CN108336465A - 一种微带结合带状线结构的定向耦合器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微带结合带状线结构的定向耦合器，包括：本体(13)、耦合金属块(14)、印制板(15)以及同轴连接器(16)；所述本体(13)为框架结构，内部设置隔板；两个所述印制板(15)可拆卸的安装于隔板的两侧；所述耦合金属块(14)通过同轴连接器安装于本体(13)内部，且与隔板对接；四个所述同轴连接器(16)安装于所述本体(13)两端，且分别与所述印制板(15)或者所述耦合金属块(14)相连。该定向耦合器可以实现耦合端与隔离端的高隔离，避免了实际工作中两个端口的互相影响，提高耦合精度。该发明结构简单稳定，性能可靠。

Description

一种微带结合带状线结构的定向耦合器及其组装方法
技术领域
本发明涉及射频通信技术领域，尤其是一种定向耦合器及其组装方法。
背景技术
定向耦合器是微波系统中广泛应用的元件，可用于监测功率、频率和频谱，测量馈线系统和元件的反射系数、插入衰减等，还可用做衰减器、功率分配器。微波系统中凡属功率分配，信号间一定幅度、相位关系的获得，都可以考虑或必须采用定向耦合器。
近年来，随着微波通信的迅速发展，通信系统的性能指标要求越来越高。这对系统中定向耦合器的性能指标，也提出了新的要求。例如在需要功率监测的系统中，定向耦合器的性能指标关系到系统的功率监测和控制精度。在需要正反向功率监测时，采用常规的定向耦合器就可以达到功能需求。但是常规的定向耦合器存在一个隐患，即定向耦合器的耦合端与隔离端是相通的，两个端口没有隔离度，在实际工作中，如果其中一个端口(如隔离端口)失配或故障损坏，信号就会反射到对应端口(如耦合端口)与其的信号进行叠加，会产生较大的指标误差，影响系统功率检测和控制精度，甚至会因为功率问题损害系统其他器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种微带结合带状线结构的定向耦合器，解决耦合器耦合端与隔离端相通信号叠加的问题。
具体的，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微带结合带状线结构的定向耦合器，包括：本体、耦合金属块、印制板以及同轴连接器；
所述本体为框架结构，内部设置隔板；两个所述印制板可拆卸的安装于隔板的两侧；所述耦合金属块通过同轴连接器安装于本体内部，且与隔板对接；四个所述同轴连接器安装于所述本体两端，且分别与所述印制板或者所述耦合金属块相连。
进一步的，还包括上盖板和下盖板；
所述上盖板和下盖板与本体可拆卸连接，将本体封闭为腔体。
进一步的，隔板高度为腔体高度的一半。
进一步的，本体的两端分别开设有四个通孔：第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；
所述四个同轴连接器包括第一同轴连接器、第二同轴连接器、第三同轴连接器和第四同轴连接器；
第一同轴连接器安装于第一通孔内，第二同轴连接器安装于第二通孔内，第三同轴连接器安装于第三通孔内，第四同轴连接器安装于第四通孔内。
进一步的，耦合金属块与隔板相对的面上开设有齿状金属凹槽，所述隔板上相应位置开设有凹槽。
进一步的，耦合金属块的两端分别开有第一耦合金属孔以及第二耦合金属孔；
所述第一耦合金属孔与第三同轴连接器相连，所述第二耦合金属孔与第四同轴连接器相连。
进一步的，印制板包括基板、表面金属层和介质层；
所述表面金属层位于基板的表面，所述介质层印刷于金属表面层上。
进一步的，介质层是与所述耦合金属块结构相匹配的线框，该线框端部设置开口，分别与第一同轴连接器和第二同轴连接器相连。
进一步的，第一同轴连接器和第二同轴连接器与印制板进行焊接固定；所述耦合金属块与第三同轴连接器和第四同轴连接器之间为可拆卸连接。
本申请还提供了一种定向耦合器的组装方法，包括以下步骤：
S101，将两块印制板装配在本体的隔板的上下两个面，用螺钉进行固定；
S102，将耦合金属块放入本体内，将第三同轴连接器穿过第三通孔，插入耦合金属块左端的第一耦合金属孔内，将第四同轴连接器穿过第四通孔，插入第二耦合金属孔内；
S103，将第一同轴连接器插入第一通孔内，将第二同轴连接器插入第二通孔，并用焊料进行焊接；
S104，将上盖板以及下盖板盖在本体上，并用螺钉进行固定。
本发明的有益效果为：
该定向耦合器可以实现耦合端与隔离端的高隔离，避免了实际工作中两个端口的互相影响，提高耦合精度。该发明结构简单稳定，性能可靠，在耦合端与隔离端需要隔离的定向耦合器设计应用中，具有广阔的应用价值。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的上盖板示意图；
图2为本发明实施例提供的下盖板示意图；
图3为本发明实施例提供的金属腔示意图；
图4为本发明实施例提供的耦合金属块示意图；
图5为本发明实施例提供的两块印制板相对安装位置示意图；
图6为本发明实施例提供的同轴连接器示意图。
图7为本发明实施例提供的上盖板装配示意图；
图8为本发明实施例提供的中心探针装配示意图；
