CN203134951U - 一种可调谐耦合装置及射频通信装置 - Google Patents

一种可调谐耦合装置及射频通信装置 Download PDF

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CN203134951U CN2013200808264U CN201320080826U CN203134951U CN 203134951 U CN203134951 U CN 203134951U CN 2013200808264 U CN2013200808264 U CN 2013200808264U CN 201320080826 U CN201320080826 U CN 201320080826U CN 203134951 U CN203134951 U CN 203134951U
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徐晓亮
黄新财
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Abstract

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种可调谐耦合装置及射频通信装置，可调谐耦合装置，包括用以传输其两个端部之间的信号的同轴传输线以及通过耦合对信号进行采样的耦合体，耦合装置还包括：形成于同轴传输线外表面的耦合腔；固设有耦合体的印刷电路板，印刷电路板封盖耦合腔以使该耦合体封闭于耦合腔内；调谐器，贯穿设置于印刷电路板，该调谐器的下端伸入耦合腔且调谐器可上下移动改变伸入耦合腔的深度以改变耦合腔内的电磁场分布。借此，本实用新型结构简单，解决了因为结构、印制电路板加工精度和装配工艺对耦合装置影响，调谐方式简单，可靠性高。

Description

一种可调谐耦合装置及射频通信装置
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种可调谐耦合装置及射频通信装置。
背景技术
在基站、RRU（射频拉远模块）、驻波检测系统以及馈电系统中，常常需要采用耦合装置检查信号功率。现有的耦合装置的电路原理如图1所示，J2、J1为主信号输入、输出端，J3为耦合信号输出端，J4为隔离端，Coupler为耦合器的耦合部分。其中，耦合部分可以是耦合片—金属主杆形式、微带线—金属主杆形式等。耦合信号输出端和隔离端分别设置有用于调谐耦合度或隔离度的调谐电路（adjustable circuit）。该调谐电路主要由电容、电感、电阻、可调电位器以及可调电容等组成，用来弥补因PCB或者金属腔体的加工精度引起的误差，以及安装工艺带来的误差等。这类耦合装置主要有以下缺点：
1、为达到要求的隔离度指标和耦合度指标，需要通过耦合端调谐电路和隔离端调谐电路，然而在实际调试过程中，调谐隔离端调谐电路时会对耦合度形成较大影响，调谐耦合端调谐电路时也会影响到隔离度，因此调谐难度较大。
2、随着设备工作寿命的加长，部分调谐器件加速老化，耦合器的性能指标也会急剧变差，甚至失效，造成设备通信故障；运用于调谐电路中的器件会降低设备的可靠性，导致设备的失效率增加；运用于调谐电路中的器件在高低温下的器件参数变化较大，难以确保通信设备在各种温度环境下都保持良好的工作状态；调谐电路的引入导致设备原材料成本和生产成本的上升。
现有另外一种耦合装置，其能通过调节机构调节耦合片与金属主杆之间的距离和相对角度，从而实现对耦合片的耦合量以及信号相位进行调节。但是由于印刷电路板上的与耦合电路板连接的电路为固定设置，在耦合片转动时，耦合片和其他电路之间的连接不稳定，同时实现较为复杂，耦合装置可靠性很差。实用新型内容
针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种可调谐耦合装置及射频通信装置，其结构简单，解决了因为结构、印制电路板加工精度和装配工艺对耦合装置影响，调谐方式简单，可靠性高，有利于大规模生产。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种可调谐耦合装置，包括用以传输其两个端部之间的信号的同轴传输线以及通过耦合对所述信号进行采样的耦合体，所述耦合装置还包括：
形成于所述同轴传输线外表面的耦合腔；
固定设置有所述耦合体的印刷电路板，所述印刷电路板封盖所述耦合腔以使该耦合体封闭于所述耦合腔内；
调谐器，贯穿设置于所述印刷电路板，该调谐器的下端伸入所述耦合腔且所述调谐器可上下移动以改变伸入所述耦合腔的深度。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述同轴传输线的外导体上开设有一窗口，且所述同轴传输线外部环绕所述窗口边沿设置环形凸台以形成所述耦合腔。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述环形凸台与所述同轴传输线的外导体分体成型或一体成型。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述耦合体为微带线。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述耦合体为金属片。