CN216214014U - 定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种定向耦合器，包括：滤波器主杆、主杆腔体、耦合窗口、耦合微带、隔离电路和耦合电路；滤波器主杆包括输入端和直通端；所述滤波器主杆设置在所述主杆腔体内；其中耦合微带与所述滤波器主杆耦合设置；隔离电路与所述耦合微带的一端连接；耦合电路与所述耦合微带的另一端连接；其中，耦合电路包括：π型衰减电路、π型网络电路和耦合输出端口；所述π型衰减电路的一端连接所述耦合微带，所述π型衰减电路与所述π型网络电路串联，所述π型网络电路的另一端连接所述耦合输出端口；所述耦合电路的方向性大于等于29dB，所述定向耦合器的带宽为1450MHz‑2170MHz。通过上述方案以提供一种超宽频带下方向性好的耦合电路。

Description

定向耦合器

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种定向耦合器。

背景技术

耦合器在微波系统中有着重要作用，既可作分支器件及功率检测部件，又可作为放大器的反馈元件使用。在现今的行业内，越来越趋向于多频集成化，市面上，多出现双频，目前正在逐步研制三频耦合器。

在此背景下，耦合器也需要与时俱进，做到多频共存，实现在超宽频带下，性能稳定；特别是超宽频带下，良好的方向性成为了一大难点。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种定向耦合器，以提高定向耦合器在超宽频带下的方向性。

本申请公开了一种定向耦合器，包括：滤波器主杆、主杆腔体、耦合窗口、耦合微带、隔离电路和耦合电路；滤波器主杆包括输入端和直通端；所述滤波器主杆设置在所述主杆腔体内；其中耦合微带与所述滤波器主杆耦合设置；隔离电路与所述耦合微带的一端连接；耦合电路与所述耦合微带的另一端连接；其中，耦合电路包括：π型衰减电路、π型网络电路和耦合输出端口；所述π型衰减电路的一端连接所述耦合微带，所述π型衰减电路与所述π型网络电路串联，所述π型网络电路的另一端连接所述耦合输出端口；所述定向耦合器的方向性大于等于29dB，所述定向耦合器的带宽为1450MHz-2170MHz。

可选的，所述π型网络电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电感，所述第二电阻的两端分别连接所述耦合输出端口和所述π型衰减电路，所述第一电阻的一端接地，另一端连接于所述第二电阻与所述耦合输出端口之间；所述第一电感的一端接地，另一端连接于所述第二电阻与所述π型衰减电路之间；所述π型衰减电路包括：第三电阻、第四电阻和第一电位器，所述第一电位器的第一端连接所述第二电阻，所述第一电位器的第二端与所述耦合微带连接，所述第三电阻的一端接地，另一端连接所述第一电位器的第一端，所述第四电阻的一端接地，另一端连接所述第一电位器的第二端。

可选的，所述耦合电路包括第二电感和第一电容，所述第二电感的一端接地，另一端连接所述耦合微带；所述第一电容的一端接地，另一端连接所述耦合输出端口。

可选的，所述隔离电路包括：第二电位器、第五电阻和第六电阻；所述第二电位器的第一端串联所述第六电阻连接至所述耦合微带，所述第五电阻的一端接地，另一端连接所述耦合微带；所述第二电位器的第二端接地。

可选的，所述第一电阻的阻值范围为400Ω-500Ω；所述第二电阻的阻值范围为0-30Ω；所述第三电阻和第四电阻的阻值范围为58-78Ω；所述第五电阻的阻值范围为200Ω-300Ω；所述第六电阻的阻值范围为0-30Ω。

可选的，所述定向耦合器包括：第一信道、第二信道和第三信道，所述第一信道带宽为：1452MHz-1492MHz，所述第二信道带宽为： 1805MHz-1880MHz；所述第三信道带宽为：2110MHz-2170MHz。

可选的，所述耦合微带为蛇形耦合微带，所述滤波器主杆的半径为2mm，所述主杆腔体的半径为4.6mm；所述耦合窗口的长度为18mm；所述耦合窗口的宽度为9mm。

可选的，所述耦合微带为蛇形耦合微带，所述蛇形耦合微带的长度为16.15±0.01mm，宽度为6.00±0.01mm；其中，所述蛇形耦合微带包括第一间隙、第二间隙、第三间隙，所述第一间隙的长度为3.08 ±0.01mm；所述第二间隙的长度为0.27±0.01mm；所述第三间隙的长度为0.27±0.01mm。

