[发明专利]一种高方向性微带功率耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带功率耦合器，特别涉及一种高方向性微带功率耦合器。

背景技术

随着移动通信和军用雷达技术等方面的迅猛发展，用于辐射微波能量的前端发射机的功率越来越大。为了实时监测这些功率设备的工作情况，需要对发射机的输出功率进行监测，由于直接对大功率设备进行测量比较困难，在工程中常使用定向耦合器耦合部分能量进行监测。由于定向耦合器的定向耦合特性和耦合度大小可任意设计的特性，它在微波技术和雷达馈线系统中有较广泛的应用，用于监视微波信号、合成和分配等。尤其是在微波大功率系统中，通过定向耦合器从主线中，耦合一部分能量，测量微波信号的功率、频率和频谱。

定向耦合器又称方向耦合器，因为这种器件的输入和输出信号间除了幅度关系外，还有一定的方向性关系，微波集成电路中往往仅将侧边耦合的传输线型耦合器叫做定向耦合器。传统定向耦合器的方向性较差，尤其是弱耦合的定向耦合器可以退化到没有方向性或者负的方向性。

在一些系统中对定向耦合器电路的方向性提出个更高的要求，普通类型的微带耦合线定向耦合器没有办法满足检波电路对耦合器方向性的要求，本发明通过改进，从均衡奇偶模的传播速度着手以解决耦合器的方向性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高方向性微带功率耦合器，以解决现有的普通微带耦合线定向耦合器无法满足检波电路对耦合器方向性要求的问题。

本发明的另一目的在于提供一种高方向性微带功率耦合器，以实现通过均衡奇偶模的传输速度改善微带功率耦合器的方向性的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种高方向性微带功率耦合器，包括：底面带有金属层的基板、表面金属微带线，所述表面金属微带线包括主微带线、辅微带线及交指电容；所述主微带线的一端为输入端口，另一端为输出端口，所述辅微带线的一端为隔离端口，另一端为耦合端口；所述交指电容位于所述主微带线及辅微带线间的耦合区域内，所述交指电容的两极分别与所述主微带线及辅微带线垂直连接。

较佳地，位于所述耦合区域内两侧的交指电容关于该耦合器的垂直轴线镜像对称，位于所述耦合区域中心的交指电容关于自身中心对称。

较佳地，所述辅微带线的线宽为微波信号波长的1/10。

较佳地，所述主微带线关于该耦合器垂直轴线镜像对称，所述辅微带线关于该耦合器垂直轴线镜像对称。

较佳地，所述输入端口、输出端口、隔离端口及耦合端口的微带线端面悬空，用于焊接SMA接头。

较佳地，该微带功率耦合器的方向性由构成所述交指电容的两极的微带线的线长、线宽及两极的间距确定。

较佳地，该微带功率耦合器的耦合强度由所述辅微带线与所述主微带线间的不同间距，及所述辅微带线与所述主微带线的不同长度、宽度确定。

本发明提供的一种高方向性微带功率耦合器，如图4所示，包括底面带有金属层的介质基板、主微带线、辅微带线及交指电容。与传统的微带线耦合器相比，该耦合器在不增加原有电路面积的基础上，仅仅通过加载三个交指电容，实现均衡奇偶模的传输速度，大大改善了耦合器的方向性特性。

所述主微带线即为主信号通过的微带线，微波信号从所述输入端口进入，从所述输出端口输出。

所述辅微带线即为耦合信号通过的微带线，所述主微带线中的微波信号通过电磁场耦合进入所述辅微带线，电耦合电流和磁耦合电流在耦合端口叠加输出，在隔离端口抵消输出。

原理说明：

散射矩阵(S矩阵)：对于多端口网络，S₁₁的物理意义既是其它所有端口都接匹配负载时，端口1向网络内部看进去的反射系数。其它S₂₂、S₃₃……S_nn等也有类似的定义；S₂₁，其意义为：除1口以外，所有其它引出端口都接以匹配负载，此时的端口2输出波和端口1输入波信号功率之比，其他S13、S14定义类似。

耦合器特性定义：如图1所示，为一般耦合线基本结构。

一般用耦合度C以及方向性D两个参量表示定向耦合器的基本特性。

耦合度C，其定义为主线(即主微带线)的输入臂(即输入端口微带线)的输入信号功率与辅线(即辅微带线)的耦合臂(即耦合端口微带线)的信号功率之比：