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述耦合体贴装于所述印刷电路板的底层。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述印刷电路板的顶层还设有与所述耦合体电连接的耦合输出端以及隔离端。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述隔离端与所述耦合体之间设置有固定负载，该固定负载设置于所述印刷电路板顶层。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述隔离端与所述耦合体之间设置有信号衰减电路，该信号衰减电路设置于所述印刷电路板顶层。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述调谐器上下移动以改变所述耦合腔内的电场矢量和强度，使所述电场耦合到所述耦合体上不同位置的耦合量和信号相位不同。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述调谐器位于最佳调谐位置时，所述耦合腔内的电场耦合到所述耦合体隔离端的多个信号的功率相互抵消，所述隔离端的信号输出功率达到最小。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述调谐器为调谐螺钉。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述调谐器通过调谐器固定装置固定于所述印刷电路板。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述调谐固定装置为固定于所述印刷电路板的螺母或金属卡座。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述同轴传输线的截面为圆形或方形。
根据本实用新型的可调谐耦合装置，所述印刷电路板与所述环形凸台之间紧密连接以使所述耦合腔密封。
本实用新型相应提供一种射频通信装置，所述射频通信装置包括信号传输体和上述可调谐耦合装置。
根据本实用新型的射频通信装置，所述射频通信装置为腔体滤波器、单工器、双工器、多工器、合路器或分路器。
本实用新型通过在同轴传输线外表面形成耦合腔，印刷电路板封盖耦合腔，且设置于印刷电路板的耦合体封闭于耦合腔内，并且采用贯穿印刷电路板的调谐器伸入耦合腔，通过该调谐器上下移动改变伸入所述耦合腔的深度以改变耦合腔内的电磁场分布，进而使耦合体上不同位置的耦合量和信号相位不同，当调谐到最佳位置时，耦合腔内的电场耦合到耦合体隔离端的多个信号的功率相互抵消，隔离端的信号输出功率达到最小（即达到最大隔离度），而耦合输出端的输出功率影响极小。在耦合装置的隔离端仅需要再采用一个固定负载（固定负载的目的是吸收剩余的信号功率，并起到阻抗匹配的效果）即可达到隔离度要求，而耦合输出端由于功率影响极小从而不需要耦合调谐电路。本实用新型取消了高成本、高失效率、生产难度大的常规的复杂耦合电路，通过调谐器对耦合腔内部场的微扰，来调谐耦合装置的方向性等指标，从而弥补了各种工艺误差带来的指标恶化问题。
在调谐时，仅需要改变调谐器伸入耦合腔的深度即可，耦合体的位置固定不变，耦合体和印刷电路板上其他电路的连接关系稳定，进一步提高了可靠性，调谐方式及耦合装置结构也更为简单。借此，本实用新型结构简单，解决了现有技术中因为结构、印制电路板加工精度和装配工艺对耦合装置影响，调谐方式简单，可靠性高，同时相对于现有技术，本实用新型更加便于大规模生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明
图1是现有技术的耦合装置的电路原理图；
图2是本实用新型可调谐耦合装置的电路原理图；
图3是本实用新型可调谐耦合装置一种实施例的立体结构图；
图4是本实用新型可调谐耦合装置一种实施例的剖视图；
图5是本实用新型可调谐耦合装置一种实施例的印刷电路板、耦合体以及调谐器相互配合的立体结构图；
图6是本实用新型可调谐耦合装置一种实施例的同轴传输线以及耦合腔的立体结构图；
图7是本实用新型可调谐耦合装置中耦合腔内的电场线分布示意图；
图8是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，隔离端相对于同轴传输线信号输入端的衰减值的曲线图；
图9是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，隔离端相对于同轴传输线信号输入端的衰减值的曲线图；
图10是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，耦合输出端的回波损耗的曲线图；
图11是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，耦合输出端的回波损耗的曲线图；
图12是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，耦合输出端的耦合度的曲线图；
