专利名称：定向耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子领域，尤其涉及使用横向电磁模(TEM)传输线来传输高频信号的定向耦合器。
背景技术：
基本的定向耦合器是线性、无源的4端口网络，包含2条平行的耦合传输线。第一传输线位于输入端口和直接输出端口之间，第二传输线位于耦合端口和隔离端口之间。施加在输入端口的信号沿第一传输线传输，并在第二传输线上引起耦合信号。在所谓的反向波耦合器中，相对于在传输线上传输的输入信号而言，耦合信号在相反的方向上传输。
基本的TEM定向耦合器在Matthaei等所著的由McGraw Hill出版的“Microwave Filters，Impedance-Matching Networks，andCoupling Structures”教科书中的第13章有所描述。带有宽边耦合带状线的定向耦合器在S.Cohn，IRE MTT，1960年11月所著的“Characteristic Impedance of Broadside-Coupled StripTransmission Lines”一文中有所描述。带有偏置的宽边耦合线的定向耦合器在由J.P.Shelton，Jr.，IEEE MTT，所著的，发表在1966年1月，MTT第14卷第一期中的“Impedances of OffsetParallel-Coupled Strip transmission Lines”一文中有所描述。另一个已知的定向耦合器在US5,570,069中有所描述。这里通过引用所有这些文献并入本发明。
带有宽边耦合带状线的定向耦合器中的耦合线之间的规定的空间关系必须足够精确，以便得到需要的电气响应。在如此强的耦合线中，耦合线之间的间距相对于耦合线的宽度来说是非常小的，且其偏差必须保证在一个允许的最小值之下。同时，任何耦合线的金属的或者非金属的调整装置都将影响耦合线周围的电磁场，因此这些调整装置自身成为性能下降的源头。
本发明的目的是提供一种具有改进特征的并且能增加产品合格率的定向耦合器。
发明内容
下面给出的这些以及其他目的通过这样一种定向耦合器实现，该定向耦合器使用非金属空间调整装置，该空间调整装置通过狭槽连接到一对宽边耦合线的边缘。这种空间调整装置在相对于定向耦合线壳体的位置上是可调的，因此提供了可以对传输线之间的间距进行连续微调，从而也调整了传输线之间的耦合。因此，不需要严格的制造容差，也可以得到耦合线之间需要的空间关系。
优点因为通过本发明的调整方法，制造的容差可以得到弥补，因此能得到接近100％的产品成品率。
下面将参考附图，描述本发明的优选实施方式，其中图1示出了传统的宽边耦合带状线的剖面的示意视图，图2示出了根据本发明的第一实施方式的带有可调空间调整装置的宽边耦合带状线的剖面面，图3示出了根据本发明的第二实施方式的带有可调空间调整装置的宽边耦合带状线的3维视图。
具体实施例方式
图1示出了一个传统的定向耦合器，在普通的壳体H中有宽边的耦合带状线S1和S2，带状线是平行的，在这相邻的横向电磁模(TEM)传输线的各自末端定义了4个电端口，这些端口与带状线不平行，每条带状线机械地支撑在，通常都是焊接在同轴的连接器上(没有在图1中示出)。输入端口P1从外部的信号源(没有在图中示出)中接收输入信号，信号沿传输线S1传输到直接输出端口P2。耦合端口P3沿传输线S2发射在相反的方向引起的耦合信号。(假设耦合器是理想的，没有损耗的)从直接输出端口P2发射出的信号的功率应当等于输入端口P1接收到的信号的功率减去耦合端口P3发射出的耦合信号的功率。隔离端口P4位于传输线S2的耦合端口p3的相对一端，它并不发射任何信号。因为每个输出端口处阻抗的不匹配，在隔离端口P4处出现反射的能量。此隔离端口P4通常被耦合器的特征匹配阻抗终止，该特征匹配阻抗通常是50欧姆。
这样的耦合器装置适合于定向耦合、信号合并或者功率分离。
像这种线之间的耦合很强的宽边耦合带状线中，线与线之间的间距相对于线宽来说是相当小的。
在空间(air volume)中使用耦合线的无源微波结构要求其中的耦合线具有规定的空间关系，例如，带有偏置的宽边耦合带状线的定向耦合器必须足够精确，以得到需要的电气响应。在强耦合的带状线中，带状线之间的间距相对于带状线的宽度来说是很小的，且不能允许出现偏差。同时，任何耦合线的金属的或者非金属的调整装置都将影响耦合线周围的电磁场，因此这些调整装置自身成为性能下降的源头。
众所周知，非金属的空间调整装置适合提供耦合线之间的精确间距，然而，这样的空间调整装置通常造成本地的电气不连续性，并导致传输线偶模和奇模阻抗错误。在另一方面，这些阻抗决定了线与线之间的耦合系数k，因为k=Z0even-Z0oddZ0even+Z0odd]]>这里提出的解决方法是根据非入侵方式在外部对带状线进行微调的装置。
