CN220652318U - 双定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双定向耦合器，涉及雷达射频技术领域，双定向耦合器包括腔体、传输导体及耦合组件，传输导体和耦合组件均设置于腔体内，耦合组件包括第一耦合件和第二耦合件，第一耦合件和第二耦合件均包括设置在腔体内壁的主介质板、设置于主介质板的多段耦合线及定向结构。在相同工作频段带宽范围内，通过多段耦合线组成蛇形结构，该蛇形走向方式可缩小从信号输入端到信号输出端的直线距离，有效缩短耦合器长度与体积，同时提高产品的耦合平坦度、驻波比等参数，增加了耦合度的组合基数和自由度，此外通过定向结构可以增大电路定向性，带外抑制强，性能稳定，双定向耦合器的耦合度参数更为准确，双定向耦合器的方向性更优。

Description

双定向耦合器

技术领域

本申请涉及雷达射频技术领域，特别是涉及一种双定向耦合器。

背景技术

在雷达射频领域中，为了检测雷达发射机的发射功率，需要在发射路径中耦合一定射频型号进行检测，定向耦合器的高方向性很好的满足要求，微带定向耦合器可以满足工程上所需的任意耦合度，因此定向耦合器在现代雷达馈线技术的应用十分广泛。

现有定向耦合器的方向性直接影响对信号反射功率进行检测时的精度，可采用多节直线平行级联的定向耦合器，每节直线的长度是工作频段中频的1/4波长，每节直线串联在一起，形成多节的结构，以达到要求的工作频段带宽和提高耦合器方向性。

但是，上述技术方案，为获取较宽的工作频段带宽时，其级联的直线级数将大大增加，从而使定向耦合器的整体长度、体积增加，增加了加工难度，同时长尺寸的定向耦合器方向性无法保证。

实用新型内容

基于此，有必要针对定向耦合器体积大、定向性差的问题，提供一种双定向耦合器，带宽较宽、体积小、且互调性能优良，特别适用于小型化高方向性应用场合的定向耦合器。

本实用新型提供一种双定向耦合器，双定向耦合器包括腔体、传输导体和耦合组件，传输导体设置于腔体内，传输导体包括信号输入端和信号输出端；耦合组件包括第一耦合件和第二耦合件，第一耦合件和第二耦合件分别间隔设置于传输导体的两侧，当微波信号从信号输入端输入、从信号输出端输出时，第一耦合件实现输入信号的耦合，当微波信号从信号输出端输入、从信号输入端输出时，第二耦合件实现输入信号的反向耦合；其中第一耦合件和第二耦合件均包括设置在腔体内壁的主介质板、设置于主介质板的耦合线及定向结构，耦合线包括呈U字形的多个第一耦合段和连接在相邻的第一耦合段之间的第二耦合段，定向结构以所述耦合线的中心对称分布，定向结均设置在所述耦合线朝向传输导体的边缘上。

在其中一个实施例中，第一耦合段包括信号耦合端和信号隔离端，第一耦合段包括首尾相连的第一线段、第二线段和第三线段，其中第二线段与各个定向结构连接，第一线段、第三线段的长度方向均与传输导体的长度方向垂直，第二线段和第二耦合段的长度方向与传输导体的长度方向平行。

在其中一个实施例中，第一线段、第二线段、第三线段及第二耦合段之间的连接处设有弧形切角。

在其中一个实施例中，信号耦合端与信号输入端设置在同一侧，信号隔离端与信号输出端设置在同一侧，信号隔离端通过负载接地。

在其中一个实施例中，定向结构包括多个锯齿，各个锯齿以耦合线的中心对称分布，各个锯齿均匀间隔设置在第二线段朝向所述传输导体的边缘上。

在其中一个实施例中，各个锯齿的宽度尺寸为0.2mm，各个锯齿的高度尺寸为所述宽度尺寸的2-3倍。

在其中一个实施例中，主介质板的介电常数为2.2，主介质板的厚度范围为0.254mm-1.016mm。

在其中一个实施例中，主介质板侧壁活动连接有备用介质板，备用介质板的表面设有备用耦合线，备用介质板相对于主介质板能够移动，以使备用耦合线的至少部分能够伸展于主介质外或被所述主介质板遮挡。

