CN2877053Y - 双层介质层微带定向耦合器 - Google Patents

Abstract

双层介质层微带定向耦合器，其特征是采用宽边耦合，宽边耦合是将耦合位置处的传输导带与耦合导带设置在不同的水平层面上，在断面呈矩形的传输导带与耦合导带之间，耦合形成在其相对的宽边之间；传输导带和耦合导带位于均匀的微带线介质层中。本实用新型具有高方向性、低差损和耦合度平坦，并解决了微带定向耦合器不能实现强耦合的难题。

Description

双层介质层微带定向耦合器

技术领域：

本实用新型涉及应用在微波信号传输中的微带定向耦合器。

背景技术：

微带定向耦合器主要用于对规定流向的微波信号进行取样或分路，主要目的是分离及隔离信号，或是相反地合成不同的信号。其耦合区长度为四分之一波长，包括一个输入端口、在结构上不相邻的输出端口和耦合端口，另有一个隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。

随着移动通信的迅猛发展，终端用户数量急剧增加，通信的信号传输模式也越来越多，这就要求频带越来越宽，有时要实现多频段兼容，同时要求耦合器功率容量大，插入损耗小，阻抗匹配好，信道之间具有良好的隔离度。

现有的耦合器主要有两种方式，即立体结构和平面结构。立体结构耦合器耦合元件是金属导体。例如德国KATHERIN公司的低损耗多频段耦合器，其插入损耗小，但在输出端口匹配及两出口之间的隔离性能差。另有美国ANDREW公司生产耦合器，也存在有工作频段内耦合度波动大，结构复杂，成本高等缺点。

平面结构耦合器的耦合元件为微带线，容易实现多节耦合，频带宽，一般用于较弱耦合的情况，但存在的问题是插入损耗大，通常为0.6-0.8dB，方向性差，若耦合过强，在微带工艺中不易保证。

图1所示，微带定向耦合器是一种四端口网络，包括带有隔离端口的本体和本体内的耦合元件，四端口分别为：输入端口1、输出端口2、耦合端口3和隔离端口4，输入端口1-输出端口2、耦合端口3-隔离端口4为两根相互耦合的传输线。其中，输出端口的信号为直通信号，相对于耦合端口信号来说能量较大。耦合端口的信号功率与输入端口的信号功率之比的分贝值为耦合度，耦合度越大，耦合输出的信号越强；输出端口及耦合端口的输出信号相对于输入信号有一定的损耗，由于信号分流引起的损耗称为“理论损耗”，耦合度越大，输出端口理论损耗越大；另外，还有导体损耗和介质损耗。输出端口与耦合端口之间信号功率之比的分贝值为隔离度，隔离度越大，两路信号之间的干扰越小。

图2所示，微带线是在接地板9上通过介质层10设置断面为矩形的导带11。

图3所示、图4所示，在已有技术中，断面呈矩形的传输导带12与耦合导带13在一个水平层面上间隔排列，以导带的窄边相对，耦合形成在其相对的两窄边之间，同时，已有技术中的微带线呈敞开式，即仅仅在导带的单侧是微带线介质层10和接地板9，而导带的另一侧是空气介质层，这种结构形式至少存在两个方面的问题：一是位于导带两侧的介质不同，电场传输在不同种的介质层中，介质的不均匀导致耦合器的方向性差，导致耦合器方向性变差的主要原因是已有技术的耦合微带线由于介质不均匀而引起偶模和奇模相速不相等所致。对于耦合微带线或带状线所传输的TEM主模，常用偶模激励和奇模激励来分析。偶模激励时，两个耦合导带上加的电压幅度相等、相位相同；奇模激励时，两个耦合导带上加的电压幅度相等、相位相反；偶模和奇模激励下，波传播的速度称为偶模相速和奇模相速。二是导带之间的敞开式窄边耦合极大地限制了耦合强度，这是因为窄边耦合时耦合微带线的电场和磁场都属于弱耦合；另外，耦合越强，介质不均匀而引起偶模和奇模相速相差越大，这也是已有技术的耦合微带线不能实现强耦合的另一种原因。

发明内容：

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种双层介质层微带定向耦合器，使其具有高方向性、低差损和耦合度平坦。同时降低其成本，并解决微带定向耦合器不能实现强耦合的难题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型是在本体上分别设置输入端口、输出端口、耦合端口和隔离端口，在输入端口至输出端口之间为传输微带线，其上具有传输导带、在耦合端口与隔离端口之间为耦合微带线，其上具有耦合导带。

本实用新型的结构特点是采用宽边耦合，所述宽边耦合是将耦合位置处的传输导带与耦合导带设置在不同的水平层面上，在断面呈矩形的传输导带与耦合导带之间，耦合形成在其相对的宽边之间；所述耦合位置处的微带线设置为夹板结构，夹板的两侧均为接地板，两侧接地板之间是均匀设置的微带线介质层，所述传输导带和耦合导带位于该均匀的微带线介质层中。

