体的，平行板传输线结构3具有原始信号输入端口(图中未视)和分离信号输出端口，原始信号输入端口位于平行板传输线结构3的首端，且与平行板传输线结构3的上层介质31和下层介质33连接，信号输出端口与平行板传输线结构3末端的上层介质31和下层介质33连接。一般情况下，原始信号输入端口本体会集成设置在电路基板14上，之后通过导线连接等方式与平行板传输线结构3首端的上层介质31和下层介质33连接。

具体的，电路模块4包括输入端口、测试端口、耦合端口。其中输入端口与分离信号输出端口连接；测试端口与耦合端口分别为电路模块4的两个信号输出端；射频信号由原始信号输入端进入平行板传输线结构3，至分离信号输出端口输出后从电路模块4的输入端口进入，分别由测试端口与耦合端口输出。测试端口外接需要测量的器件。

电路模块4还包括电阻R1 6、电阻R2 7、电阻R3 8、电阻R4 9、电阻R5 10、电容C111、第一微带线12、第二微带线13，其中平行板传输线结构3的上层介质31与测试端口通过第一微带线12连接；电阻R1 6一端连接平行板传输线结构3的下层介质33，另一端连接接地基板1；电阻R2 7一端连接平行板传输线结构3的下层介质33，一端与电容C1 11串联后通过第二微带线13连接到耦合端口，电阻R1 6、电阻R2 7的阻值以及电容C1 11的电容值本实施例不做具体限定，根据实际应用情况选用即可；电阻R3 8、电阻R4 9、电阻R5 10并联，一端连接第一微带线12，一端连接第二微带线13，在系统调试时，只需调节电阻R3 8、电阻R4 9、电阻R5 10中任意一个电阻的阻值来弥补分布参数的影响即可；第一微带线12与第二微带线13的阻抗值本实施例不做具体限定，可根据使用条件另行确定。电路模块4的等效电路图可参照图8所示。

具体的，定向电桥还包括电路基板14，电路模块4中的电气元件均固定在电路基板14上，电路基板14背面全部覆铜并通过导电胶固定在接地基板1上。由于电路基板14位于电阻R1 6与接地基板1之间，可在电路基板14的相应位置开小孔，即可实现电阻R1 6与接地基板1的连接。电路基板14的具体材质本实施例不做限定，现有的产品中可根据情况自行选用。

整个基于平行板传输线的定向电桥，利用具有对称结构的平行板传输线结构，克服了同轴传输线的固有缺点，偏差值减小，大大减少电路调试的工作量；在平行板传输线结构的外部套设磁环，使电磁场分布主要集中在磁环内部；另外低频磁环与高频磁环的间隔设置，使电磁场分布更加对称；电路模块利用常规的电路板制成，在确保产品效果的情况下，降低了生产成本。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，包括接地基板、磁环组、平行板传输线结构与电路模块，其中：

所述平行板传输线结构电性固定设置在所述接地基板上；

所述磁环组包括多个尺寸相同的磁环，所述磁环组套设在所述平行板传输线结构外部，且与所述平行板传输线结构固定安装；

所述电路模块与所述平行板传输线结构的末端连接；

射频信号从所述平行板传输线结构的首端进入，经所述平行板传输线结构的首端至末端被分为相位相反的两路信号后，通过电路模块分别输出；

所述平行板传输线结构的外形为长条形，且由三层介质构成，所述平行板传输线结构的上层介质与下层介质为导体材料，所述平行板传输线结构的中层介质为绝缘体材料。

2.如权利要求1所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述平行板传输线结构具有原始信号输入端口和分离信号输出端口，其中所述原始信号输入端口与所述平行板传输线结构首端的上层介质和下层介质连接，所述信号输出端口与所述平行板传输线结构末端的上层介质和下层介质连接。

3.如权利要求2所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述电路模块包括输入端口、测试端口、耦合端口，其中：

所述输入端口与所述分离信号输出端口连接；

所述测试端口与所述耦合端口分别为所述电路模块的两个信号输出端；

从所述分离信号输出端口输出的相位相反的两路信号从所述输入端口进入，分别由所述测试端口与所述耦合端口输出。

4.如权利要求1所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述磁环组由间隔设置的低频磁环与高频磁环组成，其中：

所述低频磁环与所述高频磁环之间不接触。

5.如权利要求1所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，还包括导电支撑块，所述平行板传输线结构通过所述导电支撑块固定设置在所述接地基板上，其中：

所述导电支撑块设置在所述平行板传输线结构的首端。

6.如权利要求2所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述电路模块还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、第一微带线、第二微带线，其中：

所述平行板传输线结构的上层介质与所述测试端口通过所述第一微带线连接；

所述电阻R1一端连接所述平行板传输线结构的下层介质，另一端接所述接地基板；

所述电阻R2一端连接所述平行板传输线结构的下层介质，一端与所述电容C1串联后通过第二微带线连接到所述耦合端口；

所述电阻R3、所述电阻R4、所述电阻R5并联，一端连接所述第一微带线，一端连接所述第二微带线。

7.如权利要求5所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，还包括电路基板，所述电路模块中的电气元件均固定在所述电路基板上，所述电路基板背面全部覆铜并通过导电胶固定在所述接地基板上。

8.如权利要求4所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述高频磁环为镍锌材料，所述低频磁环为锰锌材料。

9.如权利要求1所述的一种基于平行板传输线的定向电桥，其特征在于，所述平行板传输线结构的中层介质为聚四氟乙烯。