在其中一个实施例中，备用介质板的数量为两个，两个备用介质板均滑动连接在主介质板背向耦合线的一侧上。

在其中一个实施例中，传输导体两端连接有SMA接口或N型接口的连接器。

在其中一个实施例中，传输导体与耦合线之间为空气介质。

本实用新型技术效果是：在相同工作频段带宽范围内，通过多段耦合线组成蛇形结构，该蛇形走向方式可缩小从信号输入端到信号输出端的直线距离，有效缩短耦合器长度与体积，同时提高产品的耦合度、驻波比等参数，增加了耦合度的组合基数和自由度，此外通过定向结构可以增大电路耦合系数，带外抑制强，性能稳定，双定向耦合器的耦合度参数更为准确，双定向耦合器的方向性更优。

附图说明

图1为一实施例中的双定向耦合器的立体图。

图2为图1中的部分双定向耦合器的结构示意图。

图3为一实施例中的双定向耦合器和上盖体的立体图。

图4为一实施例中的耦合组件的结构示意图。

图5为一实施例中的耦合线的结构示意图。

图6为一实施例中的主介质板和备用介质板的结构示意图。

附图说明标记：100、双定向耦合器；10、腔体；20、传输导体；30、耦合组件；31、第一耦合件；311、主介质板；312、耦合线；312-a、信号耦合端；312-b、信号隔离端；3121、第一耦合段；3121-a、第一线段；3121-b、第二线段；3121-c、第三线段；3122、第二耦合段；3123、弧形切角；313、定向结构；314、备用介质板；32、第二耦合件。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元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，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个单元内部的连通或两个单元的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若单元被称为“固定于”或“设置于”另一个单元，它可以直接在另一个单元上或者也可以存在居中的单元。若一个单元被认为是“连接”另一个单元，它可以是直接连接到另一个单元或者可能同时存在居中单元。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在介绍本申请实施例的具体方案之前，先对双定向耦合器的相关内容进行简单介绍。在雷达射频技术领域中，双定向耦合器是一个重要单元，双定向耦合器需要在发射路径中耦合一定射频型号进行检测，以检测雷达发射机的发射功率。在使用双定向耦合器时，要求腔体体积小、重量轻,同时还需要耦合器满足高定向性、高稳定性、频带宽等要求，对于这些设计要求，如何提升耦合器的性能，是行业内亟需解决的难题。在现有的耦合器设计中，可采用多节直线平行级联的定向耦合器，每节直线的长度是工作频段中频的1/4波长，每节直线串联在一起，形成多节的结构，但是此设计方式存在定向耦合器的整体长度、体积增加，增加了加工难度，同时长尺寸的定向耦合器存在方向性无法保证的技术问题。基于此，本申请实施例提供一种双定向耦合器，可以解决上述技术问题。

参阅图1-2，图1-2示出了本申请一实施例中的双定向耦合器的示意图，双定向耦合器100包括腔体10、传输导体20及耦合组件30，传输导体20和耦合组件30均设置于腔体10内，传输导体20一端为信号输入端21，另外一端为信号输出端22，耦合组件30包括第一耦合件31和第二耦合件32，第一耦合件31和第二耦合件32均包括设置在腔体10内壁的主介质板311、设置于主介质板311的多段耦合线312及定向结构313。在相同工作频段带宽范围内，通过多段耦合线312组成蛇形结构，该蛇形走向方式可缩小从信号输入端21到信号输出端22的直线距离，有效缩短耦合器长度与体积，同时提高产品的耦合度、驻波比等参数，增加了耦合度的组合基数和自由度，此外通过定向结构313可以增大电路耦合系数，带外抑制强，性能稳定，使双定向耦合器100的耦合度参数更为准确、方向性更优。

如图3所示，上述双定向耦合器100包括与腔体10的开口处配合的上盖体11，本实施例的双定向耦合器100的广谱带宽在3GHz-6GHz之间、耦合度在40dB到50dB之间、方向性＞20dB、连续波功率为500W及峰值功率为5000W，主介质板311可选择PCB板，主介质板311的介电常数为2.2，主介质板311的厚度范围为0.254mm-1.016mm，在上述特性设计下，本实施例的双定向耦合器100实现了插损小、高方向性以及大功率容量。

