定向耦合器的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种定向耦合器。


背景技术：

2.在射频通信系统中有很多需要按一定的功率和相位关系来分配射频信号功率的场合。作为一种具有方向性的射频信号功率分配器，定向耦合器显得尤为突出，它具有插损小、频段宽、能承受较大的输入功率、可根据需要扩展量程等优点。而且定向耦合器在微波系统中有着重要作用，既可作分支器件及功率检测部件，又可作为放大器的反馈元件使用。在现今的行业内，越来越趋向于多频集成化，市面上，多出现双频，目前正在逐步研制三频耦合器。
3.在此背景下，耦合器也需要与时俱进，做到多频共存，实现在超宽频带下，性能稳定；特别是中高频的超宽频带下，良好的方向性成为了一大难点。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种定向耦合器，以提高定向耦合器在超宽频带下的方向性。
5.本技术公开了一种定向耦合器，包括：滤波器主杆、主杆腔体、耦合窗口、耦合微带、隔离电路和耦合电路；滤波器主杆包括输入端和直通端；所述滤波器主杆设置在所述主杆腔体内；其中耦合微带与所述滤波器主杆耦合设置；隔离电路与所述耦合微带的一端连接；耦合电路与所述耦合微带的另一端连接；其中，所述耦合电路包括：π型衰减电路、π型网络电路和耦合输出端口；所述π型衰减电路与所述π型网络电路串联，所述π型衰减电路的一端连接所述耦合微带，所述π型网络电路的一端连接所述耦合输出端口；所述定向耦合器的方向性大于等于26db，所述定向耦合器的带宽为1700mhz-2800mhz。
6.可选的，所述π型网络电路包括：第一电阻、第二电阻和第二电容，所述第二电阻的一端连接所述π型衰减电路，所述第二电阻的另一端连接所述耦合输出端口；所述第二电容的一端连接所述π型衰减电路，所述第二电容的另一端接地；所述第一电阻的一端连接于所述第二电阻的另一端，所述第一电阻的另一端接地；所述π型衰减电路包括：第三电阻、第四电阻和第一电位器，所述第一电位器的第二端连接所述耦合微带，所述第一电位器的第三端连接所述π型网络电路，所述第一电位器的第一端悬空；所述第三电阻一端连接所述第一电位器的第三端，所述第三电阻的另一端接地；所述第四电阻的一端连接所述第一电位器的第二端，所述第四电阻的另一端接地。
7.可选的，所述隔离电路包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电位器和第三电位器；所述第六电阻的一端连接所述耦合微带的一端，所述第六电阻的另一端连接所述第三电位器的第二端，所述第三电位器的第一端接地；所述第七电阻的一端连接所述第三电位器的第二端，所述第七电阻的另一端接地；所述第五电阻的一端连接于所述第六电阻与所述耦合微带之间，所述第五电阻的另一端连接所述第二电位器的第二端，所述第二电位
器的第一端接地，所述第二电位器的第三端悬空。
8.可选的，所述隔离电路还包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端连接于所述第六电阻与所述耦合微带之间，所述第一电感的另一端接地；所述第二电感的一端连接所述第三电位器的第三端，所述第二电感的另一端接地。
9.可选的，所述π型网络电路还包括第一电容，所述第一电容设置在所述第二电阻和所述耦合输出端口之间，所述第一电容的一端连接所述第二电阻，所述第一电容的另一端连接所述耦合输出端口。
10.可选的，所述第五电阻的阻值范围为400ω-500ω；所述第六电阻的阻值范围为30ω-40ω；所述第七电阻的阻值范围为70ω-80ω；所述第一电感的电感范围为25nh-30nh，所述第二电感的电感范围为25nh-30nh。
11.可选的，所述第一电阻的阻值范围为400ω-500ω，所述第二电阻的阻值范围为4ω-6ω，所述第三电阻的阻值范围为65ω-75ω，所述第四电阻的阻值范围为65ω-75ω，所述第一电容的电容范围为30pf-35pf，所述第二电容的电容范围为0.1pf-0.3pf。
12.可选的，所述定向耦合器为三频耦合器，所述三频耦合器包括：第一信道、第二信道和第三信道，所述第一信道带宽为：1805mhz-1880mhz，所述第二信道带宽为：2110mhz-2170mhz；所述第三信道带宽为：2620mhz-2690mhz。