图9为本发明实施例提供的下盖板装配示意图；
图10为本发明实施例提供的整体装配示意图；
图中：11-上盖板、12-下盖板、13-本体、14-耦合金属块、15-印制板、16-同轴连接器、131-上腔体、132-下腔体、133-第一通孔、134-第二通孔、135-第三通孔、136-第四通孔、141-齿状金属凹槽、142-第一耦合金属孔、143-第二耦合金属孔、151-表面金属层、152-介质层、161-第一同轴连接器、162-第二同轴连接器、163-第三同轴连接器、164-第四同轴连接器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的实施例提供了一种微带结合带状线结构的定向耦合器，该定向耦合器包括：上盖板11、下盖板12、本体13、耦合金属块14、两个印制板15以及四个同轴连接器16。
本申请的一些实施例中，上盖板11和下盖板12均是一块长×宽×高＝104mm×21mm×2mm的金属块。
具体的，本体13为长方体框架，包括前连接板、后连接板、左连接板和右连接板，本体外形为长方体，长方体的长×宽×高＝104mm×21mm×6.5mm，上盖板11和下盖板12分别通过螺栓与本体13可拆卸连接，用于将本体13封闭，使得本体13内部形成封闭的腔体。由于腔体内需要安装用于耦合的印制板15和同轴连接器16，本申请中本体13内部的固定有隔板，用于安装印制板15，在本申请中，隔板宽度为腔体宽度的一半，也就是隔板并不是把整个腔体完全分开，因而隔板将整个腔体分为上腔体131以及下腔体132，上腔体131是射频支路，用于正反向耦合输出；下腔体132为射频主路，内部安装耦合金属块14，耦合金属块14与隔板对接，隔板上相应位置开设有凹槽，用于传输射频信号；在本体13的左连接板和右连接板上分别开设有四个直径为2mm的通孔，用于安装同轴连接器16，这四个通孔分别是第一通孔133，第二通孔134，第三通孔135，第四通孔136，四个通孔大小相等。
耦合金属块14为齿状长方体块，材料为铝，具体的，耦合金属块14与隔板相对的面上开设有齿状金属凹槽141，隔板上相应位置开设有凹槽，齿状金属凹槽141与本体13的隔板之间形成缝隙，即为带状线，也就是说射频支路的介质为空气，用于将主路上的射频信号耦合到射频支路上。齿状金属凹槽141主要用于耦合匹配。在耦合金属块14的两端分别开有第一耦合金属孔142以及第二耦合金属孔143，用于与同轴连接器16相连，将耦合金属块14固定于本体13的腔体内。
印制板15包括基板、表面金属层151和介质层152。表面金属层151位于基板的表面，介质层152印刷于金属表面层151上，如图所示，介质层152印刷成微带结构，即介质层152构成射频主路的介质，用于信号的耦合与传输。较为优选的，基板采用ROGERS4350板材，介质层152介电常数3.45，厚度0.508mm，表面金属层151厚度0.036mm。
更为具体的，微带结构即介质层152是与耦合金属块14结构相匹配的齿状线框，线框仅在端部设置开口，用于与同轴连接器16相连。
四个同轴连接器16包括第一同轴连接器161、第二同轴连接器162、第三同轴连接器163和第四同轴连接器164，与本体13的结构相匹配的，第一同轴连接器161安装于第一通孔133内，第二同轴连接器162安装于第二通孔134内，第三同轴连接器163安装于第三通孔135内，第四同轴连接器164安装于第四通孔136内，实现信号的输入和传出。
同轴连接器16中心处为中心探针，用于传输信号，较为优选的，中心探针为钢针，绝缘子为聚四氟乙烯介质。
更为具体的，两块印制板15分别安装于隔板的前后两个面上，图中显示了两块印制板15上的介质层分别安装于印制板15的左侧和右侧。介质层位于左侧的印制板15安装于隔板的上表面，与第一同轴连接器161相连，这样第一同轴连接器16可与介质层152相接触，便于信号的传输，介质层位于右侧的印制板15安装于隔板的下表面，使得第二同轴连接器162与印制板15相连；在耦合金属块14的第一耦合金属孔142与第三同轴连接器163相连，第二耦合金属孔143与第四同轴连接器164相连，将耦合金属块14固定于本体13的腔体内。这样，两块印制板15之间形成微带结构，即为射频支路；耦合金属块14与本体13之间形成带状结构，即为射频主路，射频主路上的射频信号与射频支路的射频信号相耦合。
较为优选的，第一同轴连接器161和第二同轴连接器162与印制板15进行焊接固定，保证连接的可靠；而耦合金属块14上的第一耦合金属孔142以及第二耦合金属孔143均为螺纹孔，使得耦合金属块14与第三同轴连接器163和第四同轴连接器164之间通过螺纹连接即可实现；或者，第一耦合金属孔142以及第二耦合金属孔143均是光孔，只需将同轴连接器插入即可。
考虑到该耦合器的成本及隔离度，较为优选的，上盖板11、下盖板12、本体13、耦合金属块14采用铝镀银材料。
与现有技术相比，本申请中的射频支路与射频主路是相区分开的，耦合端与隔离端的高隔离，避免了实际工作中两个端口的互相影响，提高耦合精度，本体13是定向耦合器的主体结构，整个本体分为上腔体131和下腔体132，上腔体131主要用于射频信号耦合输出，下腔体132主要用于射频主路的传输。信号通过印制板15上的齿状金属层耦合到微带线上，在通过射频连接器输出。下腔体132内的耦合金属块14与本体13的下腔体132形成空气带状线，用于将主路上的射频信号耦合到射频支路上。
