CN110780112B - 一种高平坦度功率检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波领域，特涉及一种高平坦度功率检测装置，可应用于通信产品。本发明的控制器功率检测幅度可调，将控制器与耦合器相结合，通过调整控制器的检测斜率，可以对消耦合器的检测斜率。本发明可实现耦合度的最佳匹配，可将耦合平坦度从2dB提高至0.2dB，提高了功率检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及微波领域，特涉及一种高平坦度功率检测装置，可应用于通信产品。
背景技术
随着雷达、微波通信、移动通信、卫星通信、电子对抗等技术的迅速发展，对微波无源器件的需求也日益增多。对于输出功率达几十千瓦甚至更大的雷达发射系统，用功率计、频谱仪等仪器是无法直接测量的。在某些应用场合，需要使用特定的功率检测装置，将大功率信号转换成小功率仪表可测试信号，且对大功率信号的影响应尽可能小。为了对大功率信号进行较为精确的监控，功率检测精度应尽可能好，便于进行系数补偿，计算出大功率信号的准确功率。
波导耦合器是常用的一种大功率检测设备。波导耦合器的类型较多，常用的有宽边耦合器、环耦合器等。国内多个厂家具备波导耦合器生产能力，技术成熟，但是在应用上均具有一定的局限性。
宽边耦合器的优点是采用宽边多孔切比雪夫叠加阵列设计，具有较高的方向性，缺点是耦合平坦度与耦合器的长度相关，宽边开孔越多，耦合器长度越长，耦合平坦度越好。以C波段BJ58WD30NA型宽边耦合器为例，长度约400mm，实测600MHz带宽范围内的耦合度为29dB～30.5dB，带内平坦度1.5dB。要获得更好的耦合平坦度，则需要增加开孔数量，即增加耦合器的长度，这种方法通常在结构上是受限制的。
环耦合器体积相对较小，BJ58WHD30NA型环耦合器长度约100mm，实测600MHz带宽范围内的耦合度29dB～31dB，带内平坦度2dB，无法满足大功率监测的精度要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种高平坦度功率检测装置。本发明的控制器功率检测幅度可调，将控制器与耦合器相结合，通过调整控制器的检测斜率，可以对消耦合器的检测斜率。本发明的优点是耦合器和控制器可以单独进行设计与调试，实现耦合度的最佳匹配，可将耦合平坦度从2dB提高至0.2dB，功率检测精度由79.4％提高至97.7％。
本发明的技术方案为：一种高平坦度功率检测装置，包括耦合器和控制器，耦合器包括输入端口、耦合器输出端口、耦合输出端口、负载端口，耦合输出端口和控制器端口通过同轴电缆连接，控制器的另一个控制器端口耦合信号输出端口，其特征在于：控制器内部设置微带板，微带板背面全部覆铜，微带板正面设置上部覆铜区域和下部覆铜区域，下部覆铜区域设置两个内凹区域，内凹区域不覆铜，上部覆铜区域和下部覆铜区域设置接地孔，微带板固定在控制器空腔内；上部覆铜区域和下部覆铜区域之间设置五段第一微带线，相邻的第一微带线之间通过贴片电容器连接，第二和第五第一微带线另一侧与控制器端口连接；第二和第四条第一微带线位于下部覆铜区域的内凹区域上部，第二和第四条第一微带线通过贴片电阻器分别与第二微带线连接，第二微带线另一侧通过贴片电容器与下部覆铜区域覆铜凸出区连接；微带板左右对称设置。
根据如上所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：微带板电路层各个支节的尺寸如下：
| 位置编号 | 尺寸(mm) | 位置编号 | 尺寸(mm) |
| a | 3 | h | 5 |
| b | 2.74 | i | 18 |
| c | 1.52 | j | 4 |
| d | 4 | k | 2 |
| e | 1.5 | l | 6 |
| f | 3 | m | 3.52 |
| g | 7.76 |
其中，a为内凹区域边缘覆铜与中心线的距离，b为内凹区域边缘覆铜与凸出区边缘距离，c为凸出区宽度或第一微带线的宽度，d为凸出区长度，e为贴片电容器长度，f为第二微带线长度，h为内凹区域边缘覆铜与微带板侧边的距离，第一条第一微带线的长度，k为第二第一条微带线的长度，j为第三条第一微带线长度的一半，m为第二微带线宽度，贴片电阻器的长度为1.5mm，贴片电容器的长度为1.5mm。
根据如上所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：接地孔为金属化过孔。
根据如上所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：微带板的介电常数2.2，厚度20mil。
