CN217934179U - 超宽带定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超宽带定向耦合器，包括依次层叠设置的第一介质层、线路层和第二介质层；线路层包括相互耦合的第一线路和第二线路，第一线路和第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且耦合段呈曲线状；第一线路的两端分别通过连接传输线形成耦合端口和高频贴片负载，第二线路的两端分别通过连接传输线形成耦合器输入端口和耦合器输出端口。由于耦合段采用曲线状走向，弯曲设计在一个有限空间内，相较于现有技术中的折线走向，能缩短整体长度，从而减小耦合器的整体体积，实现耦合器的小型化。同时，耦合段曲线延伸没有折角，转弯圆滑，有利于实现严格的耦合波纹度和隔离要求，使得耦合器性能更好。

Description

超宽带定向耦合器

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种超宽带定向耦合器。

背景技术

耦合器可以实现功率分配，广泛应用于移动通信领域，如连接大功率POI(合路系统)实现大型楼宇及场馆的室内覆盖、连接高功率发射机实现降低信号强度以匹配光纤中继器输入功率的要求等。

当耦合器用于功率监测系统时，需要将大功率信号耦合出20dB用于信号监测。监测系统需要监测的频率范围为350-3800MHz，覆盖几乎所有的无线通信频段。若使用传统腔体式耦合器，其尺寸太大无法集成到系统中，并且性能不佳(主要是带内波动太大)。

因此，上述现有技术至少存在如下技术问题：现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种超宽带定向耦合器，解决了现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述耦合器包括依次层叠设置的第一介质层、线路层和第二介质层；所述线路层包括相互耦合的第一线路和第二线路，所述第一线路和所述第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且所述耦合段呈曲线状；

其中，所述第一线路的两端分别通过连接传输线形成耦合端口和高频贴片负载，所述第二线路的两端分别通过连接传输线形成耦合器输入端口和耦合器输出端口。

进一步的，第一介质层、线路层和第二介质层通过连接件相互固定，所述耦合段的第一端位于第一介质层的一侧，第二端依次绕所述连接件弯曲延伸，并形成曲线状。

进一步的，第一介质层、线路层和第二介质层通过两个间隔设置的连接件相互固定，所述耦合段的第一端位于第一介质层的一侧，第二端依次绕两个所述连接件弯曲延伸，并形成S形。

进一步的，所述耦合段包括位于两端的第一端和第二端，且所述耦合段包括自第一端至第二端依次连接的若干个分段；

所述第一线路和第二线路之间具有间隙，同一分段内的所述间隙相等，不同分段的所述间隙自第一端至第二端阶梯增大；且位于两端的所述分段为直线段，位于中间的各分段为弧形段。

进一步的，所述第一线路和第二线路均为带状线。

进一步的，所述传输线是微带线。

进一步的，所述第一介质层外设有第一接地层，所述第二介质层外设有第二接地层，所述第一接地层和所述第二接地层分别为第一覆铜层和第二覆铜层，且分别设置于所述第一介质层和所述第二介质层相互远离的一侧。

进一步的，所述线路层设置于所述第一介质层靠近所述第二介质层的一侧，且所述线路层上设有第三覆铜层。

进一步的，所述第一接地层、第一介质层、第二介质层和第二接地层上均间隔设有连接通孔，且所述第一接地层、第一介质层、第二介质层和第二接地层上的连接通孔分别上下对应并贯通，从而可以通过插入连接件实现上下固定。

进一步的，所述第一接地层和所述第二接地层在所述线路层上的投影，分别覆盖所述线路层，以用于对所述线路层的信号起到屏蔽作用。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)通过设置相互耦合的第一线路和第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且耦合段呈曲线状设置，由于耦合段采用曲线状走向，弯曲设计在一个有限空间内，相较于现有技术中的折线走向，能缩短整体长度，从而减小耦合器的整体体积，实现耦合器的小型化。同时，耦合段曲线延伸没有折角，转弯圆滑，有利于实现严格的耦合波纹度和隔离要求，性能更好，因此，本申请实施例解决了现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳的技术问题。，实现了耦合器体积小、性能好的有益效果。

(2)第一线路、第二线路均为带状线，使用带状线作为耦合器主体，并设置于中心，具有抗干扰性强的有益效果。

(3)第一线路、第二线路的两端分别连接有传输线，且所述传输线是微带线，采用微带线形成传输线方便集成到监测系统中。

(4)第一接地层、第二接地层分别为第一覆铜层和第二覆铜层，线路层外涂覆有第三覆铜层，从而使得所述耦合器具有上中下三层覆铜层，进一步增强了线路层的信号屏蔽作用，提高了所述耦合器的性能。

(5)本申请实施例所述的耦合器耦合波纹度全频段可控制在20+/-0.5dB以内，隔离大于35dB，方向性全频段大于15dB，具有抗干扰性强、耦合器方向性好、耦合稳定的有益效果。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的侧视图；

