一种耦合检波器的制作方法

本发明属于微波检测技术领域，具体涉及一种耦合检波器。

背景技术：

在微波通信领域中，定向耦合检波器作为一种具有方向性的功率分配检波器件而被广泛应用，是对射频信号进行精确检测计算的重要部件。定向耦合检波器其主要作用是完成对输入信号的正向耦合检波，以及对反射信号的反向耦合检波。工作带宽、插损、耐功率、方向性、驻波等是定向耦合检波器在应用中的重要指标。

现有技术中常用的s、c频段耦合检波器多为介质带状线结构，有带宽窄、插损大、方向性差、承受功率有限等缺点。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种耦合检波器。

本发明提供的耦合检波器包括主腔体，所述主腔体的中间位置设置有一介质基板，所述介质基板的一侧设置有耦合电路，所述介质基板的另一侧设置有检波电路，所述介质基板与所述主腔体的上下底板分别形成两个密闭侧腔体，所述耦合电路所在的侧腔体为耦合腔，所述检波电路所在的侧腔体为检波腔；

位于所述耦合腔一侧的所述介质基板上设有主导带，在所述主导带两侧设有第一耦合带和第二耦合带，所述主导带、所述第一耦合带和所述第二耦合带形成所述耦合电路，且所述第一耦合带通过绝缘子电连接所述检波电路；

射频信号由所述主导带的射频输入端输入，并由所述主导带的射频输出端输出大部分的射频信号；所述第一耦合带和所述第二耦合带分别从所述主导带上耦合得到耦合信号，其中：

所述第一耦合带的耦合信号输入至所述检波电路，由所述检波电路进行检波后输出检波电平；所述第二耦合带的一端通过负载电阻接地，另一端连接耦合输出端口，所述第二耦合带的耦合信号通过所述耦合输出端口输出。

可选的，在上述耦合检波器中，所述耦合腔和所述检波腔内充满空气介质，以使耦合电路形成空气带状线结构。

可选的，在上述耦合检波器中，所述主导带位于介质基板的中间位置，所述第一耦合带和所述第二耦合带相对所述主导带对称设置，且所述主导带、所述第一耦合带和所述第二耦合带的边缘均为锯齿状。

可选的，在上述耦合检波器中，所述第一耦合带和所述第二耦合带与所述主导带的水平间距分别在第一预设范围内；

所述第一耦合带和所述第二耦合带与所述主导带的垂直间距分别在第二预设范围内；

所述第一预设范围和所述第二预设范围根据耦合度与耦合方向性确定。

可选的，在上述耦合检波器中，所述第一耦合带和所述第二耦合带均包括正向耦合带与反向耦合带；

所述第一耦合带和所述第二耦合带的反向耦合带与所述主导带的水平间距大于所述第一耦合带和所述第二耦合带的正向耦合带与所述主导带的水平间距。

可选的，在上述耦合检波器中，所述检波电路包括正向检波电路和反向检波电路，所述正向检波电路与所述反向检波电路通过金属筋进行空间隔离；

所述第一耦合带设有正向耦合带的一端连接所述正向检波电路，所述正向检波电路通过第一检波输出端口输出正向检波电平；

所述第一耦合带设有反向耦合带的一端连接所述反向检波电路，所述反向检波电路通过第二检波输出端口输出反向检波电平。

可选的，在上述耦合检波器中，所述正向检波电路和所述反向检波电路的电路结构相同，均包括：依次连接的下拉电阻、电阻π型衰减电路、检波二极管、rc滤波电路、分压电阻和lc滤波电路；其中，

所述第一耦合带的正向耦合信号和负向耦合信号分别经所述下拉电阻吸收电流、所述电阻π型衰减电路进行端口匹配后，输入所述检波二极管进行检波，检波信号经并联的所述rc滤波电路进行滤波，并经所述分压电阻进行分压后再经所述lc滤波电路对应输出正向检波电平和负向检波电平。

可选的，在上述耦合检波器中，所述第一检波输出端口和所述第二检波输出端口为穿心电容。

可选的，在上述耦合检波器中，所述射频输入端、所述射频输出端和所述耦合输出端口均为射频同轴连接器。

可选的，在上述耦合检波器中，所述主导带采用均匀镀银的金属铝材料，所述第一耦合带和所述第二耦合带采用金属铜材料。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的耦合检波器采取了分腔措施，即将耦合腔与检波腔物理隔离开，并且通过绝缘子将耦合电路和检波电路连接，避免了二者相互干扰，提高了检波的准确性；本发明通过主导带与两条耦合带的设置，使得耦合检波器具有带宽宽、方向性强、承受功率大的特性，弥补了现有技术在上述方面的不足之处；且本发明通过主导带与两条耦合带分别输出射频信号、耦合信号以及检波信号，能够满足不同情况下的需求，显著扩大的耦合检波器的适用情景。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的耦合腔的内部结构图；

