CN114447556A - 超宽频带双定向耦合器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超宽频带双定向耦合器装置，包括主传输线、第一副传输线、第二副传输线、第一耦合部分网络、第二耦合部分网络、第一隔离电阻器和第二隔离电阻器，装置第一耦合部分网络的一端与第一副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，装置第一隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地，装置第二耦合部分网络的一端与第二副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，装置第二隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地。采用了本发明的超宽频带双定向耦合器装置，生产工艺简单、成本比较低，采用耦合微带线、耦合部分网络及增频网络实现，耦合器采用PCB布板印刷电路器件采用贴装，生产工艺简单，成本比较低。
Description
技术领域
本发明涉及射频电路领域，尤其涉及宽频带的双定向耦合器领域，具体是指一种超宽频带双定向耦合器装置。
背景技术
耦合器是一种极具使用价值的无源射频器件，其可从主传输路径中提取一小部分能量，并将其导向至一个或多个耦合端口。双定向耦合器是微波测量中常用标准器件和反射计、射频网络分析仪等仪器的关键器件，可用于监测发射机的输出功率、输出频谱、测试发射机到天线端的反射功率及监测天馈系统的匹配情况，也可用于发射机的功率控制。
双定向耦合器为四端口网络：第一端口为输入端口；第二端口为直通端口；第三端口相对于第一端口为耦合端口(相对于第二端口为隔离端口)；第四端口相对于第一端口为隔离端口(相对于第二端口为耦合端口)；第一端口与第二端口之间的传输线为主传输线；第一端口与第三端口之间的传输线为副传输线(即耦合线)，第一端口与第四端口之间的传输线为副传输线(即隔离线)；第二端口与第一端口表现一致。
双定向耦合器的技术指标主要有回波损耗、工作带宽、插入损耗、耦合度和方向性。现有的单定向耦合器采用λ/4传输线耦合器的方式，必须采用多阶级联才能实现宽频带使用，在UHF/SHF频段使用时，工作波长较长，加上阶数多插损与结构比较大，频带不够宽等缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足成本低、工艺简单、适用范围较为广泛的超宽频带双定向耦合器装置。
为了实现上述目的，本发明的超宽频带双定向耦合器装置如下：
该超宽频带双定向耦合器装置，其主要特点是，所述的装置包括主传输线、第一副传输线、第二副传输线、第一耦合部分网络、第二耦合部分网络、第一隔离电阻器和第二隔离电阻器，所述的第一耦合部分网络的一端与第一副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第一隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地，所述的第二耦合部分网络的一端与第二副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第二隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地；所述的第一耦合部分网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二耦合部分网络、第二副传输线、第二隔离电阻器成左右对称排列在主传输线的中垂直线的两侧。
较佳地，所述的装置还包括增频网络，所述的增频网络包含射频同轴线、5个镍锌铁氧体磁环和8个锰锌铁氧体磁环，所述的镍锌铁氧体磁环、锰锌铁氧体磁环均串在射频同轴线上，所述的增频网络具有四个端口，其中两个端口接主传输线，另一端接副传输线，还有一端接耦合微带线。
较佳地，所述的第一耦合部分网络包括第一电阻、第二电阻和第二电容，所述的第一电阻的一端与副传输线相连，另一端与第二电容相连，第二电容的另一端接第二电阻与接耦合口。
较佳地，所述的第二耦合部分网络包括第三电阻、第四电阻和第三电容，所述的第三电阻的一端与副传输线相连，另一端与第三电容相连，第三电容的另一端接第四电阻与接耦合口。
较佳地，所述的第一隔离电阻器由第五电阻、第六电阻和第七电阻组成，所述的第五电阻、第六电阻和第七电阻并联连接；第二隔离电阻器由第八电阻、第九电阻和第十电阻组成，所述的第八电阻、第九电阻和第十电阻并联连接。
较佳地，所述的主传输线的端口处具有第一电容器，与第一电阻的一端相连。
较佳地，所述的第一隔离电阻器、第二隔离电阻器与第一耦合部分网络、第一副传输线、第二耦合部分网络、第二副传输线处于不同位面。
采用了本发明的超宽频带双定向耦合器装置，无需采用多级级联，即可实现宽频带使用。本发明所述的双定向耦合器生产工艺简单、成本比较低，采用耦合微带线、耦合部分网络及增频网络实现，耦合器采用PCB布板印刷电路器件采用贴装，生产工艺简单，成本比较低。
附图说明
图1为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的电路结构图。
图2为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的结构安装图。
图3为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的插入损耗为3dB且平坦度≤1dB的插入损耗指标示意图。