图2是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的部分结构示意图一；

图3是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的部分结构示意图二(图中未示出第三覆铜层)；

图4是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的3D仿真结果示意图一；其中，横轴是频率(Frequency)，单位是GHz；纵轴是S(1,1)、S(2,1)以分贝(DB)为单位的幅度值，且S1,1(显示输入端回波损耗)、S2,1(显示耦合)、S3,2(显示隔离)均是S参数(S-Parameters)；

图5是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的3D仿真结果示意图二。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种超宽带定向耦合器，解决了现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳的技术问题。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

通过设置相互耦合的第一线路和第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且耦合段呈曲线状设置，由于耦合段采用曲线状走向，弯曲设计在一个有限空间内，相较于现有技术中的折线走向，能缩短整体长度，从而减小耦合器的整体体积，实现耦合器的小型化。同时，耦合段曲线延伸没有折角，转弯圆滑，有利于实现严格的耦合波纹度和隔离要求，性能更好，因此，本申请实施例解决了现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳的技术问题。，实现了耦合器体积小、性能好的有益效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

图1是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的侧视图，如图1所示，所述耦合器包括依次层叠的第一接地层100、第一介质层400、线路层500、第二介质层600和第二接地层300。

其中，所述第一接地层100和所述第二接地层300分别为第一覆铜层和第二覆铜层，且分别设置于所述第一介质层400和所述第二介质层600相互远离的一侧。优选的，所述第一接地层100和所述第二接地层300在所述线路层500上的投影，分别覆盖所述线路层500，以用于对所述线路层500的信号起到屏蔽作用。

另外，在本申请一实施例中，所述第一介质层400和所述第二介质层600均使用罗杰斯高频板RO4350B，其介电常数为3.66，介质损耗因子为0.0037。

图2是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的部分结构示意图一，图3是本申请一实施例提供的一种超宽带定向耦合器的部分结构示意图二，如图2、3所示，所述第一接地层100、第一介质层400、第二介质层600和第二接地层300上均间隔设有两个连接通孔，且所述第一接地层100、第一介质层400、第二介质层600和第二接地层300上的连接通孔分别上下对应并贯通，从而可以通过插入连接件700(例如螺栓)的方式实现上下固定，形成多层电路板。

所述线路层500设置于所述第一介质层400靠近所述第二介质层600的一侧。所述线路层500包括相互耦合的第一线路a和第二线路b，所述第一线路a和第二线路b均为带状线。

具体的，带状线是一条置于2个平行的地平面(或电源平面)之间的电介质之间的一根高频传输导线。一般来说，地平面与导线之间是绝缘介质。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的。带状两边都有电源或者底层，因此阻抗容易控制，同时屏蔽较好，使用带状线作为耦合器主体，并设置于中心，具有抗干扰性强，耦合器方向性好的优点。

进一步的，第一线路a和第二线路b形成相互平行延伸的耦合段，且所述耦合段呈曲线状。由于耦合段采用曲线状走向，弯曲设计在一个有限空间内，相较于现有技术中的折线走向，能缩短整体长度，从而减小耦合器的整体体积，实现耦合器的小型化。

进一步的，所述耦合段具有位于两头的第一端和第二端，所述耦合段的第一端位于第一介质层400的一侧，第二端依次绕两个所述连接件700弯曲延伸，以使所述耦合段呈S形。

具体的，由于所述耦合段弯曲延伸，绕所述连接件弧形转向，在转弯处过度圆滑，有利于实现严格的耦合波纹度和隔离要求。

在本申请一实施例中，所述耦合段包括自第一端至第二端依次连接的七个分段，分别为第一分段11、第二分段12、第三分段13、第四分段14、第五分段15、第六分段16、第七分段17。所述第一线路a和第二线路b之间具有间隙，同一分段内的所述间隙相等，七个分段的所述间隙自第一端至第二端阶梯增大，从而形成七阶耦合器。当然，在其他实施例中，所述耦合段也可以包括其他数目的分段，在此并不限制。

在本实施例中，所述第一分段11和第七分段17均为直线段，所述第二分段12、第三分段13、第四分段14、第五分段15、第六分段16均为弧形段，且绕着所述连接件700弯曲延伸。

进一步的，第一线路a的第一端和第二端、第二线路b的第一端和第二端分别连接有传输线31、32、33、34，且所述传输线31、32、33、34是微带线。

具体的，在本实施例中，所述传输线31、32、33、34是50欧姆传输线。微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。适合制作微波集成电路的平面结构传输线。与金属波导相比，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等采用，本实施例采用微带线形成传输线31、32、33、34方便集成到监测系统中。

