CN1203581C - 耦合装置、射频耦合装置及从传输线耦合能量的方法 - Google Patents

Abstract

一种从传输线(100)耦合选定量能量的耦合器，包括：接触片(104)，通过传输线(100)外导体的开孔与传输线(100)的内导体(102)接触。预选配置的导线(106)耦合到接触片(104)，并与接地面(108)隔开以产生选定的寄生电容，导线(106)的配置确定耦合装置的中心频率。耦合装置还包括：连接器(110)，它有耦合到导线(106)的内导体(111)。

Description

说明书 耦合装置、射频耦合装置及从传输线耦合能量的方法

技术领域

本发明一般涉及射频装置，具体涉及从传输线耦合射频能量的方法和装置。

背景技术

在本发明之前，利用同轴钻空机切割RF电缆并使该电缆带上连接器安装同轴分接头和耦合器。这种方法的主要缺点是使主电缆有过大的损耗。随后，Stein等人的美国专利5,729,184指出可以利用没有连接器的分接头；然而，Stein等人的发明仍然使主电缆的损耗超过1dB。Stein等人确实在理论上提出能够设计耦合损耗高达20dB的分接头，但没有描述制造这种装置的方法。

我们需要的是在RF系统中能够选择耦合损耗和伴随插入损耗的方法和装置。特别是，这种方法和装置应当允许调谐无线系统，而且还应当允许使RF照明结构所需放大器的数目为最少。

发明内容

本发明一般涉及从一个电磁传输媒体耦合电磁能量到一个或多个其他传输媒体的装置，具体涉及从同轴电缆耦合射频能量到其他同轴电缆，天线或其他辐射装置的装置。此外，本发明涉及从传输媒体耦合射频能量到另一个传输或辐射媒体的装置，具有到主电缆的可变能量和反向损耗。

本发明一般还涉及保护电路元件的装置封装或密封的方法，可以密封水或其他污染物的侵入，在防止转动的同时可以连接该装置到主电缆，并提供一种电路连接一个装置接地到另一个装置接地的方法。本发明还涉及这样一种装置，它可以连接到主电缆，而不需要切割电缆并使电缆带上连接器。

本发明的原理不仅能建立耦合损耗从10dB以下至30dB以上的耦合装置，而且能够制造这种装置。这些装置的结构在所有RF耦合损耗值上有极低的插入损耗。例如，耦合损耗为15dB的本发明耦合装置的插入损耗小于0.3dB。耦合损耗为20dB的本发明耦合装置的插入损耗小于0.1dB。