图3示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的检波腔的内部结构图；

图4示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器装有上底板的实物图；

图5示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的检波电路的电路结构示意图；

图6为本发明一个实施例的输入驻波比测试结果；

图7为本发明一个实施例的插入损耗测试结果；

图8为本发明一个实施例耦合度测试结果。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的构思在于：对于耦合检波器，耦合电路的方向性、端口驻波、插损、耐功率等指标都会随着频率的升高而恶化，检波电路则会受空间电磁辐射的影响。因此对于定向耦合检波器的设计，主要面临两个问题：一是从结构上进行高性能耦合电路设计；二是高精度检波电路设计。本发明一方面通过主导带与主导带两侧耦合带的配合，其中一条耦合带连接检波电路，用于射频信号的检波，另一条耦合带连接耦合信号出口，可将耦合信号输出，从而获得了一种具有工作带宽宽、方向性高、耐功率大、驻波小、结构简单、便于制造等优点的耦合检波器，可满足大功率射频信号的高精度计算需求，尤其适用有2ghz-6ghz频段。

图1示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的结构示意图；图2示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的耦合腔的内部结构图；图3示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器的检波腔的内部结构图；图4示出了根据本发明一个实施例的耦合检波器装有上底板的实物图；请同时参考图1～图4。本发明提供了一种耦合检波器，耦合检波器包括主腔体4，主腔体4的中间位置设置有一介质基板3，介质基板3的一侧设置有耦合电路，介质基板3的另一侧设置有检波电路，介质基板3与主腔体4的上下底板11分别形成两个密闭侧腔体，耦合电路所在的侧腔体为耦合腔，检波电路所在的侧腔体为检波腔；位于耦合腔一侧的介质基板3上设有主导带1，在主导带1两侧设有第一耦合带2-1和第二耦合带2-2，主导带1、第一耦合带2-1和第二耦合2-2带形成耦合电路，且第一耦合带通过绝缘子10电连接检波电路8；射频信号由主导带1的射频输入端(端口1)输入，并由主导带1的射频输出端(端口2)输出大部分的射频信号；第一耦合带2-1和第二耦合带2-2分别从主导带上耦合得到耦合信号，其中：第一耦合带的耦合信号输入至检波电路，由检波电路进行检波后输出检波电平；第二耦合带的一端通过负载电阻(图中未示出)接地，其中，负载电阻可为50欧姆电阻；第二耦合带的另一端连接耦合输出端口，第二耦合带的耦合信号通过耦合输出端口(端口3)输出。

具体结构参见图1～图4，图1为本实施例利用三维电磁仿真软件hfss(highfrequencystructuresimulator)搭建的耦合检波器组件示意图。该耦合检波器包括：一根主导带1、两根耦合带(其中2-1为第一耦合带，2-2为第二耦合带)、一个介质底板3、腔体内充满空气介质，建模过程为：先建模仿真，然后结合耦合指标仿真结果对耦合检波器组件结构进行优化设计，并将hfss的仿真结果(s6p文件)导入ads软件(advanceddesignsystem，先进设计系统)中进行耦合指标仿真。

如图2～4所示，分别为本实施例的耦合检波器的耦合腔结构图、检波腔结构图和装有上底板的结构图，从图中可以看出，该耦合检波器包括：一根主导带1、两根耦合带2，耦合带可以选用耦合微带线，其中2-1为第一耦合带，2-2为第二耦合带、介质底板3、主腔体4、用于固定结构的塑料圆柱体支撑介质6、检波电路8、绝缘子10，盖板11。主导带1的输入端口为射频输入端口，即端口1，主导带的输出端口为射频输出端口，即端口2；第二耦合带的输出端口为耦合输出端口，即端口3；而检波信号是通过连接在检波电路上的端口4和端口5输出，在本实施例中，端口4为正向检波电平输出，端口5为反向检波电平输出。