本申请中的耦合电路适用于超宽频带的定向耦合器，其耦合带宽覆盖1450MHz-2170MHz；使得该定向耦合器具有电性能指标稳定、可靠性高、方向性良好、调试方便、拥有超宽频带的特点。而且耦合电路具有良好的方向性，良好的回损，在提高通信耦合质量优化改造工程中，低成本、高性能以及一致性良好的优势，极大的提高了其在多网融合的通信环境中的竞争能力。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的一种定向耦合器的示意图；

图2是本申请的定向耦合器的等效原理示意图；

图3是本申请的一种耦合微带的示意图；

图4是本申请一种定向耦合器电路的等效原理示意图；

图5是本申请的定向耦合器电路的PCB板示意图；

图6是本申请的对定向耦合器仿真结果的示意图。

其中，10、定向耦合器；11、滤波器主杆；12、主杆腔体；13、耦合窗口；14、定向耦合器电路；15、耦合微带；16、隔离电路；17、耦合电路；18、π型衰减电路；19、π型网络电路。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/ 或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。

如图1所示，本申请公开了一种定向耦合器，定向耦合器10包括：滤波器主杆11、主杆腔体12、耦合窗口13和耦合微带15；滤波器主杆11包括输入端1和直通端2(如图2所示)；所述滤波器主杆11设置在所述主杆腔体12内；其中耦合微带15与所述滤波器主杆11空间耦合设置；耦合微带15两端分别连接隔离电路16和耦合电路17(如图4所示)。

在射频通信系统中有很多需要按一定的功率和相位关系来分配射频信号功率的场合。作为一种具有方向性的射频信号功率分配器，定向耦合器显得尤为突出，它具有插损小、频段宽、能承受较大的输入功率、可根据需要扩展量程等优点。定向耦合器一般包括主杆、耦合微带、耦合电路及隔离电路。当主杆上有射频信号传播时，由于主杆与耦合微带之间的耦合关系，耦合微带上会产生与主杆上所传播的射频信号相对应的耦合信号，通过耦合电路可以将耦合信号传输至其他检测器执行检测或分析等过程，定向耦合器的工作指标包括：耦合度、隔离度、方向性、回损和插损等。

如图2所示，为定向耦合器的输入输出等效原理图，其定向耦合器包括：主传输路，其包括输入端1、直通端2和定向耦合器电路14，其主传输路即为本实施例中的滤波器主杆11，滤波器主杆11的一端与输入端1连接，滤波器主杆11的另一端与直通端2连接，滤波器主杆11用于将射频信号从输入端1输出至直通端2。其定向耦合器电路14包括耦合微带15、耦合电路17和隔离电路16(见图4)，其中耦合电路输出为耦合端4，隔离电路输出为隔离端3。耦合度 (Coupling)为输入端的输入功率P1和耦合端“3”的输出功率P3 之比定义为耦合度,Kc＝10lg(P1/P3)；隔离度(Isolation)为输入端“1”的输入功率P1和隔离端“4”的输出功率P4之比定义为隔离度 Ks＝10lg(P1/P4)；方向性(Directivity)为耦合端“3”的输出功率P3与隔离端“4”的输出功率P4之比定义为定向度， Kd＝10lg(P3/P4)。

本实施可选的，所述定向耦合器的带宽范围为： 1400MHz-2200MHz。

本实施可选的，所述定向耦合器包括：第一信道、第二信道和第三信道，所述第一信道带宽为：1452MHz-1492MHz，所述第二信道带宽为：1805MHz-1880MHz；所述第三信道带宽为：2110MHz-2170MHz。通过本申请的耦合电路的设计，可使得在1400MHz-2200MHz的带宽上都表现出良好的方向性。

具体地，所述耦合微带为蛇形耦合微带，所述滤波器主杆的半径为2mm，所述主杆腔体的半径为4.6mm；所述耦合窗口的长度为18mm；所述d耦合窗口的宽度为9mm。

如图3所示，公开了一种蛇形耦合微带的尺寸，该耦合微带为左右对称的S型制片状结构，耦合微带包括长方形结构以及两个S型臂状结构。整体结构的长度L1为16.15±0.01mm，宽度D1为6.00± 0.01mm。第一间隙的长度L2为3.08±0.01mm；第二间隙的长度L3为0.27±0.01mm；第三间隙的长度L4为0.27±0.01mm；本图仅以左边图形为例，第一区域的宽度D2为1.45±0.01mm；第一区域的长度 L5为1.64±0.01mm。