所以，本发明的一个目的是，在有效提取RF能量的同时，提供一种到直通线电缆有很大阻抗的手段。

本发明的另一个目的是，提供一种连接装置到直通线的技术，因此可以在几个频率上提取RF能量。

本发明的另一个目的是，在把直通线的损耗减至最小的同时，提供一种在几个频率上从直通线提取RF能量的方法。

本发明的另一个目的是，提供一种根据需要从直通线提取不同电平RF能量的技术。

本发明的另一个目的是，在引起直通线反向损耗的同时，提取不同电平的能量。就是说，从直通线到本发明装置输出端的耦合损耗越大，到直通线的插入损耗就越小。

本发明的另一个目的是，提供一种允许该装置的输出阻抗与RF放大器，天线，或另一条传输线的输入/输出阻抗之间尽可能紧密匹配的技术。

本发明的另一个目的是，在生成最小互调制产物的同时，提供一种从直通线提取RF能量的手段。

本发明的另一个目的是，在其他频率的直通线上提供最小损耗的同时，提供一种从直通线提取RF能量的技术。

本发明的另一个目的是，提供一种连接该装置到直通线并以最大效率转移能量到该装置输出端的技术，最大效率就是最小热损耗。

本发明的另一个目的是，提供一种从直通线转移能量到该装置输出端的手段，因此RF能量流比率不受温度，湿度和/或振动的影响。

本发明的另一个目的是，提供一种廉价和有效装配该装置的手段。

本发明的另一个目的是，提供一种利用制成的内部布线制造或装配耦合装置的技术，以响应不同的频率，带宽，耦合损耗和直通线损耗。

本发明的另一个目的是，利用可变阻抗传输线完成能量转移。

本发明的另一个目的是，提供一种利用单根裸导线作为可变阻抗传输线从直通线耦合能量到该装置输出端的技术。

本发明的另一个目的是，通过调整从连接点到主电缆的距离和配置，提供一种控制从主电缆耦合能量到该装置输出端的手段。

本发明的另一个目的是，提供一种包含电路元件的机械封装。

本发明的另一个目的是，提供一种可以密封的机械封装，防止水或其他污染物降低该装置的电路性能。

本发明的另一个目的是，通过在装置上钻一个孔以及把该装置放在电缆上并紧固两个系紧螺钉，提供一种可以连接到主电缆的装置。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，参照以下的描述并结合附图，其中：

图1A是按照本发明原理的耦合装置的示意图；

图1B是按照本发明原理的第二种耦合装置的示意图；

图1C是按照本发明原理的第三种耦合装置的示意图；

图1D是按照本发明原理的第四种耦合装置的示意图；

图2表示按照本发明原理耦合装置的组装和剖面图；

图3A表示图1B中所示耦合装置的超低插入损耗，高耦合损耗耦合装置的电路组合；

图3B表示图1B中所示耦合装置的低插入损耗，中耦合损耗耦合装置的电路组合；

图3C表示图1C中所示耦合装置的低插入损耗，低耦合损耗耦合装置的电路组合；和

图3D表示图1A中所示耦合装置的低插入损耗，高频耦合装置的电路组合。

具体实施方式

参照附图中图1至图3描述的典型实施例，可以更好地理解本发明的原理及其优点，其中相同的数字表示相同的部件。

图1A和3D分别表示耦合装置的示意图和布局图，该耦合装置用于从同轴电缆耦合RF能量到第二个同轴电缆，RF辐射器或RF放大器。虽然利用同轴电缆表示，应当明白，可以代替和选择任何的传输线。在主传输线外导体100中钻一个孔，并插入接触片104(图3D中所示的300)以便与主传输线中心导体102接触。接触片可以是装上弹簧的，但是，应当明白，接触中心导体的任何手段都是可行的。最好是，中心导体接触片104(300)是绝缘的，但未必满足本发明的原理。接触片104(300)手柄上的绝缘是为了避免因疏忽造成与外导体100的接触。

耦合装置内传输线106(图3D中所示的326)是低损耗导线。该导线的长度和直径确定频率响应，以及在某种程度上，确定该装置的耦合损耗和插入损耗。传输线导线可以是绝缘的，允许低频率下有较长的长度，且仍满足本发明的意图。

本发明的一个原理是利用高表面导电性导线。这可以防止通过绝缘的介质损耗。

该导线连接到外导体110和中心导体插针111(310)代表的输出连接器的中心导体插针111(310)。应当明白，输出端可以是硬线电缆，直接连接的天线，放大器或虚负载。这些中的任何一种都满足本发明原理。

损耗元件112(314)连接在输出连接器的中心插针111(310)与外罩110之间，以便更好地阻抗匹配与输出连接器连接的装置。损耗元件增加本发明的性能，但不是满足本发明原理所必需的。

图1A和3D的配置用于耦合值约为-15dB至-6dB的耦合装置。内传输线106(306)的损耗元件是低损耗导线。该导线的长度和直径确定频率响应，以及在某种程度上，确定该装置的耦合损耗和插入损耗。传输线导线可以是绝缘的，允许在低频下有较长的长度，但仍满足本发明的意图。图1B，3A和3B分别是按照本发明原理的另一种耦合装置的示意图和布局图，在把主电缆的插入损耗减至最小的同时，从主电缆耦合最小量RF能量到输出连接器。