本实施例耦合检波器的工作原理如下：在工作频率内，射频信号由主导带1的射频输入端(端口1)输入，由于主导带和耦合带之间的耦合，大部分功率会从主导带的射频输出端(端口2)输出。第二耦合带通过弱耦合从主带上耦合出所需幅度的正向信号和反向信号，其中正向信号从耦合输出端口(端口3)输出，反向信号至隔离端(即接地端)的电阻吸收。第一耦合带通过弱耦合从主带上耦合出所需幅度的正向信号与反向信号，经检波电路进行检波，并通过检波信号输出端口(端口4和端口5)输出。

可见，图1所示的耦合检波器，采取了分腔措施，即将耦合腔与检波腔物理隔离开，并且通过绝缘子将耦合电路和检波电路连接，避免了二者相互干扰，提高了检波的准确性；本发明通过主导带与两条耦合带的设置，使得耦合检波器具有带宽宽、方向性强、承受功率大的特性，弥补了现有技术在上述方面的不足之处；且本发明通过主导带与两条耦合带分别输出射频信号、耦合信号以及检波信号，能够满足不同情况下的需求，显著扩大的耦合检波器的适用情景，可使该耦合检波器性能满足相应微波检测设备的应用需求。

在上述耦合检波器中，耦合腔和检波腔内充满空气介质，以使耦合电路形成空气带状线结构。

在本发明的一个实施例中，优选采用空气介质作为耦合介质，在耦合腔和检波腔内充满空气介质，可以使耦合电路形成空气带状线结构，相较于其他介质带状线结构耦合电路，具有装配方便、制造简单、制造成本低廉，且利用空气介质热胀冷缩效应不明显的特点，使得本发明的耦合检波器具有更宽的环境应用范围，可适应环境范围达-55℃～70℃。

在上述耦合检波器中，主导带1位于介质基板3的中间位置，第一耦合带2-1和第二耦合带2-2相对主导带1对称设置，且主导带1、第一耦合带2-1和第二耦合带2-2的边缘均为锯齿状。

优选的，主导带1可设置在介质基板3的中间位置；在主导带上有三个孔，用来穿插圆柱体塑料支撑材料，参见图2中的附图标记6，在孔的上下面分别对应放置法兰压块塑料材料，将主导带卡死。

参见图1和图2，第一耦合带2-1和第二耦合带2-2相对主导带对称设置，且主导带1、第一耦合带2-1和第二耦合带2-2的边缘均为锯齿状。锯齿个数及尺寸根据指标参数进行设置，锯齿状的设计主要是为改善耦合方向性。

在上述耦合检波器中，第一耦合带2-1和第二耦合带2-2与主导带1的水平间距分别在第一预设范围内；第一耦合带2-1和第二耦合带2-2与主导带1的垂直间距分别在第二预设范围内；第一预设范围和第二预设范围根据耦合度与耦合方向性确定。

本发明中主导带与第一耦合带和第二耦合带之间的耦合方式为弱耦合，通过设置第一耦合带和第二耦合带与主导带之间的间距，并结合耦合带增加锯齿状结构的设计，能显著改善耦合的方向性。

在本发明的一个实施例中，第一耦合带2-1和第二耦合带2-2均包括正向耦合带与反向耦合带。根据耦合度与方向性需求，正向耦合带与反向耦合带与主导带1有一定的水平间距与垂直间距，并且第一耦合带2-1和第二耦合带2-2的反向耦合带与主导带1的水平间距大于第一耦合带2-1和第二耦合带2-2的正向耦合带与主导带1的水平间距。

例如参见图2，第一耦合带2-1可分为正向耦合带2-1-1与反向耦合带2-1-2，其中，反向耦合带2-1-2与主导带1的水平间距大于正向耦合带2-1-1与主导带1的水平间距。

在本发明中，将正向耦合度与反向耦合度作差别化设计，具体为反向耦合带与主导带的水平间距大于正向耦合带与主导带的水平间距，这样能够更进一步的显著改善了耦合的方向性。

在本发明的一个实施例中，检波电路包括正向检波电路和反向检波电路，正向检波电路与反向检波电路通过金属筋进行空间隔离；第一耦合带设有正向耦合带的一端连接正向检波电路，正向检波电路通过第一检波输出端口输出正向检波电平；第一耦合带设有反向耦合带的一端连接反向检波电路，反向检波电路通过第二检波输出端口输出反向检波电平。