图4为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的耦合度S21为-15.8dB的耦合度指标示意图。
图5为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的耦合度S12为-15.8dB的耦合度指标示意图。
图6为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的回波损耗S11为-18.7dB的Port1端口回波损耗示意图。
图7为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的回波损耗S22为-18.9dB的Port2端口回波损耗示意图。
图8为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的方向性S21为-18.5dB的S21方向性指标示意图。
图9为本发明的超宽频带双定向耦合器装置的实施例的方向性S21为-22.1dB的S12方向性指标示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该超宽频带双定向耦合器装置，其中包括主传输线、第一副传输线、第二副传输线、第一耦合部分网络、第二耦合部分网络、第一隔离电阻器和第二隔离电阻器，所述的第一耦合部分网络的一端与第一副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第一隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地，所述的第二耦合部分网络的一端与第二副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第二隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地；所述的第一耦合部分网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二耦合部分网络、第二副传输线、第二隔离电阻器成左右对称排列在主传输线的中垂直线的两侧。
作为本发明的优选实施方式，所述的装置还包括增频网络，所述的增频网络包含射频同轴线、5个镍锌铁氧体磁环和8个锰锌铁氧体磁环，所述的镍锌铁氧体磁环、锰锌铁氧体磁环均串在射频同轴线上，所述的增频网络具有四个端口，其中两个端口接主传输线，另一端接副传输线，还有一端接耦合微带线。
作为本发明的优选实施方式，所述的第一耦合部分网络包括第一电阻、第二电阻和第二电容，所述的第一电阻的一端与副传输线相连，另一端与第二电容相连，第二电容的另一端接第二电阻与接耦合口。
作为本发明的优选实施方式，所述的第二耦合部分网络包括第三电阻、第四电阻和第三电容，所述的第三电阻的一端与副传输线相连，另一端与第三电容相连，第三电容的另一端接第四电阻与接耦合口。
作为本发明的优选实施方式，所述的第一隔离电阻器由第五电阻、第六电阻和第七电阻组成，所述的第五电阻、第六电阻和第七电阻并联连接；第二隔离电阻器由第八电阻、第九电阻和第十电阻组成，所述的第八电阻、第九电阻和第十电阻并联连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的主传输线的端口处具有第一电容器，与第一电阻的一端相连。
作为本发明的优选实施方式，所述的第一隔离电阻器、第二隔离电阻器与第一耦合部分网络、第一副传输线、第二耦合部分网络、第二副传输线处于不同位面。
本发明的宽频双定向耦合器包括：主传输线、副传输线、耦合部分网络、增频网络、隔离电阻器。主传输线相对应端口为输入端口及直通端口。主传输线与副传输线构成耦合微带线，其中第一耦合部分网络的一端与第一副传输线的一端相连，另一端为双定向耦合器的耦合口。第一隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地。
该宽频双定向耦合器还包括第二耦合部分网络、第二隔离电阻器。其中第二耦合部分网络的一端与第二副传输线的一端相连，另一端为双定向耦合器的耦合口。第二隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地。上述所提及的第一耦合部分网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二耦合部分网络、第二副传输线、第二隔离电阻器成左右对称排列在主传输线的中垂直线的两侧，其中第一隔离电阻器、第二隔离电阻器与第一耦合部分网络、第一副传输线、第二耦合部分网络、第二副传输线在不同位面。
增频网络有四端，两端分别接主传输线，另一端接副传输线，最后一端接耦合微带线
所述的主传输线端口处加上一个电容器C1，是通高频的电容，隔直流保护端口，如图1所示。
所述的第一耦合部分网络包含电阻器R1、R2、电容器C2。其中R1一端接副传输线，另一端接C2，C2另一端接R2与接耦合口。第二耦合部分网络与第一耦合部分网络相一致。如原理图图1所示。
所述的增频网络T1包含直径为1.2mm，长55mm的射频同轴线，镍锌铁氧体磁环5个、锰锌铁氧体磁环8个，镍锌铁氧体磁环、锰锌铁氧体磁环均串在一根同轴线上，采用一定顺序排列在同轴线上。频率均衡网络有四个端口，其中同轴线两端分别连接在主传输线上，另一个端口连接隔离电阻器，最后一个端口接地。如图1所示。
