[發明專利]一種寬帶定向耦合器

有效

• 申請號: 201710253766.4
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106876858B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 劉曉佩
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙)11427
• 代理人: 莫文新

技術領域

本發明涉及測試儀器領域，尤其涉及一種寬帶定向耦合器。

背景技術

定向耦合器廣泛應用于微波儀器及設備中，如微波矢量網絡分析儀中的方向性設備，在微波信號發生器中用于在輸出端檢測輸出功率的大小以完成自動功率調整，在各類通信系統的收發信機里面用于信號功率的檢測。其中，寬帶定向耦合器常常用于微波測試儀器中，此時對定向耦合器的指標要求往往較高。定向耦合器的主要指標有、工作頻段、插入損耗、耦合度、方向性、隔離度等。在定向耦合器的實際設計中，一般都是根據其應用場景給定耦合度及工作帶寬，在此基礎上優化設計其他參數，一般要求插入損耗要小，方向性要高，隔離度要大。定向耦合器從器件類型上大體可以分為基于波導器件的及基于微帶器件的兩大類，其中基于微帶器件的定向耦合器一般采用平行耦合線進行設計。

現有的基于微帶線的寬帶定向耦合器設計方法有：1)基于交叉耦合線的設計，此種設計方法將耦合線放置到多層電介質中；2)基于平行耦合線的設計，此種設計方法將全部微帶電路在一層電路板上實現；3)采用多個耦合器進行交叉級聯方法。以上幾種方式中，不同段耦合線之間需要較為明顯的過渡段，這些過渡段的存在導致理論計算及分析結果與實際系統存在不符，進而引起耦合度在所設計頻段內波動變大，方向性實際制作結果偏離理論計算等問題。

專利CN202759011U設計了一種三節空氣帶狀線電橋，如圖1所示，通過將一對耦合板的中間段相向突出并相互重合形成強耦合區，實現了不需要太高的耦合精度即可實現強耦合，在耦合板的邊緣設置缺口或者突起，使電橋腔體內的電磁場不再均勻分布，增強了電橋的隔離。此方法在一定程度上改善了系統耦合度及方向性等指標，但是由于僅僅采用空氣作為電介質，使強耦合與弱耦合節之間的設計參數差異較大，而且隨著節數的增加，這種差異導致實現的難度越來越大。

與專利CN103367855A中，設置不同節的耦合線到參考地的距離不等，這種方式可以使不同節的耦合線的間隔不變，但不同節的耦合線本身的寬度不同，依然會導致耦合度波動及方向性不高，使耦合器的耦合精度降低。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種寬帶定向耦合器。

一種寬帶定向耦合器，由依次連接的多個耦合段組成，其中耦合段包括共面設置的兩條耦合帶線以及位于耦合帶線上方的上部電介質、位于耦合帶線下方的下部電介質；

同一耦合段中兩節耦合帶線相互平行設置，且尺寸相同；

同一耦合段中，上部電介質與下部電介質的大小、材質相同；

不同耦合段中的耦合帶線分別首末相連，且在同一平面上；

相鄰兩個耦合段中，耦合帶線寬度差與任一條耦合帶線的寬度的比值不大于3％；耦合帶線的間距差與任意一組耦合帶線的間距的比值不大于3％。

進一步的，定向耦合器由N個耦合段組成，N為大于1的奇數，其中N個耦合段中的耦合帶線依次共面連接，且以最中間的耦合段為對稱中心，相互對稱的兩個耦合段的尺寸及材質相同。

進一步的，定向耦合器包括三個耦合段，耦合段分別為第一耦合段、第二耦合段、第三耦合段，其中：

第一耦合段包括第一組耦合帶線以及第一上部電介質、第一下部電介質；第二耦合段包括第二組耦合帶線以及第二上部電介質、第二下部電介質；第三耦合段包括第三組耦合帶線以及第三上部電介質、第三下部電介質；

第一組耦合帶線、第二組耦合帶線、第三組耦合帶線依次共面連接，成為兩條等間距的長節耦合線；第一上部電介質、第二上部電介質、第三上部電介質分別位于第一組耦合帶線、第二組耦合帶線、第三組耦合帶線的上方；第一下部電介質、第二下部電介質、第三下部電介質分別位于第一組耦合帶線、第二組耦合帶線、第三組耦合帶線的下方；

第一耦合段與第三耦合段的大小以及材質相同，第一耦合段與第二耦合段的大小以及材質不同。

進一步的，第一耦合段與第二耦合段中，第一上部電介質的厚度小于第二上部電介質的厚度。

進一步的，耦合段中耦合帶線的電長度為中心工作頻率的四分之一波長。

進一步的，耦合段中的上部電介質的上表面、下部電介質的下表面均覆銅，且相鄰兩個耦合段之間由于電介質高度不同引起的側面覆銅。

本發明的一種寬帶定向耦合器，具有以下有益效果：