根据如上所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：贴片电容器和贴片电容器使用0805封装的1pF电容，贴片电阻器阻值50Ω。
根据如上所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：控制器安装在耦合器的波导管管壁上。
本发明的有益效果是：1、耦合带内平坦度高，可以实现大功率微波信号的高精度检测。2、本发明的电路结构简洁、便于批量生产，对制造精度要求不高，生产后的产品调试简单，批量生产可免于调试。3、本发明的控制器线性度可调，适用于各种需要幅度线性补偿的微波射频电路，可应用在雷达通信、微波测量等领域。
附图说明
图1耦合器主视图。
图2控制器内部结构示意图。
图3耦合器与控制器结合主视图。
图4微带电路正面版图。
图5耦合器耦合度测试曲线。
图6控制器的插损测试曲线。
图7耦合器与控制器结合测试曲线。
附图标记说明：输入端口1、耦合输出端口2、负载端口3、第一安装孔4、控制器5、控制器端口6、微带板7、螺钉8、第二安装孔9、耦合器输出端口10、贴片电容器11、贴片电阻器12、贴片电容器13、接地孔14、螺钉安装孔15、第一微带线16、第二微带线17。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的高平坦度功率检测装置包括耦合器和控制器。耦合器包括输入端口1、耦合器输出端口10、耦合输出端口2、负载端口3，输入端口1、耦合器输出端口10的波导管管壁上设置四个第一安装孔4，第一安装孔4区域的波导管管壁厚度大于6mm，第一安装孔4的深度不超过4mm，这样确保安装后波导管不会被打穿，确保安装后耦合器的微波信号传输性能不受影响。本发明的耦合器微波信号从输入端口1输入，耦合器输出端口10输出，耦合后的小信号从耦合输出端口2输出，负载端口3接50Ω同轴负载。本发明的波导管可以为BJ58型矩形波导。
如图2所示，本发明控制器5中间的空腔放置微带板7，微带板7通过圆头螺钉8固定在控制器5壳体的底面，安装时螺钉8不得高出控制器5壳体的底面。第二安装孔9通过螺钉与第一安装孔4固定连接。
图3为控制器5与耦合器安装完成后的结构示意图，耦合输出端口2和控制器端口6通过同轴电缆连接，控制器的另一个控制器端口6为本发明的耦合信号输出端口。
本发明的微带板7背面全部覆铜。如图4所示，微带板7正面设置上部覆铜区域和下部覆铜区域，下部覆铜区域设置两个内凹区域，内凹区域不覆铜。上部覆铜区域和下部覆铜区域设置接地孔14，接地孔14为金属化过孔，接地孔14与微带板7背面的覆铜连接，提高整个微带板7的接地效果，提高了微带板7的抗干扰能力。微带板7四周设置螺钉安装孔15，螺钉8通过螺钉安装孔15将微带板7固定在控制器5中间的空腔内。本发明在上部覆铜区域和下部覆铜区域之间设置五段第一微带线16，相邻的第一微带线16之间通过贴片电容器11连接，两端的第一微带线16与控制器端口6连接。第二和第四条第一微带线16位于下部覆铜区域的内凹区域上部，第二和第四条第一微带线16通过贴片电阻器12分别与第二微带线17连接，第二微带线17另一侧通过贴片电容器13与下部覆铜区域覆铜凸出区连接。本发明的微带板7左右对称设置(即以图4中的y轴为中心线左右对称)。这样，相当于在主要的信号传输线路(包括第一微带线16和贴片电容器11)增加两个对地电容，确保插损曲线呈现直线上升(如图6所示)，从而对消耦合器的耦合度下降(如图5所示)，使整体输出平坦(如图7所示)，图7是分辨率在0.05dB时的图像，其输出平坦度在±0.1dB之间，平坦度非常高。
本发明的微带板7电路层各个支节的尺寸如表所示：
| 位置编号 | 尺寸(mm) | 位置编号 | 尺寸(mm) |
| a | 3 | h | 5 |
| b | 2.74 | i | 18 |
| c | 1.52 | j | 4 |
| d | 4 | k | 2 |
| e | 1.5 | l | 6 |
| f | 3 | m | 3.52 |
| g | 7.76 |
a为内凹区域边缘覆铜与中心线的距离，b为内凹区域边缘覆铜与凸出区边缘距离，c为凸出区宽度或第一微带线16的宽度，d为凸出区长度，e为贴片电容器13长度，f为第二微带线17长度，h为内凹区域边缘覆铜与微带板7侧边的距离，第一条第一微带线16的长度，k为第二条第一微带线16的长度，j为第三条第一微带线16长度的一半，m为第二微带线17宽度，贴片电阻器12的长度为1.5mm，贴片电容器11的长度为1.5mm。