本实用新型的结构特点也在于在所述隔离端口上，固定设置功率电阻，在所述功率电阻的表面覆盖金属介质。

本实用新型的结构特点还在于功率电阻设置为内置电阻。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型采用宽边耦合，很好地解决了微带定向耦合器不能实现强耦合的难题。

2、本实用新型相耦合的导带处于上下对称的均匀介质层中，微带线呈夹板式结构，使信号完全通过介质均匀、离散性小的介质层来传输，电场在传输过程是处在同种介质中，其奇、偶模相速近似相等。大大提高了方向性，减小了信号间的干扰，提高了系统的稳定性。针对10dB的耦合器，已有技术产品的方向性为18dB，而本实用新型方向性最小也达到22dB。

3、本实用新型耦合器的带宽为0.8-2.5GHz，包含了现有通信的工作频段，具备良好的兼容性，便于多频段信号在同一电缆中传输，很大程度上降低了材料成本，并提高可靠性。

4、本实用新型通过在所述隔离端口固定设置功率电阻，使其端口具有良好的匹配特性，从而可以获得良好的系统传输特性，降低反射信号对系统造成的不良影响，驻波比≤1.2∶1。

5、本实用新型具有低功率损耗，10dB微带耦合器的插入损耗≤0.75dB，减去理论损耗0.46dB，附加损耗只有0.3dB。

6、本实用新型频段为800MHZ-2500MHZ，耦合度可分为3dB，5dB，6dB，7dB，10dB，15dB，20dB，25dB，30dB等，具有广泛的适用性。

附图说明：

图1为定向耦合器工作原理示意图。

图2为微带线结构示意图。

图3为已有技术中耦合微带线结构示意图。

图4为已有技术中微带定向耦合器结构示意图。

图5为本实用新型微带定向耦合器外形示意图。

图6为本实用新型耦合微带线结构示意图。

图7为本实用新型定向耦合器结构示意图。

图中标号：1输入端口、2输出端口、3耦合端口、4隔离端口、8本体、9接地板、10介质层、11导带、12传输导带、13耦合导带、14传输微带线、15耦合微带线。

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

具体实施方式：

参见图5和图7，本实施例具有四端口本体8，四端口分别为输入端口1、输出端口2、耦合端口3和隔离端口4。在隔离端口4上，固定设置功率电阻，在功率电阻的表面覆盖金属介质，金属介质使耦合微带线与功率电阻获得良好的匹配。采用大功率、分布参数小的功率电阻，以提高元器件的承受功率。本实施例中，将功率电阻直接设置为内置负载，因此，本体8对外只体现出三个端口，即输入端口1、输出端口2和耦合端口3。

图6、图7所示，在输入端口1至输出端口2之间为传输微带线14，其上具有传输导带12、在耦合端口3与隔离端口4之间为耦合微带线15，其上具有耦合导带13，在传输微带线14与耦合微带线15之间形成信号耦合。

参见图6，本实施例采用宽边耦合，宽边耦合是将耦合位置处的传输导带12与耦合导带13设置在不同的水平层面上，在断面呈矩形的传输导带12与耦合导带13之间，耦合形成在其相对的宽边之间；图6示出，耦合位置处的微带线设置为夹板结构，夹板的两侧均为接地板9，两侧接地板9之间是均匀设置的微带线介质层10，相耦合的传输导带12和耦合导带13位于该均匀的微带线介质层中。

具体实施中，形成微带线介质层的介质基片采用聚四氟乙烯，导带采用铜箔镀银。本实用新型10dB耦合器主要指标如下：

频率范围	806MHz-960MHz 1700MHz-2500MHz
		耦合度	10±0.75dB
插入损耗	≤0.3dB
		驻波比	≤1.2∶1
方向性	≥22dB
		互调	≤-140dBc(+43dBm×2)
功率容量	100W
		端口阻抗	50Ω
接头形式	N(F)
		温度环境	-35℃～60℃
外观	黑色喷漆

Claims (3)

1、双层介质层微带定向耦合器，在本体(8)上分别设置输入端口(1)、输出端口(2)、耦合端口(3)和隔离端口(4)，在输入端口(1)至输出端口(2)之间为传输微带线(14)，其上具有传输导带(12)、在耦合端口(3)与隔离端口(4)之间为耦合微带线(15)，其上具有耦合导带(13)；其特征是采用宽边耦合，所述宽边耦合是将耦合位置处的传输导带(12)与耦合导带(13)设置在不同的水平层面上，在断面呈矩形的传输导带(12)与耦合导带(13)之间，耦合形成在其相对的宽边之间；所述耦合位置处的微带线设置为夹板结构，夹板的两侧均为接地板(9)，两侧接地板(9)之间是均匀设置的微带线介质层(10)，所述传输导带(12)和耦合导带(13)位于该均匀的微带线介质层(10)中。

2、根据权利要求1所述的耦合器，其特征是在所述隔离端口(4)上，固定设置功率电阻，在所述功率电阻的表面覆盖金属介质。

3、根据权利要求2所述的耦合器，其特征是所述功率电阻设置为内置电阻。

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