CN113193325A - 一种提高定向耦合器方向性的方法和装置 - Google Patents

一种提高定向耦合器方向性的方法和装置 Download PDF

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孙列鹏
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers

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Abstract

本发明涉及一种提高定向耦合器方向性的方法和装置，其特征在于，包括：定向耦合器、光反射器件和功率测量器件；定向耦合器串接在待测射频线路中，且待测功率由定向耦合器的入射端口进入，并从定向耦合器的输出端口输出；光反射器件与所述定向耦合器的隔离端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口中的反向信号分量进行调节；所述功率测量器件与所述定向耦合器的耦合端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口的输出光功率进行测量。本发明中在定向耦合器的方向性差时也可实现对射频功率的高精度测量；同时，调试及测量过程简单，需要的元器件少，且对采用的所有元器件工艺要求都一般，成本低廉。本发明可以广泛应用于射频功率测量领域。

Description

一种提高定向耦合器方向性的方法和装置
技术领域
本发明属于射频功率测量领域，具体涉及一种射频功率测量方法和装置，特别是涉及一种提高定向耦合器方向性的方法和装置。
背景技术
基于定向耦合器的射频功率测量在无线通信、加速器物理、空间应用、军事电子技术等领域得到了广泛应用。
然而，在大反射条件下，由于定向耦合器的方向性不足，正反向信号间的串扰会导致正反向功率测量误差较大，进而无法精确标定射频功率源的输出功率以及从负载端反射回来的反射功率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高定向耦合器的方向性的方法和装置，进而可在大反射条件下实现高精度的射频功率测量。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种提高定向耦合器方向性的装置，其包括：定向耦合器、光反射器件和功率测量器件；
所述定向耦合器串接在待测射频线路中，且待测功率由定向耦合器的入射端口进入，并从所述定向耦合器的输出端口输出；
所述光反射器件与所述定向耦合器的隔离端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口中的反向信号分量进行调节；
所述功率测量器件与所述定向耦合器的耦合端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口的输出光功率进行测量。
进一步，所述光反射器件包括移相器、衰减器和短路器，所述短路器依次与所述衰减器和移相器相连，所述移相器的输出端与所述定向耦合器的隔离端口相连。
本发明的第二个方面，是提供一种提高定向耦合器方向性的方法，其包括以下步骤：
1)设置一提高定向耦合器方向性的装置，该装置包括定向耦合器、光反射器件和功率测量器件；且所述定向耦合器与所述待测射频线路串联，所述光反射器件包括依次相连的短路器、衰减器和移相器，所述移相器与所述定向耦合器的隔离端相连，所述功率测量器件与所述定向耦合器的耦合端口相连；
2)通过功率测量器件获取定向耦合器耦合端口的输出信号，该输出信号包括待测射频线路中的正向信号V+直接耦合到耦合端口的信号分量c1、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量c2、正向信号V+直接耦合隔离端经光反射器件后回到耦合端口的信号分量i2、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量i1；
3)通过调节光反射器件，直至定向耦合器的耦合端口中的反射信号消除，实现提高定向耦合器方向性的目的。
进一步，所述步骤3)中，通过调节光反射器件，直至定向耦合器的耦合端口中的反射信号消除的方法，包括以下步骤：
3.1)通过调节移相器，使定向耦合器耦合端口输出信号中的反向分量i1和反向分量c2的方向相反；
3.2)通过调节衰减器，使定向耦合器耦合端口输出信号中的反向分量i1与正向分量c2的幅值相等，即c2＝-i1，以消除定向耦合器耦合端口中的反射信号。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过光反射器件对定向耦合器的反射信号进行调节直至消除，以提高定向耦合器的方向性，对采用的定向耦合器的方向性没有特殊要求，在定向耦合器的方向性差时也可实现对射频功率的高精度测量，从而可以大大降低对用于射频功率测量的定向耦合器的设计及制造工艺要求。2、本发明由于设计的光反射器件仅包括短路器、衰减器和移相器，调试及测量过程简单，且对采用的所有元器件的工艺要求都没有特殊限定，成本低廉。因此，本发明可以广泛应用于射频功率测量领域。
附图说明
图1是本发明提高定向耦合器方向性的整体方案示意图；
图2是本发明中定向耦合器耦合端口未进行移相器和衰减器调节时的输出信号示意图；
图3是本发明中经过移相器调节后定向耦合器耦合端口的输出信号示意图；
图4是本发明中经过衰减器调节后定向耦合器耦合端口的输出信号示意图；
图5是本发明中经过移相器和衰减器调节后定向耦合器耦合端口的最后的输出信号示意图；
图6是本发明实施例中功率测量误差随滑动短路器短路片的位置变化关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
传统的基于定向耦合器对射频功率进行测量时，通常会在定向耦合器的隔离端口增加一个匹配电阻，以使得定向耦合器的隔离端无反射；而本发明中，在定向耦合器的隔离断口不进行阻抗匹配，而是采用器件使其具有一定的反射，通过调节反射系数的大小和相位，实现耦合端口中反向信号分量的相互抵消。
如图1所示，本发明提供的一种提高定向耦合器方向性的装置，其包括：定向耦合器1、光反射器件2和功率测量器件(图中未示出)。其中，定向耦合器1串接在待测射频线路中，且待测功率由定向耦合器1的入射端口进入，并从定向耦合器1的输出端口输出；光反射器件2与定向耦合器1的隔离端口相连，用于对定向耦合器1的耦合端口中的反向信号分量进行调节；功率测量器件与定向耦合器1的耦合端口相连，用于对定向耦合器1的耦合端口的输出光功率进行测量。