在主传输线外导体100中钻一个孔，并插入接触片104(300)，以便与主传输线中心导体102相接触。接触片可以是装上弹簧的，但是，应当明白，接触中心导体的任何手段都是可行的。最好是，中心导体接触片102是绝缘的，但未必满足本发明的原理。

内传输线114(图3A中306和图3B中320)是低损耗的非绝缘导线，但可以是绝缘的，以适应低频率下较长的长度，且仍满足本发明的原理。除了连接到终端点之外，传输线不与任何的介质接触。

该导线的长度和直径确定频率响应，并在某种程度上，确定该装置的耦合损耗和插入损耗。寄生电容器115是由导线的直径和于图3A所示接地面108(308)的距离确定的。寄生电容和导线的配置确定该装置的中心频率响应。

本发明的一个原理是利用高表面导电性导线。这可以防止通过绝缘的介质损耗。本发明的另一个原理是防止传输线与连接点之外的任何介质面接触。

该导线连接到外导体110和中心导体111(310)代表的输出连接器的中心导体插针111(310)。应当明白，输出端可以是硬线电缆，直接连接的天线，放大器或虚负载。这些中的任何一种都满足本发明原理。本发明的一个原理是利用高表面导电性导线。这可以防止通过绝缘的介质损耗。

本发明的另一个原理是不使传输线与中心接触片102(300)连接，但利用电容耦合，抽样插针102周围的电场，如图3A和3B中302和318所示。抽样越大，耦合能量就越大。

在图1B中，开路132代表传输线114与连接主电缆中心导体102的插针104之间的复阻抗直流阻塞连接。这种连接还表示在图3A和3B中。如在图3A中所看到的，这种连接可以是小的，允许耦合少量功率(从20dB至30dB)，或图3B所示较大的，允许耦合的值是从15dB至20dB。高耦合损耗造成的插入损耗是从0.3dB至0.05dB。

图1C和3C的配置允许耦合装置传输几个选定的频率以及在这些频率下伴随的低插入损耗.。在图1C中，内传输线表示为116，而在图3C中表示为322。图1C上的集总阻抗117和图3上所示的线圈325允许耦合装置配置成这样，在把选定频率上插入损耗减至最小的同时，加强选定的频率。

利用图1C和3C所示集总阻抗输入和图1B，3A和3B所示选定耦合的本发明另一个原理允许设计者不仅选择耦合损耗，插入损耗，还允许他选择所需的频率，因此，可以在相同的电缆上发送和接收几个频率。

图1D一般涉及在耦合端口输入端有直流阻塞复阻抗119的本发明。这允许设计者配置耦合装置成定制回损，并在某种程度上，定制频率响应。此处，(内)传输线表示为118。

图3D一般涉及用于2GHz频率附近的单个频率下耦合装置的本发明。要求不同的导线尺寸以选择耦合损耗和插入损害的原理适用于这种装置以及此处描述的其他装置。应当明白，本发明原理的任何组合包括在部分本发明的内容内。

图2一般涉及本发明的机械方面。该封装是由3个塑料部分构成，底部210，顶部206，和顶部封口214。耦合端口连接器200是“N”型，但是，可以利用任何合适的RF连接器。与耦合端口的连接也可以是“夹紧”或“硬连线”。与主电缆的连接是208，但是，应当明白，接触主中心导体的任何探针或其他装置满足本发明的原理。

系紧螺钉212用于连接该装置的顶部和底部到主电缆。系紧螺钉的作用是便于安装。

螺钉216布置在连接器法兰的对角，这些螺钉延伸通过PC板312的通孔316，其作用是防止旋转，以及提供从主电缆到耦合端口外导体的接地路径。虽然防止旋转对于该装置的功能是不需要的，但是它增大了整体强度。工作在400mHz以上是不需要接地的，但是，确实增大了整体电路的稳定性。在制造时。一般是部分地安装螺钉216，而在安装时，最后安装螺钉216。

