[發(fā)明專利]一種覆蓋VLF-VHF頻段的寬帶大功率定向耦合器及其實現(xiàn)方法

在審

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• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113300070A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯鈞;劉洋;方建新;袁超;徐金強
• 申請（專利權(quán)）人: 成都四威功率電子科技有限公司
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

本發(fā)明公開了一種覆蓋VLF?VHF頻段的寬帶大功率定向耦合器，主要解決現(xiàn)有定向耦合器在低頻覆蓋時損耗增加、功率容量有限的問題。該定向耦合器包括帶有鐵氧體磁芯的第一同軸傳輸線，連接于第一同軸傳輸線兩端且電路結(jié)構(gòu)關(guān)于第一同軸傳輸線中部對稱的兩個取樣比較電路，以及與取樣比較電路相連的主功率通道和耦合功率輸出通道。通過上述設(shè)計，本發(fā)明采用同軸傳輸線和集總參數(shù)電阻電容組成的混合電路，利用同軸傳輸線的內(nèi)外導(dǎo)體電流相反特性，進行對應(yīng)的取樣比較電路的拓撲設(shè)計，補償和減少電阻的寄生參量，使得該定向耦合電路可方便地接入射頻微波通信、測試系統(tǒng)中，起到監(jiān)測和保護的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種定向耦合器，具體地說，是涉及一種覆蓋VLF-VHF頻段的 寬帶大功率定向耦合器及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

寬帶大功率定向耦合器是射頻微波通信、測試等系統(tǒng)的重要組成部分，主 要用于測量系統(tǒng)中通過的正、反向功率，常常接在大功率發(fā)射機之后，輻射天 線、被試設(shè)備之前。通過對正反兩個方向信號的讀取，可以得到系統(tǒng)中實際傳 輸信號的大小、反射功率的大小、系統(tǒng)負載情況、發(fā)射機與天線阻抗匹配的狀 態(tài)、系統(tǒng)電連接的情況等信息。對于系統(tǒng)的實時監(jiān)測與控制、運行安全至關(guān)重 要。

定向耦合器分為集總參數(shù)和分布參數(shù)兩大類。典型電路如圖1所示。

目前獲得寬帶特性最主要的方式是通過四分之一波長節(jié)進行多級級聯(lián)，設(shè) 計時采用奇偶模分析法獲得多級的耦合系數(shù)和對應(yīng)的特性阻抗。這種方式在射 頻微波頻段比較合適，因其物理長度較短，如1GHz-2GHz，2GHz-6GHz，四分 之一波長在厘米級別，當(dāng)工作頻率的低端降至100MHz以下時，這種方式的局 限性是體積變得不太現(xiàn)實，如30MHz的四分之一波長是7.5米。于是出現(xiàn)了兩 種解決方案，一種是采用多層印制板，將電路折疊；另一種是放棄四分之一波 長，采用八分之一或者更短的電長度進行綜合設(shè)計，這兩種方式都有其局限， 如折疊電路法的損耗增加、功率容量有限、整體電路厚度的增加等，綜合設(shè)計 法的耦合度曲線不平坦、耦合方向性變差、需要大量復(fù)雜外圍補償電路、反復(fù) 的設(shè)計迭代工作等。通過這兩種方法，可以研制出工作在1MHz-100MHz、 30MHz-1GHz的定向耦合器，通過功率可達1kW。但是，當(dāng)頻率低端繼續(xù)下降 到kHz、通過功率繼續(xù)提升時，這兩種方式均難以滿足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種覆蓋VLF-VHF頻段的寬帶大功率定向耦合器 及其實現(xiàn)方法，主要解決現(xiàn)有定向耦合器在低頻覆蓋時損耗增加、功率容量有 限的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種覆蓋VLF-VHF頻段的寬帶大功率定向耦合器，包括帶有鐵氧體磁芯的 第一同軸傳輸線，連接于第一同軸傳輸線兩端且電路結(jié)構(gòu)關(guān)于第一同軸傳輸線 中部對稱的兩個取樣比較電路，以及與取樣比較電路相連的主功率通道和耦合 功率輸出通道；所述取樣比較電路包括內(nèi)導(dǎo)體與第一同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)體相連的 第二同軸傳輸線，連接于第一同軸傳輸線和第二同軸傳輸線的外導(dǎo)體之間的采 樣電阻R3，并聯(lián)于采樣電阻R3兩端的補償電容C2，與采樣電阻R3、補償電 容C2、第一同軸傳輸線外導(dǎo)體的公共端相連的電阻R2，與電阻R2的另一端相 連的采樣電阻R1、電阻R4，以及并聯(lián)于采樣電阻R1兩端的補償電容C1；其 中，采樣電阻R1的另一自由端與第二同軸傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體另一端相連，第二同 軸傳輸線的外導(dǎo)體另一端接地，主功率通道與采樣電阻R1和第二同軸傳輸線的 內(nèi)導(dǎo)體的公共端相連，耦合功率輸出通道與電阻R4的另一自由端相連。

進一步地，兩個所述取樣比較電路中的主功率通道分別為主功率輸入通道 和主功率輸出通道，且取樣比較電路中對應(yīng)的耦合功率輸出通道分別為正向耦 合功率輸出通道和反向耦合功率輸出通道。

基于上述定向耦合器，本發(fā)明還提供了一鐘覆蓋VLF-VHF頻段的寬帶大功 率定向耦合器實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

(S1)根據(jù)主功率輸入選擇的主功率輸入通道將兩個所述取樣比較電路確 定為正向取樣比較電路和反向取樣比較電路；