13.可选的，所述耦合微带为蛇形耦合微带，所述蛇形耦合微带的长度为10.58
±
0.01mm，宽度为4.90
±
0.01mm；其中，所述蛇形耦合微带包括第一间隙、第二间隙、第三间隙，所述第一间隙的长度为2.88
±
0.01mm；所述第二间隙的长度为0.18
±
0.01mm；所述第三间隙的长度为0.18
±
0.01mm。
14.本技术中的耦合电路适用于中高频的定向耦合器，其耦合带宽覆盖1700mhz-2800mhz；使得该定向耦合器具有电性能指标稳定、可靠性高、方向性良好、调试方便、可适用于中高频的超宽频带要求的特点。而且耦合电路具有良好的方向性，良好的回损，在提高通信耦合质量优化改造工程中，具有低成本、高性能以及一致性良好的优势，极大的提高了其在多网融合的通信环境中的竞争能力。
附图说明
15.所包括的附图用来提供对本技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
16.图1是本技术提供的一种定向耦合器的示意图；
17.图2是本技术提供的定向耦合器的等效原理示意图；
18.图3是本技术提供的一种耦合微带的示意图；
19.图4是本技术提供的一种定向耦合器电路的等效原理示意图；
20.图5是本技术提供的定向耦合器电路的pcb板示意图；
21.图6是本技术提供的对定向耦合器仿真结果的示意图。
22.其中，10、定向耦合器；11、滤波器主杆；12、主杆腔体；13、耦合窗口；14、定向耦合器电路；15、耦合微带；16、隔离电路；17、耦合电路；18、π型衰减电路；19、π型网络电路。
具体实施方式
23.需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本技术可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
24.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
25.下面参考附图和可选的实施例对本技术作详细说明。
26.如图1所示，本技术公开了一种定向耦合器，定向耦合器10包括：滤波器主杆11、主杆腔体12、耦合窗口13和耦合微带15；所述滤波器主杆11设置在所述主杆腔体12内；其中耦合微带15与所述滤波器主杆11空间耦合设置。当滤波器主杆11上有射频信号传播时，由于滤波器主杆11与耦合微带15之间的耦合关系，耦合微带15上会产生与滤波器主杆11上所传播的射频信号相对应的耦合信号，通过耦合电路可以将耦合信号传输至其他检测器执行检测或分析等过程，定向耦合器的工作指标包括：耦合度、隔离度、方向性、回损和插损等。
27.如图2所示，为定向耦合器的等效原理图，其定向耦合器包括：主传输路，其包括输入端1、直通端2和定向耦合器电路14，其主传输路即为本实施例中的滤波器主杆11，滤波器主杆11的一端与输入端1连接，滤波器主杆11的另一端与直通端2连接，滤波器主杆11用于将射频信号从输入端1输出至直通端2。其定向耦合器电路14包括耦合微带15、耦合电路17和隔离电路16，耦合微带15两端分别连接隔离电路16和耦合电路17(具体电路可见图4)，其中耦合电路输出为耦合端3，隔离电路输出为隔离端4。耦合度(coupling)为输入端的输入功率p1和耦合端“3”的输出功率p3之比定义为耦合度,kc＝10lg(p1/p3)；隔离度(isolation)为输入端“1”的输入功率p1和隔离端“4”的输出功率p4之比定义为隔离度ks＝10lg(p1/p4)；方向性(directivity)为耦合端“3”的输出功率p3与隔离端“4”的输出功率p4之比定义为定向度，kd＝10lg(p3/p4)。
28.在实际运用中，不同频率下，耦合窗口13的尺寸是不一样的，不同尺寸的耦合窗口13对应的耦合器电路14也不一样的，若是耦合窗口仿真的不好，可能会造成失配的结果，而达不到想要的目标值。耦合窗口如图1所示，耦合主杆半径为2.0mm，主杆腔体半径为4.6mm，主杆腔体与主杆是3倍关系。耦合窗口长度为18.0mm，耦合窗口宽度为9.5mm。
29.如图3所示，公开了一种蛇形耦合微带的尺寸，该耦合微带为左右对称的s型制片状结构，耦合微带包括长方形结构以及两个s型臂状结构。整体结构的长度l1为10.58
±
0.01mm，宽度d1为4.90
±