耦合微带与耦合电路及隔离电路的连接目的在于完成耦合关系的同时输出耦合信号，因此，对耦合电路及隔离电路的形式及大小等特征不存在特殊要求。耦合电路及隔离电路对耦合过程产生影响的指标在于耦合微带、耦合电路及隔离电路三者所提供的阻抗，为与主杆所提供的50Ω阻抗相匹配(此处以50Ω为例，不表示主杆必然为50 Ω)，耦合微带、耦合电路及隔离电路也应提供50Ω阻抗。为保证该阻抗值可以采用耦合微带通过导体分别于耦合电路及隔离电路连接的方案以保证整个耦合部分的阻抗为50Ω。耦合微带、耦合电路及隔离电路布置在PCB板上。可以使耦合结构更加稳定。

如图4-5所示，本申请公开了一种定向耦合器电路的示意图，其定向耦合器电路14包括：耦合微带15、隔离电路16和耦合电路17，耦合微带15与滤波器主杆11(如图1所示)耦合设置；隔离电路16 与所述耦合微带15的一端连接；耦合电路17与所述耦合微带15的另一端连接；其中，耦合电路17包括：π型衰减电路18、π型网络电路19和耦合输出端口A；所述π型衰减电路18的一端连接所述耦合微带15，所述π型衰减电路18与所述π型网络电路19串联，所述π型网络电路19的另一端连接所述耦合输出端口A；所述耦合电路的方向性大于等于29dB，所述耦合电路的带宽为 1450MHz-2170MHz。需要说明的是，其耦合电路可设置在电路板上。

具体地，所述π型网络电路19包括：第一电阻R1、第二电阻R2 和第一电感L1，所述第二电阻R2的两端分别连接所述耦合输出端口 A和所述π型衰减电路18，所述第一电阻R1的一端接地，另一端连接于所述第二电阻R2与所述耦合输出端口A之间；所述第一电感L1的一端接地，另一端连接于所述第二电阻R2与所述π型衰减电路18 之间；所述π型衰减电路18包括：第三电阻R3、第四电阻R4和第一电位器RP1，所述第一电位器RP1的第一端连接所述第二电阻R2 连接，所述第一电位器RP1的第二端与所述耦合微带15连接，所述第三电阻R3的一端接地，另一端连接所述第一电位器RP1的第一端，所述第四电阻R4的一端接地，另一端连接所述第一电位器RP1的第二端。需要说明的是第一电位器的第三端可悬空设置。

具体地，所述耦合电路17包括第二电感L2和第一电容C1，所述第二电感L2的一端接地，另一端连接所述耦合微带15；所述第一电容C1的一端接地，另一端连接所述耦合输出端口A。其中，所述第一电阻R1的阻值范围为400Ω-500Ω；所述第二电阻R2的阻值范围为0-30Ω；所述第三电阻R3和第四电阻的阻值R4范围为58-78 Ω。

具体地，所述隔离电路16包括：第二电位器RV1、第五电阻R5 和第六电阻R6；所述第二电位器RV1的第一端串联所述第六电阻R6 连接至所述耦合微带15，所述第五电阻R5的一端接地，另一端连接所述耦合微带15；所述第二电位器RV1的第二端接地。需要说明的是第二电位器RV1的第三端可悬空设置。其中，所述第五电阻R5的阻值范围为200Ω-300Ω；所述第六电阻R6的阻值范围为0-30Ω。

超宽频带的三频定向耦合器中，难点在于隔离电路的设计调试，因为要保证良好的方向性，且若是批量生产，还要保证其方向性具有一致性。此原理图中的隔离电路，能够很好的解决这一难题。电路中采用在靠近的耦合微带15的位置并联上240Ω的第五电阻R5，再串联一个15Ω的第六电阻R6以及一个第二电位器RV1。实际运用中，通过旋转第二电位器RV1来调试耦合器的方向性。由于电位器的会产生寄生电容、寄生电感，所以才串联上第六电阻R6、并上第五电阻R5。

因此，隔离端总的寄生电容：

C＝(C_RV1+C_R5)*C_R6/(C_R6+C_RV1+C_R5)

其中，C_R6表示串联贴片电阻的寄生电容，C_R5表示并联贴片电阻的寄生电容，C_RV1表示电位器的寄生电容；由于C_R6远远小于C_RV1，所以总的电容C要远小于电位器的寄生电容。

隔离端总的寄生电感：

L＝(L_R6+L_RV1)*L_R5/(L_R6+L_RV1+L_R5)

其中，L_R6表示串联贴片电阻的寄生电感，L_R5表示并联贴片电阻的寄生电感，L_RV1表示电位器的寄生电感；由于L_R5远远小于L_RV1，所以总的电感L要远小于电位器的寄生电感。

如图6所示，为上述定向耦合器在选用耦合电路中，第一电阻为 430Ω，第二电阻为10Ω，第三电阻和第四电阻为68Ω，第五电阻为 240Ω，第六电阻为15Ω，第一电感为82nH，第二电感为6.8nH；第一电容为0.1pF。在该值下的耦合仿真即结果，具体数据如表1所示：

