CN214542478U - 一种耦合器电路及包含该电路的耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合器电路及包含该电路的耦合器。一种耦合器电路，包含有主传输线、耦合单元、衰减单元和隔离单元；主传输线内芯的两端分别连接有第一端口和第二端口；耦合单元包含有第一电阻和第二电阻，第一电阻的第一端与第一端口连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端和衰减单元的输入端相连接，衰减单元的输出端与第三端口连接，第二电阻的第二端接地；隔离单元的输入端与第二端口连接，隔离单元的输出端与第四端口连接；主传输线外表面连接有匹配负载单元，主传输线的外表面经匹配负载单元接地，主传输线的外表面设置有抗干扰单元。一种耦合器，包含有上述任一耦合器电路。实现了方向性的提高和低频段性能改善。

Description

一种耦合器电路及包含该电路的耦合器

技术领域

本实用新型属于耦合器技术领域，具体涉及一种耦合器电路及包含该电路的耦合器。

背景技术

耦合器作为一种无源器件，已广泛使用于各种通信系统中。目前在通信系统的各种发射机和接收机上大多采用微带线耦合器，通信系统设计中常选用工作频段在300KHz-6GHz的射频宽带耦合器，但是大部分的耦合器在低频段的性能不理想，尤其是接近300KHz的频段。同时耦合器的方向性指标是否能正确的与整个通信系统相匹配非常重要，而现有的微带线耦合器方向性经常达不到系统的要求，并且耦合平坦度不够。因此急需对现有耦合器的低频性能以及方向性等进行改善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合器电路及包含该电路的耦合器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种耦合器电路，包含有主传输线、耦合单元、衰减单元和隔离单元；所述主传输线内芯的两端分别连接有第一端口和第二端口；所述耦合单元包含有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与第一端口连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端和衰减单元的输入端相连接，所述衰减单元的输出端与第三端口连接，所述第二电阻的第二端接地；所述隔离单元的输入端与第二端口连接，隔离单元的输出端与第四端口连接；所述主传输线的外表面连接有用于抑制杂散信号的匹配负载单元，所述主传输线的外表面经匹配负载单元接地，且主传输线的外表面还设置有抗干扰单元。

进一步改进地，所述耦合单元包含有第一电容，所述第一电容的第一端与第一电阻的第二端连接，第一电容的第二端与第二电阻的第一端和衰减单元的输入端相连接。

进一步改进地，所述主传输线为钢缆；所述钢缆外表面连接的匹配负载单元包含有：对称分布在钢缆中部垂直线两侧的子电阻单元；所述子电阻单元含有的电阻数量至少一个，且子电阻单元内的电阻的第一端分别依序连接在所述钢缆外表面的不同位置，所述子电阻单元内的电阻的第二端均接地。

进一步改进地，所述衰减单元包含有第一衰减器和第二衰减器，第一衰减器的第一端经第二电阻接地，所述第一衰减器的第二端与第二衰减器的第一端连接，第二衰减器的第二端与第三端口连接。

进一步改进地，所述隔离单元包含有第三电阻、第二电容、第四电阻和第三衰减器，第三电阻阻值同第一电阻，第二电容容值同第一电容，第四电阻阻值同第二电阻；所述第三电阻的第一端与第二端口连接，所述第三电阻的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端经第四电阻接地且与第三衰减器的第一端连接，第三衰减器的第二端与第四端口连接。