0.01mm。第一间隙的长度l2为2.88
±
0.01mm；第二间隙的长度l3为0.18
±
0.01mm；第三间隙的长度l4为0.18
±
0.01mm；本图仅以左边图形为例，第一区域的宽度d2为1.05
±
0.01mm；第一区域的长度l5为0.33
±
0.01mm。耦合微带线采用的蛇形微带线，以增加耦合的方向性。
30.本实施可选的，所述定向耦合器的带宽范围为：1700mhz-2800mhz。所述定向耦合器为三频耦合器，所述三频耦合器包括：第一信道、第二信道和第三信道，所述第一信道带宽为：1805mhz-1880mhz，所述第二信道带宽为：2110mhz-2170mhz；所述第三信道带宽为：
2620mhz-2690mhz。在1700-2800mhz的超宽三频耦合器设计中，由于频带过宽，若是采用传统的隔离电路很难实现三频都达到目标方向性。而本技术对定向耦合器电路重新设计，使得定向耦合器在1700-2800mhz的超宽三频耦合器中具有良好的方向性。
31.如图4-5所示，本技术公开了一种定向耦合器电路的示意图，其定向耦合器电路14包括：耦合微带15、隔离电路16和耦合电路17，耦合微带15与滤波器主杆11(如图1所示)耦合设置；隔离电路16与所述耦合微带15的一端连接；耦合电路17与所述耦合微带15的另一端连接；其中，耦合电路17包括：π型衰减电路18、π型网络电路19和耦合输出端口a；所述π型衰减电路18的一端连接所述耦合微带15，所述π型衰减电路18与所述π型网络电路19串联，所述π型网络电路19的另一端连接所述耦合输出端口a；所述耦合电路的方向性大于等于26db，所述耦合电路的带宽为1700mhz-2800mhz。需要说明的是，其定向耦合器电路可设置在电路板上。
32.耦合微带15与耦合电路17及隔离电路16的连接目的在于完成耦合关系的同时输出耦合信号，因此，对耦合电路17及隔离电路16的形式及大小等特征不存在特殊要求。耦合电路17及隔离电路16对耦合过程产生影响的指标在于耦合微带15、耦合电路17及隔离电路16三者所提供的阻抗，为与主杆所提供的50ω阻抗相匹配(此处以50ω为例，不表示主杆必然为50ω)，耦合微带、耦合电路及隔离电路也应提供50ω阻抗。为保证该阻抗值可以采用耦合微带通过导体分别于耦合电路及隔离电路连接的方案以保证整个耦合部分的阻抗为50ω。耦合微带、耦合电路及隔离电路布置在pcb板上，可以使耦合结构更加稳定。
33.具体地，所述π型网络电路19包括：第一电阻r1、第二电阻r2和第二电容c2，所述第二电阻r2的一端连接所述π型衰减电路，所述第二电阻r2的另一端连接所述耦合输出端口a；所述第二电容c2的一端连接所述π型衰减电路，所述第二电容c2的另一端接地；所述第一电阻r1的一端连接于所述第二电阻r2的另一端，所述第一电阻r1的另一端接地；所述π型衰减电路18包括：第三电阻r3、第四电阻r4和第一电位器rp1，所述第一电位器rp1的第二端连接所述耦合微带15，所述第一电位器rp1的第三端连接所述π型网络电路19，所述第一电位器rp1的第一端悬空；所述第三电阻r3一端连接所述第一电位器rp1的第三端，所述第三电阻r3的另一端接地；所述第四电阻r4的一端连接所述第一电位器rp1的第二端，所述第四电阻r4的另一端接地。
34.所述π型网络电路还可包括第一电容c1，所述第一电容c1设置在所述第二电阻r2和所述耦合输出端口a之间，所述第一电容c1的一端连接所述第二电阻r2，所述第一电容c1的另一端连接所述耦合输出端口a。
35.所述隔离电路16包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第二电位器rv2和第三电位器rv3；所述第六电阻r6的一端连接所述耦合微带15的一端，所述第六电阻r6的另一端连接所述第三电位器rv3的第二端，所述第三电位器rv3的第一端接地；所述第七电阻r7的一端连接所述第三电位器rv3的第二端，所述第七电阻r7的另一端接地；所述第五电阻r5的一端连接于所述第六电阻r6与所述耦合微带15之间，所述第五电阻r5的另一端连接所述第二电位器rv2的第二端，所述第二电位器rv2的第一端接地，所述第二电位器rv2的第三端悬空。
36.所述隔离电路16还可包括第一电感l1和第二电感l2，所述第一电感l1的一端连接于所述第六电阻r6与所述耦合微带15之间，所述第一电感l1的另一端接地；所述第二电感