图2示出了根据本发明的定向耦合器的第一实施方式。它有第一和第二传输线S1，S2，这两条传输线被安置在耦合器的壳体1和壳体2中并基本相互平行。每一条传输线s1，s2都被固定在相应的非金属空间调整装置3上，此空间调整装置被安置在壳体的相应的孔中。定位螺丝(set screw)5允许调整每条传输线在壳体中的垂直位置，因此也就调整了两条线之间的间距。该空间调整装置通过狭槽安置在带状线的边缘。然而，也可以采用其他的安置方法。
图3显示了根据本发明的第二实施方式的带有偏置的宽边带状线S1和S2的定向耦合器的内部细节，所述带状线S1和S2位于一个公共的壳体2中。像前面那个实施方式一样，每条传输线S1、S2被固定在相应的非金属空间调整装置3上，此空间调整装置被保持在壳体1的相应的孔中。定位螺丝5允许调整每条传输线在壳体1中的垂直位置，因此也就调整了两条传输线之间的间距s。在图中并没有显示端口部分，它与耦合和传输无关，这些部分不是本发明的内容。传输部分也应当给带状线提供更多的机械支撑。
为了便于制造，通常都是要求平行的，因此，特别是在具有沿着传输线耦合发生变化的宽带耦合器中，当传输线之间的间距s为常数时，耦合量的大小由传输线与传输线之间重叠部分的多少决定(见图3)。在上述的耦合线的结构中，最关键的尺寸是两条线之间的间距s。此间距的微小变动直接导致传输线奇模阻抗发生很大的变化，从而也影响到耦合系数k。带状线相对于作为壳体1的一部分的顶部和底部地平面的位置的变化主要影响偶模阻抗，因此也影响了耦合，但对带状线的端口VSWR(电压驻波比)的影响更大。同时，制造容差也经常导致一定量的标称空间关系的畸变。因此，本发明也认为需要用于调整带状线垂直位置的装置，这对于需要在给定的频段维持特定的耦合系数值的耦合器特别重要。
本发明提供了这种垂直带状线调整方法。非金属的空间调整装置3通过水平的狭槽固定在带状线S1、S2上，并由耦合器的壳体1的顶部和底部的孔来支撑。这些孔部分或全部打上螺纹，通过调整空间调整装置的垂直位置从而实现了对带状线的垂直位置进行调整。而对空间调整装置的垂直位置的调整是通过外部的定位螺丝5来完成的，不需要深入耦合器内部。通过调整这两个空间调整装置，带状线与带状线之间的关键间距s以及带状线的垂直位置可以被精确的设定，在测量了设备的电气性能后，可以很容易、很迅速地将性能调整到最佳。此空间调整装置结构将本地的电气不连续性减小到最低，因此最低程度地干扰了耦合和阻抗。不像使用标准的空间调整装置方法会导致较大的不连续性，为了减小对耦合的影响，由该空间调整装置引起的较小的不连续性可以通过已知的技术来进行补偿，也就是在与空间调整装置相邻的那一侧对带状线作较小的裁减。
空间调整装置5可以使用陶瓷材料或者塑料例如聚酰胺来制作。本发明适用于所有在壳体中使用耦合传输线的设备。本发明适用于带偏置的宽边耦合线，以及不带偏置的带状线。
通过以上描述，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的基本原理的情况下，可以对上述实施方式进行不同的改变和改进。例如，在上述的实施方式中，仅仅在垂直方向上可以对空间调整装置实行调整。在另外一种实施方式中，在角度上可以对空间调整装置进行调整。
权利要求
1.一种定向耦合器，包括安置在壳体中的一对传输线，在所述传输线之间有间距，其中所述传输线的至少一条被固定在非金属的空间调整装置上，所述空间调整装置可调节地保持在所述壳体的一对应孔中，其中所述传输线是平行的，其中所述空间调整装置相对于所述壳体可以沿着垂直于所述传输线的轴移动。
2.根据权利要求1的定向耦合器，还包括至少一个定位螺丝，所述定位螺丝用于调整相应的空间调整装置。
3.根据权利要求1的定向耦合器，其中空间调整装置通过所述空间调整装置上的狭槽将其固定在它的传输线上。
4.根据权利要求1的定向耦合器，还包括第二空间调整装置，所述第二空间调整装置固定在所述两条传输线的第二传输线上，并可调节地保持在所述壳体的相应第二孔中。
5.根据权利要求1的定向耦合器，还包括第二空间调整装置，所述第二空间调整装置固定在所述两条传输线的第二传输线上，并可调节地保持在所述壳体的相应第二孔中，其中所述第一和第二空间调整装置可以相对于壳体的顶部和底部内地平面调整两条传输线。
6.根据权利要求1的定向耦合器，其中所述第一和第二条传输线是TEM传输媒质。
全文摘要
本发明公开了一种定向耦合器，其使用在一对传输线边缘处的非金属的带狭槽的空间调整装置。该空间调整装置在垂直方向上的位置是可调整的，从而提供了连续的耦合微调。因此耦合线之间的空间关系也是可调的，所述调整并不依赖于制造上的严格容差要求。
文档编号H01P5/16GK1581571SQ20041005469
公开日2005年2月16日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年7月31日
发明者迪特尔·佩尔兹 申请人:阿尔卡特公司