进一步改进地，所述抗干扰单元设置为磁环。

进一步改进地，所述磁环的数量至少一个。

本实用新型还包含一种耦合器，是通过以下技术方案实现的：包含有上述任一耦合器电路。

本实用新型的有益效果是：

因为耦合器具有对称互易的网络特性，以下通过设定第一端口为射频信号输入端口，第二端口为射频信号直通输出端口，第三端口为耦合端口，第四端口为隔离端口来阐述本实用新型的技术效果。本方案中采用的耦合单元包含有第一电阻和第二电阻，射频信号经第一端口直接流向第一条支路：由耦合单元和衰减单元构成，通过调节第一电阻和第二电阻的阻值，并配合衰减单元，将耦合度调整到所需的目标值。射频信号也经第一端口流向第二支路：钢缆。通过钢缆外表面连接的多个电阻，将从钢缆内芯耦合滋生的杂散信号泄放到地，减少了杂散信号对主电路信号的影响，尤其改善了300KHz-6GHz频带内低频处的方向性指标。钢缆外表面包裹的磁环可以是高低频磁环组合使用，减少了系统对耦合器主电路的各种高低频干扰，也同钢缆外表面连接的电阻一起共同确保了耦合器在300KHz-6GHz工作频段内的性能稳定性。射频信号从钢缆流出后，直接流向第二端口，经第二端口输出。但仍不可避免的产生从第一端口流向第四端口的反射信号，反射信号流入隔离单元，通过隔离单元内部设置的第三电阻和第四电阻，且第四电阻接地，将反射信号吸收，减少了反射信号对主电路的干扰，提高了隔离度，进而提高了方向性。

本技术方案改善了耦合器的方向性以及低频处的性能，也从整体上具有了良好的耦合平坦度，据此达到了适应更多通信应用场景的目的。在外部结构完全一致的情况下，采用该电路结构制成的耦合器尺寸有所减小，更能适应目前整个通信系统对器件的轻型化和小型化的需求。

附图说明

图1为耦合器电路原理图；

图2为实施例对应的耦合度X1测试图；

图3为实施例对应的隔离度X2测试图；

图4为实施例对应的方向性X3测试图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

本实用新型提供一种耦合器电路，如图1所示，设定第一端口为射频信号输入端口RFin，第二端口为射频信号直通输出端口RFout，第三端口为耦合端口C，第四端口为隔离端口I。整个电路为H型结构，左上端口为第一端口，左下端口为第三端口，右上端口为第二端口，右下端口为第四端口。

电路结构划分为主传输线、耦合单元、衰减单元和隔离单元，共四个单元。其中本实施例中主传输线采用50欧姆的钢缆，长度50mm，外径1.25mm。钢缆的内芯连接在第一端口RFin和第二端口RFout之间。

耦合单元包含有第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的第一端连接钢缆内芯的左端，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端和第一衰减器ATT1的第一端均连接，第二电阻R2的第二端接地，第一衰减器ATT1的第二端与第二衰减器ATT2的第一端连接，第二衰减器ATT2的第二端与第三端口C连接。第一衰减器ATT1和第二衰减器ATT2对经耦合单元耦合的射频信号进行衰减，以匹配第三端口C外部的负载。

优化地，在第一电阻R1和第二电阻R2之间设置第一电容C1，第一电容C1滤除射频信号内混入的直流或者电源纹波等，一般选择100-1000pF，第一电容C1也可设置在第一电阻R1的前端，即滤波后再接入耦合单元。通过调整第一电阻R1与第二电阻R2的阻值将耦合度X1调节到电路设计时需求的目标值。矢量网络分析仪的测试结果参见图2。

隔离单元为与隔离端口I（第四端口）连接的链路。为实现耦合器的对称互易特性，采用与耦合单元对称的电路元件：第三电阻R3、第二电容C2和第四电阻R4，第三电阻R3与第一电阻R1阻值相同，第四电阻R4与第二电阻R2阻值相同，第二电容C2与第一电容C1的容值相同，还包含有第三衰减器ATT3，其中第三电阻R3的第一端连接钢缆内芯的右端，第三电阻R3的第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端接地，第二电容C2的第二端还连接于第三衰减器ATT3的第一端，第三衰减器ATT3的第二端连接第四端口I（隔离端口）。这里第四端口I（隔离端口）的链路没有完全对称的采用两个衰减器，只采用了一个第三衰减器ATT3，在满足耦合器互易的前提下，减少电路元件数量。耦合单元通过采用电阻耦合的方式，相较于微带线耦合等方式，减少了从第一端口RFin流向第四端口I的反射信号，同时通过第三电阻R3和接地的第四电阻R4将反射信号吸收，进一步减少了反射信号，提高了隔离度X2，矢量网络分析仪的测试结果参见图3。