在本实施例中，第一耦合带设置有正向耦合带和反向耦合带，能够从主导带上耦合出不同方向的信号，具体为正向耦合带耦合出正向耦合信号，反向耦合带耦合出反向耦合信号，第一耦合带的两端分别连接正向检波电路和反向检波电路，通过正向检波电路和反向检波电路对耦合出的正向耦合信号和反向耦合信号做不同的处理，具体的为正向检波电路对正向耦合信号进行正向检波，输出结果为正向检波电平，反向检波电路对反向耦合信号进行反向检波，输出结果为反向检波电平。

在本发明的一个实施例中，正向检波电路和反向检波电路的电路结构相同，具体可参见图5，均包括：依次连接的下拉电阻、电阻π型衰减电路、检波二极管、rc滤波电路、分压电阻和lc滤波电路；其中，第一耦合带的正向耦合信号和负向耦合信号分别经下拉电阻吸收电流、电阻π型衰减电路进行端口匹配后，输入检波二极管进行检波，检波信号经并联的rc滤波电路进行滤波，并经分压电阻进行分压后再经lc滤波电路分别输出正向检波电平和负向检波电平。

下拉电阻包括第一电阻r1，第一电阻可以为50欧，第一电阻的一端分别连接第一耦合带的输出端和电阻π型衰减电路的输入端，第一电阻r1的另一端接地。下拉电阻的作用是吸收电流，为了防止信号线因悬空而出现不确定的状态，继而导致系统出现不期望的状态。

电阻π型衰减电路包括第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4，第二电阻r2一端分别连接下拉电阻一端和第三电阻r3一端，第二电阻r2另一端接地，第三电阻另一端分别连接检波二极管v1的输入端和第四电阻r4一端，第四电阻r4另一端接地。电阻π型衰减电路起到端口匹配的作用，能够使从第一耦合带输出的耦合信号与检波电路更加匹配。

检波二极管的作用是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号提取出来。

rc滤波电路包括第一电容c1，第二电阻r5，第一电容c1一端分别连接电阻π型检波二极管的输出端和分压电阻的输入端，第一电容c1另一端连接第五电阻r5一端，第五电阻r5另一端接地，第五电阻r5与上述第四电阻r4的大小可以相同也可以不同，优选相同。

分压电阻包括第六电阻r6，第六电阻r6一端连接rc滤波电路输出端，第六电阻r6另一端连接lc滤波电路的输入端。

lc滤波电路包括第二电容c2、第七电阻r7和扼流线圈l1，第二电容c2一端分别连接分压电阻r6的输出端、第七电阻一端以及扼流线圈一端，第二电容c2以及第七电阻r7另一端均接地，扼流线圈l1另一端接检波输出端口(即端口4或端口5)。

第一耦合带的正向耦合信号或反向耦合信号依次经过下拉电阻、电阻π型衰减电路、检波二极管v1、rc滤波电路、分压电阻和lc滤波电路从检波输出端口输出。

本发明中设计了带有电阻π型衰减电路的检波电路，其采用检波二极管进行检波，通过端口匹配处理，并结合rc滤波电路和lc滤波电路的滤波处理，更进一步实现了高精确检波。

在上述耦合检波器中，第一检波输出端口和第二检波输出端口为穿心电容；射频输入端、射频输出端和耦合输出端口均为射频同轴连接器。

在上述耦合检波器中，射频输入端(端口1)、射频输出端(端口2)和耦合输出端口(端口3)均为射频同轴连接器。射频同轴连接器即为sma(smallatape)连接器。sma连接器是一种典型的微波高频连接器，能够实现端口的低插损，插入损耗可低于0.1db，因此，本发明通过主导带、第二耦合带均采用sma连接器，实现了低插损，进而延长整个耦合检波器的寿命。

在上述耦合检波器中，主导带采用均匀镀银的金属铝材料；第一耦合带和第二耦合带采用金属铜材料，具体的，第一耦合带和第二耦合带均可采用在介质板上覆铜的微带线形式；而介质底板与主腔体紧密贴合，并用螺钉固定在结构腔体中。本发明通过对主导带金属条进行均匀镀银处理，实现了耦合电路端口低驻波传输特性。

需要说明的是，本发明对于整个耦合检波器及其内部组件的尺寸、功率等要素均不作限制，这里举一实施例作为优选方案。具体的，主导带采用金属铝材料，表面均匀镀银，工作频带内的特性阻抗为50ω，尺寸为40mm×3.5mm×1mm。本实施例针对耦合电路耐功率特性，通过采用大尺寸金属条作为主导带进行功率传输，提高了耦合检波器的功率。