如图1-3所示，传输导体20一般采用金属圆柱体，材料可选铜，铜的导电性、导热性及散热性能好，信号输入端21和信号输出端22可连接有SMA接口或N型接口的连接器，本实施例的双定向耦合器100的频率不超过6GHz，连续波功率500W，峰值功率5000W,可以选择N-50K连接器，针对其他频率和功率一般根据用户要求选择合适的连接器。传输导体20的长度方向为信号输入端21至信号输出端22的直线方向，也即微波信号在传输导体20中的传输方向，微波信号可从信号输入端21输入、信号输出端22输出，或者可从信号输出端22输入、信号输入端21输出；当微波信号从信号输入端21输入、从信号输出端22输出时，第一耦合件31实现输入信号的耦合，当微波信号从信号输出端22输入、从信号输入端21输出时，第二耦合件32实现输入信号的反向耦合。

此外，传输导体20与耦合线312之间充满空气介质，空气介质是指填充在主线周围的是空气，微波信号在各种介质中的传播都有损耗，这个损耗跟信号通过介质的介电常数相关，空气的介电常数标称是1，其他介质的介电常数一般来说是大于1，其他介质例如聚四氟乙烯、玻璃，陶瓷等介电常数通常在2.1-10之间，空气介质损耗低，进一步降低了耦合器的插损，从而使双定向耦合器100的耐受功率进一步提高。

如图2-4所示，耦合线312为印制在主介质板311上的微带线，耦合线312一端为信号耦合端312-a，另一端为信号隔离端312-b并连接50欧姆射频负载接到地，信号耦合端312-a可连接有SMA接口或N型接口的连接器,信号输入端21与信号耦合端312-a在空间分布上处于同一侧，信号输出端22与信号隔离端312-b在空间分布上处于同一侧。耦合线312包括两个第一耦合段3121和连接在相邻的第一耦合段3121之间的第二耦合段3122，第一耦合段3121呈U字形的，耦合线312从信号耦合端312-a到信号隔离端312-b依次由“U字型”、“I字型”和“U字型”三段耦合段组成。可以理解的是，I字型、U字型和L字型是为了便于结构描述人为进行划分的。多节带状线耦合线312结构有效的拓展了带宽，当多节耦合线312的节数趋于无限大而成为连续渐变的耦合线时，就能实现更宽的带宽，且带宽在理论上没有频率上限，本实施例中，将耦合线312设置为连续结构，从而实现宽频带工作的目的，同时也减小了双定向耦合器100的体积。

在其他实施例中，可基于不同应用场景设置耦合线312数量和形状，耦合线312可以为采用三条耦合段以上，例如，耦合线312从信号耦合端312-a到信号隔离端312-b依次由“I字型”、“U字型”、“I字型”和“U字型”及“I字型”五段耦合段组成，或者其他组合方式；此外，第一耦合段3121和第二耦合段3122可以划分为其他不同的形状，例如第一耦合段3121可以为L形、第二耦合段3122可以采用蛇形曲线，不限定第一耦合段3121和第二耦合段3122的形状和数量，只要满足在相同工作频段带宽范围内，通过多段耦合线312组成蛇形结构，实现了缩小缩短双定向耦合器100长度与体积、增加了耦合度的组合基数和自由度的技术效果即可。

具体的，第一耦合段3121包括首尾相连的第一线段3121-a、第二线段3121-b和第三线段3121-c，第二耦合段3122为I字型，第一线段3121-a、第三线段3121-c的长度方向均与传输导体20的长度方向垂直，即信号流向与传输导体20的长度方向垂直，第二线段3121-b和第二耦合段3122的长度方向与传输导体20的长度方向平行，即信号流向与传输导体20的长度方向平行。具体示例，第一线段3121-a、第二线段3121-b、第三线段3121-c和第二耦合段3122均可以设置为长方形，长度方向即为长方形的长边方向，第一线段3121-a、第二线段3121-b、第三线段3121-c和第二耦合段3122彼此之间为最短距离，信号从第一线段3121-a、第二线段3121-b、第三线段3121-c和第二耦合段3122传输，缩短了距离和时间，且通过设置为上述实施例的结构，使得定向微带耦合器100的方向性更优。

在本实施例中，第一线段3121-a与第三线段3121-c之间的最小间距的取值范围为0.3-1毫米，第二线段3121-b与传输导体20之间的最小间距的取值范围为0.2至1毫米，图2中D即代表第二线段3121-b与传输导体20之间的最小间距，E即代表第一线段3121-a与第三线段3121-c之间的最小间距，通过调整最小间距的大小，可以调整定向微带耦合器100的耦合度。

如图1所示，如图4所示，此外，第一线段3121-a、第二线段3121-b、第三线段3121-c和第二耦合段3122的连接处设有弧形切角3123，连接处这样设置拐弯以提高耦合组件30的紧凑程度，缩小耦合组件30面积，从而使整个双定向耦合器100体积缩小、成本减小，此外，通过弧形切角3123增加了双定向耦合器100的耦合度和调整自由度。