方向性X3=X2-X1, 通过提高隔离度X2的方式，提高了方向性X3，矢量网络分析仪的测试结果参见图4。

钢缆的外表面还连接有匹配负载单元并套设有数量大于等于一个的磁环，为实现耦合器的对称互易特性，这里匹配负载单元分为两个对称的子电阻单元，每个子电阻单元分别包含有三个电阻，六个电阻从左到右依序为：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10。六个电阻的第一端分别连接在钢缆的不同位置，第二端都接地。因为射频信号从内芯通过时，不可避免的会耦合滋生出谐波等杂散信号，杂散信号会对主电路造成干扰，通过在钢缆外表面连接的六个电阻将杂散信号泄放到地，减少此种干扰；同时套设有多个磁环，为高低频磁环组合使用，结合具体耦合器预达到的尺寸目标，选用合适尺寸的磁环，尽可能的将钢缆完全包裹。针对本实施例采用的50mm的钢缆，采用4个磁环实现完全的包裹。磁环可以对各种系统干扰进行抑制。如图4所示，通过电阻接地与磁环的共同作用，在低频处的方向性指标有明显的改善，同时在其他工作频段的方向性指标也得到了保证。

通过上述的耦合器电路，参阅图2，在300KHz-6GHz的工作频段内，耦合度的平坦度在±0.1之间。同时参阅图4，方向性的均值优于24dB。

本实用新型还提供了一种相应的耦合器，包含有如上实施例中的耦合器电路。上述实施例中的整体电路尺寸可以做到：60mm*33mm，在外部其他组成件完全一致的情况下，耦合器的外形尺寸变小，更能适用不同的市场需求。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种耦合器电路，其特征在于：包含有主传输线、耦合单元、衰减单元和隔离单元；所述主传输线内芯的两端分别连接有第一端口和第二端口；所述耦合单元包含有第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与第一端口连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端和衰减单元的输入端相连接，所述衰减单元的输出端与第三端口连接，所述第二电阻的第二端接地；所述隔离单元的输入端与第二端口连接，隔离单元的输出端与第四端口连接；所述主传输线的外表面连接有用于抑制杂散信号的匹配负载单元，所述主传输线的外表面经匹配负载单元接地，且主传输线的外表面还设置有抗干扰单元。

2.根据权利要求1所述的一种耦合器电路，其特征在于：所述耦合单元包含有第一电容，所述第一电容的第一端与第一电阻的第二端连接，第一电容的第二端与第二电阻的第一端和衰减单元的输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的一种耦合器电路，其特征在于：所述主传输线为钢缆；所述钢缆外表面连接的匹配负载单元包含有：对称分布在钢缆中部垂直线两侧的子电阻单元；所述子电阻单元含有的电阻数量至少一个，且子电阻单元内的电阻的第一端分别依序连接在所述钢缆外表面的不同位置，所述子电阻单元内的电阻的第二端均接地。

4.根据权利要求1所述的一种耦合器电路，其特征在于：所述衰减单元包含有第一衰减器和第二衰减器，第一衰减器的第一端经第二电阻接地，所述第一衰减器的第二端与第二衰减器的第一端连接，第二衰减器的第二端与第三端口连接。

5.根据权利要求2所述的一种耦合器电路，其特征在于：所述隔离单元包含有第三电阻、第二电容、第四电阻和第三衰减器，第三电阻阻值同第一电阻，第二电容容值同第一电容，第四电阻阻值同第二电阻；所述第三电阻的第一端与第二端口连接，所述第三电阻的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端经第四电阻接地且与第三衰减器的第一端连接，第三衰减器的第二端与第四端口连接。

6.根据权利要求1-5项任一项所述的一种耦合器电路，其特征在于：所述抗干扰单元设置为磁环。

7.根据权利要求6所述的一种耦合器电路，其特征在于：磁环的数量至少一个。

8.一种耦合器，其特征在于：包含有权利要求1-7项中任一项所述的耦合器电路。

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