图13是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，耦合输出端的耦合度的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的可调谐耦合装置工作原理：采用耦合体作为副线耦合从主线上传输的射频信号，在耦合部分加入了一个调谐器用以调谐耦合到耦合体上的多个信号的相位及强度，在隔离端采用固定负载与耦合体连接，在耦合输出端采用固定衰减网络与耦合体连接，简单的电路原理图如图2所示。
如图3～图6所示，本实用新型一种可调谐耦合装置100，包括用以传输其两个端部之间的信号的同轴传输线10以及通过耦合对信号进行采样的耦合体20，耦合装置100还包括耦合腔11、印刷电路板30以及调谐器40。在本实施例中，主线为同轴传输线10。
耦合腔11形成于同轴传输线10外表面。具体的，同轴传输线10包括外导体12和用于传输信号的内导体13，外导体12上开设有一窗口，且同轴传输线10外部环绕窗口边沿设置环形凸台121以形成耦合腔11。环形凸台121与同轴传输线10的外导体12分体成型或一体成型。优选的，同轴传输线10的截面为圆形或方形。一般内导体13半径和外导体12半径形成一定比例，以匹配到一定阻抗，例如50欧姆同轴传输线，内导体13与外导体12尺寸比例为1：2.3。
印刷电路板30上固定设置有耦合体20、耦合电路以及其他电路，同时印刷电路板30封盖耦合腔11以使该耦合体20封闭于耦合腔11内，耦合体20贴装于印刷电路板30的底层。印刷电路板30与环形凸台121之间紧密连接以使耦合腔11密封，从而该耦合体20可以通过耦合腔11对内导体13的信号进行采样。印刷电路板30的顶层还设有与耦合体20电连接的耦合输出端31以及隔离端32。如图3所示，隔离端32与耦合体20之间设置有固定负载，该固定负载设置于印刷电路板30顶层。耦合输出端31与耦合体20之间设置有信号衰减电路，该信号衰减电路设置于印刷电路板30顶层。耦合体20为微带线，在其他实施例中，耦合体20也可为金属片。
调谐器40贯穿设置于印刷电路板30，该调谐器40的下端伸入耦合腔11，且调谐器40可在耦合腔11内上下移动以改变其伸入耦合腔11的深度。调谐器40一般采用金属材料，其电势为零，因此调谐器40与耦合体20不接触，若调谐器40与耦合体20接触，将会导致耦合体20无法到耦合信号。若调谐器40采用非金属介质材料，调谐器40可以与耦合体20接触，但经发明人验证，非金属介质材料调谐器40的调谐效果不佳，因此调谐器40优选采用金属材料。在其他实施例中，调谐器40也可设置为可左右移动或按其他方式移动，同样能调谐耦合到耦合体20上的多个信号的相位及强度，但是印刷电路板30以及同轴传输线10的空间有限，实现困难。
在图3～图5所示的实施例中，调谐器40为调谐螺钉，其通过调谐器固定装置41固定于印刷电路板30，该调谐器固定装置41为固定于印刷电路板30的螺母。进行调谐时，仅需转动螺钉即可改变螺钉深入耦合腔11内的深度，达到调谐目的，调谐方式极为简单。当然调谐器40也可以为其他结构，如金属条；调谐器固定装置41也可以为金属卡座等等。
如图7所示，同轴传输线10所产生的电磁场进入耦合腔11，耦合体20通过对该耦合腔11内的电磁信号进行采样，调谐器40加入后改变了耦合腔11内的电磁场分布，实际上，其中主要影响耦合体20的耦合信号为电场。也即调谐器40上下移动以改变耦合腔11内的电场矢量和强度，使电场耦合到耦合体20上不同位置的耦合量和信号相位不同。通过调谐器40的调谐，在最佳调谐位置时，耦合腔11内电磁场耦合到耦合体20的多个信号到隔离端时候功率互相抵消，隔离端输出信号功率达到最小，即隔离度最大。
在该耦合装置100中，耦合体20本身可以相对同轴传输线10的信号输入端到隔离端32形成一定的隔离度，调谐器40对耦合腔11内电磁场形成干扰时，其对隔离度影响的远大于对耦合度的影响，具体可参见图8～图13。因此，在本实用新型中，仅需要在隔离端32再加入固定负载即可取得较好的隔离度，在耦合装置100的隔离端32仅需要再采用一个固定负载（固定负载的目的是吸收剩余的信号功率，并起到阻抗匹配的效果）即可达到隔离度要求，而耦合输出端31由于功率影响极小从而不需要耦合调谐电路，当然耦合输出端31也可根据实际需要选用固定衰减电路，以改变耦合信号的强度。
相对于现有耦合装置，本实用新型取消了高成本、高失效率、生产难度大的复杂耦合电路，通过调谐器40对耦合腔11内部场的微扰，来调谐耦合装置100的方向性等指标，从而弥补了各种工艺误差带来的指标恶化问题。在调谐时，仅需要改变调谐器40伸入耦合腔11的深度即可，调谐方式及耦合装置100结构更为简单。同时，本实用新型的耦合体20固定于印刷电路板30，在调谐器40进行调谐时，耦合体20的位置不发生改变，相对于现有改变耦合体与信号传输线的距离和相对角度的方式，耦合体20和印刷电路板30上其他电路的连接关系稳定，可靠性较好。并且，现有技术中每个耦合装置的调谐方式较为复杂，不便于大规模生产，而本实用新型则解决了这一问题。