表1：仿真结果

其中，可看M1和M7处，都为1.4520的频率，M1的耦合度最弱达到-28.4858，对应M7的隔离度为-57.9394；其差值为29.46dB，即在耦合电路的带宽为1450MHz-2170MHz下，所述耦合电路的方向性大于等于29dB；其说明该耦合电路的方向性良好，且耦合度也足够强。

其中耦合电路分别由一个π型衰减、一个π型网络，及几个并联的电容电感组成。此耦合电路中，π型衰减由两个68Ω的电阻R3、 R4并上一个电位器RP1组成，具体衰减值可通过旋转电位器来改变 (有范围)。而其中的π型网络亦由此变化而来，如图中L1本来是430Ω的电阻，与R1、R2共同组成一个固定的π型衰减，但根据实际情况变通，将L1替换成82nH的电感，以实现改善回损的作用。C1电容亦是改善回损的作用。

本申请中的耦合电路适用于超宽频带的定向耦合器，其耦合带宽覆盖1450MHz-2170MHz；该定向耦合器具有电性能指标稳定、可靠性高、方向性良好、调试方便、拥有超宽频带的特点。该耦合电路具有良好的方向性，良好的回损，在提高通信耦合质量优化改造工程中，低成本、高性能以及一致性良好的优势，极大的提高了其在多网融合的通信环境中的竞争能力。

需要说明的是,本申请的发明构思可以形成非常多的实施例，但是申请文件的篇幅有限，无法一一列出，因而，在不相冲突的前提下, 以上描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例，各实施例或技术特征组合之后，将会增强原有的技术效果

以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器包括：

滤波器主杆，包括输入端和直通端；

主杆腔体，所述滤波器主杆设置在所述主杆腔体内；

耦合窗口；

耦合微带，与所述滤波器主杆耦合设置；

隔离电路，与所述耦合微带的一端连接；以及

耦合电路，与所述耦合微带的另一端连接；

其中，所述耦合电路包括：π型衰减电路、π型网络电路和耦合输出端口；所述衰减电路与所述网络电路串联，所述衰减电路的一端连接所述耦合微带，所述网络电路的另一端连接所述耦合输出端口；

所述定向耦合器的方向性大于等于29dB，所述定向耦合器的带宽为1450MHz-2170MHz。

2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述π型网络电路包括：第一电阻、第二电阻和第一电感，所述第二电阻的两端分别连接所述耦合输出端口和所述衰减电路；所述第一电阻的一端接地，另一端连接于所述第二电阻与所述耦合输出端口之间；所述第一电感的一端接地，另一端连接于所述第二电阻与所述衰减电路之间；

所述π型衰减电路包括：第三电阻、第四电阻和第一电位器，所述第一电位器的第一端连接所述第二电阻，所述第一电位器的第二端与所述耦合微带连接；所述第三电阻的一端接地，另一端连接所述第一电位器的第一端；所述第四电阻的一端接地，另一端连接所述第一电位器的第二端。

3.根据权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于，所述耦合电路还包括第二电感和第一电容，所述第二电感的一端接地，另一端连接所述耦合微带；所述第一电容的一端接地，另一端连接所述耦合输出端口。

4.根据权利要求3所述的定向耦合器，其特征在于，所述隔离电路包括：第二电位器、第五电阻和第六电阻；

所述第二电位器的第一端串联所述第六电阻连接至所述耦合微带，所述第五电阻的一端接地，另一端连接所述耦合微带；

所述第二电位器的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的定向耦合器，其特征在于，所述第一电阻的阻值范围为400Ω-500Ω；所述第二电阻的阻值范围为0-30Ω；所述第三电阻和第四电阻的阻值范围为58-78Ω；所述第五电阻的阻值范围为200Ω-300Ω；所述第六电阻的阻值范围为0-30Ω。

6.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器包括：第一信道、第二信道和第三信道，所述第一信道带宽为：1452MHz-1492MHz，所述第二信道带宽为：1805MHz-1880MHz；所述第三信道带宽为：2110MHz-2170MHz。

7.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述滤波器主杆的半径为2mm，所述主杆腔体的半径为4.6mm；所述耦合窗口的长度为18mm；所述耦合窗口的宽度为9mm。

8.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，所述耦合微带为蛇形耦合微带，所述蛇形耦合微带的长度为16.15±0.01mm，宽度为6.00±0.01mm；其中，所述蛇形耦合微带包括第一间隙、第二间隙、第三间隙，所述第一间隙的长度为3.08±0.01mm；所述第二间隙的长度为0.27±0.01mm；所述第三间隙的长度为0.27±0.01mm。

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