进一步，光反射器件2包括短路器21、衰减器22和移相器23，其中，短路器21依次与衰减器22和移相器23相连，移相器23的输出端与定向耦合器1的隔离端口相连。短路器21用于使得到达短路器21的信号全反射，移相器23用于对定向耦合器1的反射信号的方向进行调节，衰减器22用于对定向耦合器1的耦合端口中反射信号的幅值进行调节，二者相配合实现对定向耦合器1耦合端口反射信号的消除。
基于上述提高定向耦合器方向性的装置，本发明还提供一种提高定向耦合器方向性的方法，包括以下步骤：
1)如图1所示，将定向耦合器1分别与光反射器件2、功率测量器件以及待测射频线路相连，其中，V+和V-分别是待测射频线路中的正向信号和反向信号；P+和P-分别是待测射频线路中的正向功率和反向功率。
2)通过功率测量器件获取定向耦合器1耦合端口的输出信号，该输出信号包括：待测射频线路中的正向信号V+直接耦合到耦合端口的信号分量c1、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量c2、正向信号V+直接耦合隔离端经光反射器件后回到耦合端口的信号分量i2、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量i1。
如图2所示，定向耦合器1中的耦合端口输出信号包含正向分量c1和反向分量i1，
Figure BDA0003029100610000031
是正向分量c1和反向分量i1的相角。本发明中定向耦合器的隔离端口依次连接移相器23、衰减器22和短路器21。这样，隔离端口输出的信号反射到耦合端口就会包含图2中的正向分量i2和反向分量c2。
3)如图3和图4所示，通过调节光反射器件2，直至定向耦合器1的耦合端口中的反射信号消除，实现提高定向耦合器方向性的目的。
具体的，包括以下步骤：
3.1)如图3所示，通过调节光反射器件2中的移相器23，使定向耦合器1耦合端口输出信号中的反向分量i1和反向分量c2的方向相反。
3.2)如图4所示，通过调节光反射器件2中的衰减器22，使定向耦合器1耦合端口输出信号中的反向分量i1与正向分量c2的幅值相等，即c2＝-i1，以消除定向耦合器耦合端口中的反射信号。
如图5所示，定向耦合器2耦合端口输出信号中的两个反向分量i1和c2将会相互抵消，只有正向分量c1和正向分量i2。此时，定向耦合器1耦合端口提取出的信号只与待测线路中的正向信号相关，而与反射信号无关，从而可以实现对待测射频线路中需要正向信号或反射信号的精确测量，大大提高定向耦合器的方向性。本发明中以需要正向信号为例对调节方法进行介绍，当需要反射信号时，进行相应转换即可，本发明在此不再赘述。
实施例1
如图1所示，待测射频线路中从发射机过来的入射功率约为2kW，频率为162.5MHz,负载端接可滑动短路器，定向耦合器方向性为26dB，在全反射时其功率测量最大误差为10.3％。通过改变移相器的相位和衰减器的值，定向耦合器的方向性可达40dB以上。测试中通过改变滑动短路器的短路片的位置改变在定向耦合器处待测线路中的正反向信号相位
Figure BDA0003029100610000041
得到在一个周期下的功率测量误差，在不同相位下，定向耦合器的功率测量误差是不一样的，例如定向耦合器方向性为26dB时，在全反射时其功率测量最大误差为10.3％，如果方向性达到40dB，功率测量最大误差可降低至2％。
如图6所示，为实验测量结果中功率测量误差与滑动短路器短路片的位置的关系，最大误差约为1.7％，远小于定向耦合器自身的测量误差，从而实现了对射频线路中射频功率的高精度测量。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种提高定向耦合器方向性的装置，其特征在于，包括：定向耦合器、光反射器件和功率测量器件；
所述定向耦合器串接在待测射频线路中，且待测功率由定向耦合器的入射端口进入，并从所述定向耦合器的输出端口输出；
所述光反射器件与所述定向耦合器的隔离端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口中的反向信号分量进行调节；
所述功率测量器件与所述定向耦合器的耦合端口相连，用于对所述定向耦合器的耦合端口的输出光功率进行测量。
2.如权利要求1所述的一种提高定向耦合器方向性的装置，其特征在于，所述光反射器件包括移相器、衰减器和短路器，所述短路器依次与所述衰减器和移相器相连，所述移相器的输出端与所述定向耦合器的隔离端口相连。
3.一种提高定向耦合器方向性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)设置一提高定向耦合器方向性的装置，该装置包括定向耦合器、光反射器件和功率测量器件；且所述定向耦合器与所述待测射频线路串联，所述光反射器件包括依次相连的短路器、衰减器和移相器，所述移相器与所述定向耦合器的隔离端相连，所述功率测量器件与所述定向耦合器的耦合端口相连；
2)通过功率测量器件获取定向耦合器耦合端口的输出信号，该输出信号包括待测射频线路中的正向信号V+直接耦合到耦合端口的信号分量c1、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量c2、正向信号V+直接耦合隔离端经光反射器件后回到耦合端口的信号分量i2、反向信号V-直接耦合至隔离端并经光反射器件后回到耦合端的信号分量i1；
3)通过调节光反射器件，直至定向耦合器的耦合端口中的反射信号消除，实现提高定向耦合器方向性的目的。
4.如权利要求3所述的一种提高定向耦合器方向性的方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过调节光反射器件，直至定向耦合器的耦合端口中的反射信号消除的方法，包括以下步骤：
3.1)通过调节移相器，使定向耦合器耦合端口输出信号中的反向分量i1和反向分量c2的方向相反；
3.2)通过调节衰减器，使定向耦合器耦合端口输出信号中的反向分量i1与正向分量c2的幅值相等，即c2＝-i1，以消除定向耦合器耦合端口中的反射信号。
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