图8是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，隔离端相对于同轴传输线信号输入端的衰减值的曲线图。其中，当同轴传输线10输入信号的频率为1.805G HZ时，隔离端32的隔离度为-65.772db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，隔离端32的隔离度为-65.539db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，隔离端32的隔离度为-65.290db。图9是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，隔离端相对于同轴传输线10信号输入端的衰减值的曲线图。当同轴传输线10输入信号的频率为1.805G HZ时，隔离端32的隔离度为-77.774db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，隔离端32的隔离度为-80.662db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，隔离端32的隔离度为-75.977db。从以上数据可以分析得到，当调谐器调谐至最佳位置时，相对于未进行调谐时隔离端32的隔离度至少增大了10db。
图10是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，耦合输出端的回波损耗的曲线图。其中，当同轴传输线10输入信号的频率为1.805G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-16.586db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-16.303db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-17.450db。图11是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，耦合输出端的回波损耗的曲线图。其中，当同轴传输线100输入信号的频率为1.805G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-16.487db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-16.249db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，耦合输出端31的回波损耗值为-17.486db。从以上数据可以分析得到，当调谐器调谐至最佳位置时，相对于未进行调谐时，耦合输出端31的回波损耗变化极小。
图12是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器未进行调谐时，耦合输出端的耦合度的曲线图。其中，当同轴传输线10输入信号的频率为1.805G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-36.886db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-36.799db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-36.831db。图13是本实用新型可调谐耦合装置中调谐器调谐到最佳位置时，耦合输出端的耦合度的曲线图。当同轴传输线10输入信号的频率为1.805G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-37.121db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.865G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-37.069db；当同轴传输线10输入信号的频率为1.8215G HZ时，耦合输出端31的耦合度为-37.093db。从以上数据可以分析得到，当调谐器40调谐至最佳位置时，相对于未进行调谐时，耦合输出端31的耦合度变化极小。
结合图8~图13可以看出，采用了本实用新型的调谐装置40后，调谐装置40对隔离端32的隔离度有较大的优化（相对于现有技术，隔离度增大了很多），该调谐装置40对耦合输出端31的回波损耗值和耦合度基本无影响，因此在隔离端32仅加入固定负载即可；在耦合输入端31直接耦合输出即可，也可以根据实际情况加入无调谐功能的信号衰减电路即可。
相对于现有技术，本实用新型采用低成本、高可靠性、方便大规模生产的简易装置，替代了高成本、高失效率、生产难度大的常规的复杂耦合电路，通过调谐器40对耦合腔11内部场的微扰，来调谐耦合装置100的方向性等指标，从而弥补了各种工艺误差带来的指标恶化问题。在调谐时，仅需要改变调谐器40伸入耦合腔11的深度即可，调谐方式及耦合装置100结构更为简单。
本实用新型还提供一种射频通信装置，该射频通信装置包括信号传输体和上述的可调谐耦合装置100。射频通信装置为腔体滤波器、单工器、双工器、多工器、合路器或分路器。可调谐耦合装置100的具体结构已在前文做详细描述，故在此不再赘述。