l2的一端连接所述第三电位器rv3的第三端，所述第二电感l2的另一端接地。此处隔离电路16，采用双电位器结合串并联电阻及电感，并在第三电位器rv3的第三端，即悬空引脚处串联一个第二电感的形式。由于第三电位器rv3的弹片拨动结构设计，使得其有较大的寄生电容，呈现容性，在实际运用中，其悬空的引脚特别敏感，所以在电位器原本悬空的引脚串联上电感，达到均衡作用，使得整体容性变小，且电感的隔交流通直流特性，能够很好的反射隔离端的信号。
37.在超宽频带的三频耦合器中，难点在于隔离电路的设计调试，因为要保证良好的方向性，且若是批量生产，还要保证其方向性具有一致性。此原理图中的隔离电路，能够很好的解决这一难题。在隔离电路中，想要得到较好的方向性，需要电路中的阻抗是匹配的，即达到理想阻抗匹配，当然实际中只能接近。此隔离电路16中，由于电感的阻值较小，可以忽略不计，故电路中，主要的总阻抗是由r5串上rv2的阻值并上r7，最后串上r6和rv3。
38.即：z＝((z
r6
+z
rv3
)*(z
r5
+z
rv2
)*z
r7
)/(z
r6
+z
r5
+z
r7
+z
rv2
+z
rv3
)
39.其中，z表示隔离端总阻抗，z
r5
、z
r6
、z
r7
、z
rv2
、z
rv3
分别表示r5、r6、r7、rv2、rv3的阻抗，由于在定向耦合器中，奇、偶模相速差对方向性的影响极大，为了进一步均衡奇、偶模相速差，在隔离端的耦合微带线信号刚出来的地方加入补偿电感，通过补偿电感的修调，既可起到均衡奇、偶模相速差的作用，又可以使节点得到进一步的调配补偿，这样可以大大提高耦合器的方向性。
40.本实施例可选的，所述第一电阻的阻值范围为400ω-500ω，所述第二电阻的阻值范围为4ω-6ω，所述第三电阻的阻值范围为65ω-75ω，所述第四电阻的阻值范围为65ω-75ω，所述第一电容的电容范围为30pf-35pf，所述第二电容的电容范围为0.1pf-0.3pf。所述第五电阻的阻值范围为400ω-500ω；所述第六电阻的阻值范围为30ω-40ω；所述第七电阻的阻值范围为70ω-80ω；所述第一电感的电感范围为25nh-30nh，所述第二电感的电感范围为25nh-30nh。
41.如图6所示，为上述定向耦合器在选用耦合电路中，第一电阻r1为430ω，第二电阻r2为5.1ω，第三电阻r3和第四电阻r4为68ω，第五电阻r5为432ω，第六电阻r6为33ω，第七电阻r7为75ω；第一电感l1为27nh，第二电感l2为27nh；第一电容c1为33pf,第二电容c2为0.2pf。在该值下的耦合仿真即结果，具体数据如表1所示：
42.表1：仿真结果
[0043][0044][0045]
其中，可看m1和m7处，都为1.70ghz的频率，m1的耦合度最弱达到-28.75db，对应m7的隔离度为-54.83db；其差值为26.08db，即在耦合电路的带宽为1.70ghz下，所述耦合电路的方向性大于等于26db；对应的，在1700mhz-2800mhz，所述耦合电路的方向性大于等于26db；其说明该耦合电路的方向性良好，且耦合度也足够强。
[0046]
此耦合电路中，π型衰减电路由两个68ω的电阻r3、r4并上一个第一电位器rp1组成，具体衰减值可通过旋转电位器来改变(电位器可相当于滑动变阻器)。而其中的π型网络亦由此变化而来，c2也可以选择是430ω的电阻，与r1、r2共同组成一个固定的π型衰减，但根据实际情况变通，将该430ω的电阻替换成0.2pf的电容，以实现改善回损的作用。
[0047]
本技术中的耦合电路适用于超宽频带的定向耦合器，其耦合带宽覆盖1700mhz-2800mhz；该定向耦合器具有电性能指标稳定、可靠性高、方向性良好、调试方便、拥有超宽频带的特点。该耦合电路具有良好的方向性，良好的回损，在提高通信耦合质量优化改造工程中，具有低成本、高性能以及一致性良好的优势，极大的提高了其在多网融合的通信环境中的竞争能力。
[0048]
需要说明的是,在不相冲突的前提下,以上描述的各实施例之间或各技术特征之
间可以任意组合形成新的实施例，各实施例或技术特征组合之后，将会增强原有的技术效果。以上内容是结合具体的可选实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术的保护范围。