本发明的微带板7材料为罗杰斯RT5880，介电常数2.2，厚度20mil。贴片电容器11和贴片电容器13使用0805封装的1pF电容，贴片电阻器12使用0805封装的电阻，根据幅度调整的需求来选择合适的阻值。
本发明的贴片电阻器12选用50Ω电阻时，控制器的插损平坦度为2dB。
图5至图7为本发明产品的实物测试曲线。由测试曲线可以看出，原耦合器耦合平坦度2dB，通过本发明的设计，耦合平坦度小于0.2dB。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种高平坦度功率检测装置，包括耦合器和控制器，耦合器包括输入端口（1）、耦合器输出端口（10）、耦合输出端口（2）、负载端口（3），耦合输出端口（2）和控制器第一端口通过同轴电缆连接，控制器第二端口为耦合信号输出端口，耦合器微波信号从输入端口（1）输入，从耦合器输出端口（10）输出，耦合后的小信号从耦合输出端口（ 2） 输出；
输入端口（1）、耦合器输出端口(10)的波导管管壁上设置四个第一安装孔（4），四个第一安装孔呈矩形结构，控制器（5）通过四个第一安装孔安装于波导管管壁上，其中，第一安装孔（4）区域的波导管管壁厚度大于6mm，第一安装孔（4）的深度不超过4mm；其特征在于：
控制器内部设置微带板，微带板背面全部覆铜，微带板正面设置上部覆铜区域和下部覆铜区域，上部覆铜区域与下部覆铜区域之间设有一条状不覆铜区域，下部覆铜区域设置两个结构相同的内凹区域，记为第一内凹区域和第二内凹区域，第一内凹区域除第一覆铜凸出区域覆铜外，其余第一内凹区域不覆铜，所述第一覆铜凸出区域为第一内凹区域凹陷上底边中部突出的一水平方向宽1.52mm、竖直方向高4mm的覆铜区域，第二内凹区域内具有结构位置相同的第二覆铜凸出区域，上部覆铜区域和下部覆铜区域设置接地孔（14），控制器内部加工成能够紧凑放置微带板的空腔，并使用螺钉将微带板固定在空腔内；
上部覆铜区域和下部覆铜区域之间的条状不覆铜区域设置五段第一微带线，相邻的第一微带线之间通过贴片电容器连接，也就是从左至右结构为：第一微带线A第二端通过第一贴片电容与第一微带线B第一端连接，第一微带线B第二端通过第二贴片电容与第一微带线C第一端连接，第一微带线C第二端通过第三贴片电容与第一微带线D第一端连接，第一微带线D第二端通过第四贴片电容与第一微带线E第一端连接，第一微带线A第一端与控制器第一端口连接、第一微带线E第二端与控制器第二端口连接；
第一微带线B位于第一内凹区域的第一覆铜凸出区域上部，第一微带线D位于第二内凹区域的第二覆铜凸出区域上部，第一微带线B靠近第一内凹区域的第三端通过第一贴片电阻与第二微带线a第一端连接，第二微带线a第二端通过第五贴片电容连接至第一覆铜凸出区域上端面，第一微带线D靠近第二内凹区域的第三端通过第二贴片电阻与第二微带线b第一端连接，第二微带线b第二端通过第六贴片电容连接至第二覆铜凸出区域上端面；
第一微带线A-E的竖直方向宽度均为1.52mm，第一微带线A、第一微带线E的水平方向长度均为6mm，第一微带线B、第一微带线D的水平方向长度均为2mm，第一微带线C的水平方向长度为8mm，第一贴片电容—第四贴片电容的水平方向长度均为1.5mm，第一贴片电阻和第二贴片电阻的竖直方向长度均为1.5mm，第二微带线a、第二微带线b的竖直方向尺寸均为3mm、水平方向尺寸均为3.52mm，第五贴片电容、第六贴片电容的竖直方向长度均为1.5mm；
第一内凹区域和第二内凹区域相邻的两条竖直边之间的距离为6mm，第一内凹区域和第二内凹区域相邻的两条竖直边与各自覆铜凸出区域最近一条竖直边之间的距离是2.74mm，第一内凹区域和第二内凹区域内部未覆铜区域的竖直高度为7.76mm，第一内凹区域、第二内凹区域靠近微带板边缘的两条竖直边与其最近的微带板边缘之间的距离是3mm，微带板最下端的边缘与第一微带线水平中心线之间的距离为18mm；
微带板左右对称设置，也就是关于第一内凹区域和第二内凹区域相邻的两条竖直边连线的中垂线对称。
2.根据权利要求1所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：接地孔（14）为金属化过孔。
3.根据权利要求1所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：微带板的介电常数2.2，厚度20mil。
4.根据权利要求1所述的一种高平坦度功率检测装置，其特征在于：所有贴片电容器的电容值均为1pF，所有贴片电阻器的电阻值为50Ω。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220628 |
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