具体的，第一线路a的第一端连接的微带线形成耦合端口21(本实施例中为20dB耦合端口)，第一线路a的第二端连接的微带线形成高频贴片负载22；第二线路b的第一端连接的微带线形成耦合器输入端口23，第一线路a的第二端连接的微带线形成耦合器输出端口24。且耦合端口21、耦合器输入端口23和耦合器输出端口24分别外露于所述耦合器的侧面。

在本申请一实施例中，参照附图1，所述线路层500外涂覆有第三覆铜层200，从而使得所述耦合器具有上中下三层覆铜层，进一步增强了所述线路层500的信号屏蔽作用。

对本申请实施例所述的耦合器进行3D仿真，得到如图4、5所示的仿真结构。如图4可知，所述S2,1稳定在-19.5～-20.5之间，从而实现了耦合波纹度全频段控制在20+/-0.5dB以内。如图5所示，S3,2的幅值大于35dB，从而实现了隔离大于35dB；且S3,2的幅值与S2,1的幅值差值大于15dB，从而实现了方向性全频段大于15dB。因此，本申请实施例所述的耦合器具有抗干扰性强、耦合器方向性好、耦合稳定的有益效果。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)通过设置相互耦合的第一线路和第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且耦合段呈曲线状设置，由于耦合段采用曲线状走向，弯曲设计在一个有限空间内，相较于现有技术中的折线走向，能缩短整体长度，从而减小耦合器的整体体积，实现耦合器的小型化。同时，耦合段曲线延伸没有折角，转弯圆滑，有利于实现严格的耦合波纹度和隔离要求，性能更好，因此，本申请实施例解决了现有技术中用于监测频率范围为350-3800MHz的检测系统的腔体式耦合器体积较大且性能不佳的技术问题。，实现了耦合器体积小、性能好的有益效果。

(2)第一线路、第二线路均为带状线，使用带状线作为耦合器主体，并设置于中心，具有抗干扰性强的有益效果。

(3)第一线路、第二线路的两端分别连接有传输线，且所述传输线是微带线，采用微带线形成传输线方便集成到监测系统中。

(4)第一接地层、第二接地层分别为第一覆铜层和第二覆铜层，线路层外涂覆有第三覆铜层，从而使得所述耦合器具有上中下三层覆铜层，进一步增强了线路层的信号屏蔽作用，提高了所述耦合器的性能。

(5)本申请实施例所述的耦合器耦合波纹度全频段可控制在20+/-0.5dB以内，隔离大于35dB，方向性全频段大于15dB，具有抗干扰性强、耦合器方向性好、耦合稳定的有益效果。

应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

在本说明书中提到或者可能提到的外、中间、内等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述耦合器包括依次层叠设置的第一介质层、线路层和第二介质层；所述线路层包括相互耦合的第一线路和第二线路，所述第一线路和所述第二线路形成相互平行延伸的耦合段，且所述耦合段呈曲线状；

其中，所述第一线路的两端分别通过连接传输线形成耦合端口和高频贴片负载，所述第二线路的两端分别通过连接传输线形成耦合器输入端口和耦合器输出端口。

2.如权利要求1所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，第一介质层、线路层和第二介质层通过连接件相互固定，所述耦合段的第一端位于第一介质层的一侧，第二端依次绕所述连接件弯曲延伸，并形成曲线状。

3.如权利要求2所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，第一介质层、线路层和第二介质层通过两个间隔设置的连接件相互固定，所述耦合段的第一端位于第一介质层的一侧，第二端依次绕两个所述连接件弯曲延伸，并形成S形。

4.如权利要求2所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述耦合段包括位于两端的第一端和第二端，且所述耦合段包括自第一端至第二端依次连接的若干个分段；

所述第一线路和第二线路之间具有间隙，同一分段内的所述间隙相等，不同分段的所述间隙自第一端至第二端阶梯增大；且位于两端的所述分段为直线段，位于中间的各分段为弧形段。

5.如权利要求1所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述第一线路和第二线路均为带状线。

6.如权利要求5所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述传输线是微带线。

7.如权利要求4所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述第一介质层外设有第一接地层，所述第二介质层外设有第二接地层，所述第一接地层和所述第二接地层分别为第一覆铜层和第二覆铜层，且分别设置于所述第一介质层和所述第二介质层相互远离的一侧。

8.如权利要求7所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述线路层设置于所述第一介质层靠近所述第二介质层的一侧，且所述线路层上设有第三覆铜层。

9.如权利要求7所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述第一接地层、第一介质层、第二介质层和第二接地层上均间隔设有连接通孔，且所述第一接地层、第一介质层、第二介质层和第二接地层上的连接通孔分别上下对应并贯通，从而可以通过插入连接件实现上下固定。

10.如权利要求7所述的一种超宽带定向耦合器，其特征在于，所述第一接地层和所述第二接地层在所述线路层上的投影，分别覆盖所述线路层，以用于对所述线路层的信号起到屏蔽作用。

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