本发明实施例还提供了该定向耦合器的组装方法，该方法包括：
S101，将两块印制板15装配在本体13的隔板的上下两个面，用螺钉进行固定；
S102，将耦合金属块14放入本体13的下腔体132中，将第三同轴连接器163穿过第三通孔135，插入耦合金属块14左端的第一耦合金属孔142内，将第四同轴连接器163穿过第四通孔136，插入第二耦合金属孔143内；
S103，将第一同轴连接器161插入第一通孔133内，将第二同轴连接器162插入第二通孔134，并用焊料进行焊接；
S104，将上盖板11以及下盖板12盖在本体13上，并用螺钉进行固定。
综上所述，本发明实施例提供的一种微带结合带状线结构的定向耦合器及其组装方法，该定向耦合器通通过齿状带状线以及齿状印制板完成射频从主路到支路的耦合输出。与现有的定向耦合器相比，结构更简单稳定易实现、隔离度高，更适用于微波毫米应用领域。
尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微带结合带状线结构的定向耦合器，其特征在于，包括：本体(13)、耦合金属块(14)、印制板(15)以及同轴连接器(16)；
所述本体(13)为框架结构，内部设置隔板；两个所述印制板(15)可拆卸的安装于隔板的两侧；所述耦合金属块(14)通过同轴连接器安装于本体(13)内部，且与隔板对接；四个所述同轴连接器(16)安装于所述本体(13)两端，且分别与所述印制板(15)或者所述耦合金属块(14)相连。
2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，还包括上盖板(11)和下盖板(12)；
所述上盖板(11)和下盖板(12)与本体(13)可拆卸连接，将本体(13)封闭为腔体。
3.根据权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于，所述隔板高度为腔体高度的一半。
4.根据权利要求1-3任一所述的定向耦合器，其特征在于，所述本体(13)的两端分别开设有四个通孔：第一通孔(133)、第二通孔(134)、第三通孔(135)和第四通孔(136)；
所述四个同轴连接器(16)包括第一同轴连接器(161)、第二同轴连接器(162)、第三同轴连接器(163)和第四同轴连接器(164)；
第一同轴连接器(161)安装于第一通孔(133)内，第二同轴连接器(162)安装于第二通孔(134)内，第三同轴连接器(163)安装于第三通孔(135)内，第四同轴连接器(164)安装于第四通孔(136)内。
5.根据权利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述耦合金属块(14)与隔板相对的面上开设有齿状金属凹槽(141)，所述隔板上相应位置开设有凹槽。
6.根据权利要求5所述的定向耦合器，其特征在于，所述耦合金属块(14)的两端分别开有第一耦合金属孔(142)以及第二耦合金属孔(143)；
所述第一耦合金属孔(142)与第三同轴连接器(163)相连，所述第二耦合金属孔(143)与第四同轴连接器(164)相连。
7.根据权利要求5或6所述的定向耦合器，其特征在于，所述印制板(15)包括基板、表面金属层(151)和介质层(152)；
所述表面金属层(151)位于基板的表面，所述介质层(152)印刷于金属表面层(151)上。
8.根据权利要求7所述的定向耦合器，其特征在于，所述介质层(152)是与所述耦合金属块(14)结构相匹配的线框，该线框端部设置开口，分别与第一同轴连接器(161)和第二同轴连接器(162)相连。
9.根据权利要求8所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一同轴连接器(161)和第二同轴连接器(162)与印制板(15)进行焊接固定；所述耦合金属块(14)与第三同轴连接器(163)和第四同轴连接器(164)之间为可拆卸连接。
10.一种权利要求1-8任一所述定向耦合器的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，将两块印制板(15)装配在本体(13)的隔板的上下两个面，用螺钉进行固定；
S102，将耦合金属块(14)放入本体(13)内，将第三同轴连接器(163)穿过第三通孔(135)，插入耦合金属块(14)左端的第一耦合金属孔(142)内，将第四同轴连接器(163)穿过第四通孔(136)，插入第二耦合金属孔(143)内；
S103，将第一同轴连接器(161)插入第一通孔(133)内，将第二同轴连接器(162)插入第二通孔(134)，并用焊料进行焊接；
S104，将上盖板(11)以及下盖板(12)盖在本体(13)上，并用螺钉进行固定。
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