所述的第一隔离电阻器包含电阻器R5、R6、R7。其中R5、R6、R7三个电阻器并联；第二隔离电阻器包含电阻器R8、R9、R10，也为电阻并联。如图1所示。
本发明的具体实施方式中，具体工作过程如下所示：
如图2所示，电容器：C1、C2、C3取值470nF；电阻器：R1、R3取值255Ω，R2、R4取值50Ω，R5、R7、R8、R10取值27Ω，R6、R9取值30Ω。各指标数据如下图3-9所示：
在10MHz-13.5GHz工作频段范围内，双定向耦合器的整体结构仅为：70mm×18mm×12mm。定向耦合器插入损耗为3dB，平坦度≤1dB，如图3所示；耦合度S21为-15.8dB，如图4所示；耦合度S12为-15.2dB，如图5所示；平坦度≤1dB；回波损耗S11为-18.7dB，如图6所示；回波损耗S22为-18.9dB，如图7所示；方向性D32为-18.5dB，如图8所示；方向性D41为-22.1dB，如图9所示。综上可知在10MHz-13.5GHz的宽频带中，所有测试指标都满足应用范围。
信号从Port1输入向Port2传输的方向为正向传输，从Port2输入向Port1传输的方向为反向传输。对于正向传输而言，Port1为输入端口，Port2为直通端口，Port3为耦合端口，Port4为隔离端口。对于反向传输而言，Port2为输入端口，Port1为直通端口，Port4为耦合端口，Port3为隔离端口。在T1的磁环附近贴上微波吸收材料，可有效提高方向性的参数指标。
耦合器的正向传输是在Port1端口加入大功率射频源，Port2端口接上射频天线。当大功率射频源发出射频信号，从Port1端口输入沿着主传输线向着Port2传输时，副传输线耦合出一部分信号到耦合部分网络，通过耦合口Port3的阻抗匹配来调节。
而在一些实际使用中也需要双定向耦合器的反向传输。例如；矢量网络分析仪就是需要用到双定向耦合器的反向传输。它是通过在Port2端口输入射频源，Port1接上被测件，当射频源发射出射频信号，从Port2端口输入沿着主传输线向着Port1传输时副传输线耦合出一部分信号到耦合部分网络，通过调节耦合口Port4的阻抗匹配，Port3耦合端口变成隔离端口。而主传输线的信号都通过被测件，然后会反射出信号通过Port1端口，这时反射信号就相当于单定向耦合器的正向传输了，这样矢量网络分析仪就可以通过反射耦合信号测出被测件的指标了。
采用了本发明的超宽频带双定向耦合器装置，无需采用多级级联，即可实现宽频带使用。本发明所述的双定向耦合器生产工艺简单、成本比较低，采用耦合微带线、耦合部分网络及增频网络实现，耦合器采用PCB布板印刷电路器件采用贴装，生产工艺简单，成本比较低。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (7)
1.一种超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的装置包括主传输线、第一副传输线、第二副传输线、第一耦合部分网络、第二耦合部分网络、第一隔离电阻器和第二隔离电阻器，所述的第一耦合部分网络的一端与第一副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第一隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地，所述的第二耦合部分网络的一端与第二副传输线相连，另一端为双定向耦合器的耦合口，所述的第二隔离电阻器的一端与耦合微带线相连，另一端接地；所述的第一耦合部分网络、第一副传输线、第一隔离电阻器与第二耦合部分网络、第二副传输线、第二隔离电阻器成左右对称排列在主传输线的中垂直线的两侧。
2.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的装置还包括增频网络，所述的增频网络包含射频同轴线、5个镍锌铁氧体磁环和8个锰锌铁氧体磁环，所述的镍锌铁氧体磁环、锰锌铁氧体磁环均串在射频同轴线上，所述的增频网络具有四个端口，其中两个端口接主传输线，另一端接副传输线，还有一端接耦合微带线。
3.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的第一耦合部分网络包括第一电阻、第二电阻和第二电容，所述的第一电阻的一端与副传输线相连，另一端与第二电容相连，第二电容的另一端接第二电阻与接耦合口。
4.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的第二耦合部分网络包括第三电阻、第四电阻和第三电容，所述的第三电阻的一端与副传输线相连，另一端与第三电容相连，第三电容的另一端接第四电阻与接耦合口。
5.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的第一隔离电阻器由第五电阻、第六电阻和第七电阻组成，所述的第五电阻、第六电阻和第七电阻并联连接；第二隔离电阻器由第八电阻、第九电阻和第十电阻组成，所述的第八电阻、第九电阻和第十电阻并联连接。
6.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的主传输线的端口处具有第一电容器，与第一电阻的一端相连。
7.根据权利要求1所述的超宽频带双定向耦合器装置，其特征在于，所述的第一隔离电阻器、第二隔离电阻器与第一耦合部分网络、第一副传输线、第二耦合部分网络、第二副传输线处于不同位面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220506 |