虽然本发明的描述是参照几个具体的实施例，这些描述并不意味着受到限制。在参考本发明的描述之后，本领域专业人员可以理解公开实施例中的各种改动以及本发明的其他实施例。本领域专业人员应当理解，利用公开的概念和实施例作为基础，可以改动或设计实现本发明相同目的的其他结构。本领域专业人员还应当理解，这种相当结构并不偏离所附权利要求书中陈述的本发明精神和范围。

所以，可以想象到，权利要求书覆盖本发明实际范围内的任何这些改动或实施例。

Claims (18)

1.一种耦合装置，用于从传输线耦合选定量的能量，包括：

接触片，通过所述传输线外导体中的开孔与所述传输线的内导体接触；

预选配置的导线，耦合到所述接触片，并与接地面隔开以产生选定的寄生电容，所述导线的所述配置确定所述耦合装置的中心频率；和

连接器，它有耦合到所述导线的内导体，

其中至少部分所述导线与所述接地面至少部分地隔开一个空气隙。

2.按照权利要求1的耦合装置，其中所述接触片是利用电容方式耦合到所述导线。

3.按照权利要求1的耦合装置，其中所述接触片是实际连接到所述导线。

4.按照权利要求1的耦合装置，其中所述导线包括高表面导电性导线。

5.按照权利要求1的耦合装置，还包括：布置在所述接触片与所述导线之间的复阻抗。

6.按照权利要求5的耦合装置，其中所述阻抗包括：在所述接触片与所述导线之间产生直流阻塞连接的复阻抗。

7.按照权利要求5的耦合装置，其中所述阻抗包括选取的集总阻抗以产生相应的耦合损耗和插入损耗。

8.按照权利要求1的耦合装置，还包括：耦合所述连接器所述内导体和所述连接器外壳的损耗元件。

9.一种射频耦合装置，包括：

接触片，用于接触相关传输线的导体；

至少部分与支承结构和接地面隔开一个空气隙的导线，所述导线和与所述接地面隔开的配置确定所述耦合装置的频率响应；

连接器，它有耦合到所述导线的导体和法兰；和

耦合到所述连接器所述法兰并密封所述导线和所述支承结构的封装，所述封装还形成接受所述传输线的空腔，所述接触片延伸进入所述空腔以接触所述传输线的所述导体。

10.按照权利要求9的射频耦合装置，其中所述封装包括确定所述空腔的第一和第二部分，每个所述第一部分和第二部分包含接受紧固件装置的插孔，用于保持所述传输线与所述耦合装置的啮合。

11.按照权利要求9的射频耦合装置，其中所述紧固件装置包括系紧螺钉。

12.按照权利要求9的射频耦合装置，其中至少部分所述封装是由塑料制成的。

13.按照权利要求9的射频耦合装置，还包括导电性紧固件装置，用于耦合所述连接器的所述法兰和所述接地面。

14.一种从传输线耦合能量的方法，该传输线有隔开的内导体和外导体，包括以下步骤：

形成通过传输线外导体的开孔以暴露部分内导体；

插入通过开孔的接触片以接触内导体；

布置与接地面隔开的预选配置导线以产生寄生电容，该配置确定从传输线耦合能量的中心频率；和

电耦合所插入的接触片和该导线，

其中所述布置步骤包括：布置该导线与接地面至少部分地隔开一个空气隙。

15.按照权利要求14的方法，其中所述电耦合步骤包括：利用电容方式耦合该导线和所插入的接触片。

16.按照权利要求14的方法，还包括步骤：把集总阻抗布置在接触片与该导线之间。

17.按照权利要求14的方法，其中形成预选配置导线的所述步骤包括：布置预选长度和直径的导线与接地面隔开。

18.按照权利要求14的方法，其中所述布置步骤包括：布置该导线与支承结构的第一侧隔开一个空气隙，接地面布置在支承结构的相对第二侧。

Images