定向结构313包括多个锯齿，各个锯齿以耦合线312的中心对称分布，各个锯齿均匀间隔设置在第二线段3121-b朝向传输导体20的边缘上，各个锯齿的宽度尺寸为0.2mm，锯齿呈现等腰三角形，各个锯齿的高度尺寸为宽度尺寸的2-3倍，多个锯齿结构使得双定向耦合器100的耦合度参数更为准确，双定向耦合器100的方向性更优。

如图5所示，在其他实施例中，锯齿可以呈现四边形，且每一条边均相等，或者锯齿也可为其他形状，只要满足每个锯齿为对称结构即可。

如图5-6所示，为了微调双定向耦合器100的耦合度，主介质板311侧壁活动连接有备用介质板314，主介质板311与备用介质板314之间通过滑轨设置，备用介质板314的一侧可以滑动连接于主介质板311背向耦合线312的一侧，本实施例的备用介质板314数量为两个，两个备用介质板314均滑动连接在主介质板311的一侧，备用介质板314朝向主介质板311的表面设有备用耦合线(未图示)。当备用介质板314滑移出主介质板311外时，备用介质板314上的备用耦合线可以微调双定向耦合器100的耦合度，增加了耦合度的组合基数和自由度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双定向耦合器，其特征在于，所述双定向耦合器包括：

腔体；

传输导体，设置于所述腔体内，所述传输导体包括信号输入端和信号输出端；

耦合组件，所述耦合组件包括第一耦合件和第二耦合件，所述第一耦合件和第二耦合件分别间隔设置于所述传输导体的两侧，当微波信号从所述信号输入端输入、从所述信号输出端输出时，所述第一耦合件实现输入信号的耦合，当所述微波信号从所述信号输出端输入、从所述信号输入端输出时，所述第二耦合件实现所述输入信号的反向耦合；

其中，所述第一耦合件和第二耦合件均包括设置在所述腔体内壁的主介质板、设置于所述主介质板的耦合线及定向结构，所述耦合线包括呈U字形的多个第一耦合段和连接在相邻的第一耦合段之间的第二耦合段，所述定向结构以所述耦合线的中心对称分布，所述定向结均设置在所述耦合线朝向所述传输导体的边缘上。

2.根据权利要求1所述的双定向耦合器，其特征在于，所述第一耦合段包括信号耦合端和信号隔离端，所述第一耦合段包括首尾相连的第一线段、第二线段和第三线段，其中所述第二线段与各个所述定向结构连接，所述第一线段、第三线段的长度方向均与所述传输导体的长度方向垂直，所述第二线段和所述第二耦合段的长度方向与所述传输导体的长度方向平行。

3.根据权利要求2所述的双定向耦合器，其特征在于，所述第一线段、所述第二线段、所述第三线段及所述第二耦合段之间的连接处设有弧形切角。

4.根据权利要求3所述的双定向耦合器，其特征在于，所述信号耦合端与所述信号输入端设置在同一侧，所述信号隔离端与所述信号输出端设置在同一侧，所述信号隔离端通过负载接地。

5.根据权利要求4所述的双定向耦合器，其特征在于，所述定向结构包括多个锯齿，各个所述锯齿以所述耦合线的中心对称分布，各个所述锯齿均匀间隔设置在所述第二线段朝向所述传输导体的边缘上。

6.根据权利要求5所述的双定向耦合器，其特征在于，各个所述锯齿的宽度尺寸为0.2mm，各个所述锯齿的高度尺寸为所述宽度尺寸的2-3倍。

7.根据权利要求1所述的双定向耦合器，其特征在于，所述主介质板侧壁活动连接有备用介质板，所述备用介质板的表面设有备用耦合线，所述备用介质板相对于所述主介质板能够移动，以使所述备用耦合线的至少部分能够伸展于所述主介质外或被所述主介质板遮挡。

8.根据权利要求7所述的双定向耦合器，其特征在于，所述主介质板的介电常数为2.2，所述主介质板的厚度范围为0.254mm-1.016mm。

9.根据权利要求1所述的双定向耦合器，其特征在于，所述传输导体两端连接有SMA接口或N型接口的连接器。

10.根据权利要求1所述的双定向耦合器，其特征在于，所述传输导体与所述耦合线之间为空气介质。