综上所述，本实用新型通过在同轴传输线外表面形成耦合腔，印刷电路板封盖耦合腔，且设置于印刷电路板的耦合体封闭于耦合腔内，并且采用贯穿印刷电路板的调谐器伸入耦合腔，通过该调谐器上下移动改变伸入所述耦合腔的深度以改变耦合腔内的电磁场分布，进而使耦合体上不同位置的耦合量和信号相位不同，当调谐到最佳位置时，耦合腔内的电场耦合到耦合体隔离端的多个信号的功率相互抵消，隔离端的信号输出功率达到最小（即达到最大隔离度），而耦合输出端的输出功率影响极小。在耦合装置的隔离端仅需要再采用一个固定负载（固定负载的目的是吸收剩余的信号功率，并起到阻抗匹配的效果）即可达到隔离度要求，而耦合输出端由于功率影响极小从而不需要耦合调谐电路。本实用新型取消了高成本、高失效率、生产难度大的常规的复杂耦合电路，通过调谐器对耦合腔内部场的微扰，来调谐耦合装置的方向性等指标，从而弥补了各种工艺误差带来的指标恶化问题。
在调谐时，仅需要改变调谐器伸入耦合腔的深度即可，耦合体的位置固定不变，耦合体和印刷电路板上其他电路的连接关系稳定，进一步提高了可靠性，调谐方式及耦合装置结构也更为简单。借此，本实用新型结构简单，解决了现有技术中因为结构、印制电路板加工精度和装配工艺对耦合装置影响，调谐方式简单，可靠性高，同时相对于现有技术，本实用新型更加便于大规模生产。
以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种可调谐耦合装置，包括用以传输其两个端部之间的信号的同轴传输线以及通过耦合对所述信号进行采样的耦合体，其特征在于，所述耦合装置还包括：
形成于所述同轴传输线外表面的耦合腔；
固定设置有所述耦合体的印刷电路板，所述印刷电路板封盖所述耦合腔以使该耦合体封闭于所述耦合腔内；
调谐器，贯穿设置于所述印刷电路板，该调谐器的下端伸入所述耦合腔且所述调谐器可上下移动改变伸入所述耦合腔的深度以改变所述耦合腔内的电磁场分布。
2.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述同轴传输线的外导体上开设有一窗口，且所述同轴传输线外部环绕所述窗口边沿设置环形凸台以形成所述耦合腔。
3.根据权利要求2所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述环形凸台与所述同轴传输线的外导体分体成型或一体成型。
4.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述耦合体为微带线。
5.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述耦合体为金属片。
6.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述耦合体贴装于所述印刷电路板的底层。
7.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述印刷电路板的顶层还设有与所述耦合体电连接的耦合输出端以及隔离端。
8.根据权利要求7所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述隔离端与所述耦合体之间设置有固定负载，该固定负载设置于所述印刷电路板顶层。
9.根据权利要求7所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述隔离端与所述耦合体之间设置有信号衰减电路，该信号衰减电路设置于所述印刷电路板顶层。
10.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述调谐器上下移动以改变所述耦合腔内的电场矢量和强度，使所述电场耦合到所述耦合体上不同位置的耦合量和信号相位不同。
11.根据权利要求7所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述调谐器位于最佳调谐位置时，所述耦合腔内的电场耦合到所述耦合体隔离端的多个信号的功率相互抵消，所述隔离端的信号输出功率达到最小。
12.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述调谐器为调谐螺钉。
13.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述调谐器通过调谐器固定装置固定于所述印刷电路板。
14.根据权利要求13所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述调谐固定装置为固定于所述印刷电路板的螺母或金属卡座。
15.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述同轴传输线的截面为圆形或方形。
16.根据权利要求1所述的可调谐耦合装置，其特征在于，所述印刷电路板与所述环形凸台之间紧密连接以使所述耦合腔密封。
17.一种射频通信装置，其特征在于，所述射频通信装置包括信号传输体和根据权利要求1至16中任意一项所述的可调谐耦合装置。
18.根据权利要求17所述的射频通信装置，其特征在于，所述射频通信装置为腔体滤波器、单工器、双工器、多工器、合路器或分路器。
CN2013200808264U 2012-11-16 2013-02-21 一种可调谐耦合装置及射频通信装置 Expired - Lifetime CN203134951U (zh)

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