介质基板设置于距离主腔体底面1.4mm的位置处，主导带设置于介质基板的中心位置，主导带与第一耦合带和第二耦合带之间的空间形成的凹槽尺寸为3mm×0.5mm×1mm，主导带对应于第一耦合带和第二耦合带的正向耦合带和反向耦合带处的两侧分别设有7个尺寸为0.8mm×0.05mm×1mm的锯齿，相邻锯齿间凹槽尺寸为0.9mm×0.05mm×1mm。

主导带对应于正向耦合带和反向耦合带的位置之间形成有中心凹槽，最外侧锯齿与主导带的靠近两个端头的位置分别形成有第一侧凹槽和第二侧凹槽，第一侧凹槽和第二侧凹槽的尺寸均为4.2mm×0.5mm×1mm。

主导带上的三个圆孔分别位于中心凹槽、第一侧凹槽和第二侧凹槽的中心位置，圆孔半径为1mm，圆柱体塑料支撑材料半径为1mm，高3.8mm，主导带下侧法兰内径为2mm，外径为4mm，高为1.4mm，主导带上侧法兰内径为2mm，外径为4mm，高为1.4mm。

第一耦合带和第二耦合带均分为正向耦合带与反向耦合带，其工作频带内的特性阻抗为50ω，均采用金属铜材料，铜厚度为0.01mm，置于介电常数为2.55的介质基板上，介质基板选用聚四氟乙烯复合介质材料。正向耦合带与反向耦合带尺寸均为14.5mm×1.5mm×0.1mm，正向耦合带与主导带的水平间距为4.5mm，垂直间距为0.9mm，反向耦合带与主导带水平间距6.5mm，垂直间距为0.9mm。

正向耦合带设有14个锯齿，锯齿尺寸为0.5mm×0.5mm，齿间距为0.5mm，左起第一个锯齿与微带线截角处距离也是0.5mm。反向耦合带设有12个锯齿，锯齿尺寸为0.5mm×1mm，齿间距为0.5mm，右起第一个锯齿与微带线截角处距离也是0.5mm。

正向耦合带与反向耦合带通过50ω耦合带连接。将耦合带做对称设计。第一耦合带两边端口各延伸宽为1.5mm的耦合带延伸至介质基板边界，并焊接电阻值分别为91ω、68ω和91ω的电阻器作为电阻π型衰减电路，第二耦合带设有正向耦合带的一端连接耦合输出端口，该耦合输出端口为sma连接器，第二耦合带设有反向耦合带的一端接地，作为隔离端或接地端，可焊接电阻值为50ω的电阻器实现阻抗匹配。

主腔体为金属腔，并和两块金属盖板通过螺钉固定，整体结构件尺寸为50mm×40mm×15mm，上盖板尺寸为50mm×40mm×2.5mm，下盖板尺寸为50mm×40mm×1.5mm，耦合腔体的尺寸为40mm×30mm×3.8mm；两个检波电路结构一致，置于耦合腔体的反面腔体，即检波腔中，检波腔尺寸为30mm×18mm，腔体深4mm。

检波腔中正向检波电路与反向检波电路通过中间的金属筋结构进行空间隔离，这种金属筋结构有利于支撑，并在金属筋中固定螺钉有利于整体结构加固。本实施例中的金属材质的主腔体与盖板、检波电路印制板与主腔体、介质底板与主腔体等均采用螺钉固定，并配合主导带处的圆柱体塑料支撑介质、接口处圆柱体塑料介质、两个检波电路之间设置金属筋结构等，使得整体结构更加牢固，提升了组件的稳定性。

图6-8是采用本发明上述具体结构的耦合检波器进行检波的检波结果。具体为图6为本发明一个实施例的输入驻波比测试结果；图7为本发明一个实施例的插入损耗测试结果；图8为本发明一个实施例耦合度测试结果。从图6-8中可以看出，采用本发明的耦合检波器进行检波，输入驻波比可低于1.145；组件插入损耗低于0.1db；耦合方向性大于20db。

综上所述，本发明提供的耦合检波器采取了分腔措施，即将耦合腔与检波腔物理隔离开，并且通过绝缘子将耦合电路和检波电路连接，避免了二者相互干扰，提高了检波的准确性；本发明通过主导带与两条耦合带的设置，使得耦合检波器具有带宽宽、方向性强、承受功率大的特性，弥补了现有技术在上述方面的不足之处；且本发明通过主导带与两条耦合带分别输出射频信号、耦合信号以及检波信号，能够满足不同情况下的需求，显著扩大的耦合检波器的适用情景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。