[发明专利]宽频带低插损定向耦合器

说明书

本发明宽频带低插损定向耦合器，是目前流行的利用铁氧体磁性材料绕制变量器之集总参数定向耦合器的改良。这种定向耦合器的原理如图1所示，它由两个绕制在单孔磁芯上的线圈I(及I’)和副线圈II及II’)的耦合变量器T1(及T2)连接而成。通过主、副线圈匝比n的调节，则可控制定向耦合器在分支端口BR处的耦合分支量。

通常变量器T1(T2)是分别绕制在一个单孔磁芯上。如图2所示，主线圈I在磁芯A孔中直穿而成，副线圈II则穿过孔芯围绕磁芯A绕制，从而构成一个紧密耦合的变量器T1(T2)。当然两个变量器T1和T2可使用一个双孔磁芯的两个孔单独绕制而成(图中未示出)。    

随着社会技术进步的发展，人们对宽带信息网的需要与日俱增，而宽带信息网要求所使用的分配器、定向耦合器(分支器)要有从5MHz～1000MHz的频带宽度，隔离度应大于25～30dB.

原理上讲，拓展定向耦合器低频端工作带宽可以通过加大磁芯体积及增加耦合变量器T之线匝来达到。而延伸定向耦合器的高频工作频带又要求变量器T之耦合线圈的电长度不能过长(如小于，入为定向耦合器工作上限频率的波长)显然，这两项原则限制了器件的顺利设计。

另一方面，如图2所示之绕制方法中，副线圈II与主线圈I只有在磁芯孔内部分才可能有较紧密的耦合，而副线圈II在孔外部分必有一部分磁感应分量散失在磁芯之外的空间，随着工作频率的升高使磁芯导磁率的下降，这种散失分量将增加。其结果造成定向耦合器高频带内工作插损增加，隔离度变差。    

本发明宽频带低插损定向耦合器在技术上能很好地缓解一般定向耦合器之耦合变量器在为兼得宽频带低插损时所遇到的困难。从而能实现一个具有宽频带低插入损耗，高隔离度的优质定向耦合器。

本发明通过改变耦合变量器主、副线圈的绕制方法使在相同匝比n的情况下不增加绕线长度，减少漏磁，增加耦合度。

如图3示出，本发明宽频带低插损定向耦合器的一个耦合线圈T1(T2)的绕制方法，它使用双孔磁芯，主、副线圈I，II均被磁性材料密闭。主线圈I连续穿过两个通孔，而副线圈II则紧绕着两孔之间而形成的磁性体B绕制。比较图2所示可知，本发明的宽频带低插损定向耦合器之耦合变量器T1(T2)的绕制可获得如下改进：

1.变量器主、副线圈产生的所有磁力线均被密闭在磁芯体内，没有外泄(因而可获得主、副线圈之间的全耦合。

2.在相同的变量器体积和线圈匝比n的情况下，较常规变量器(图2)所获得的耦合量增大一倍，这对于绕制大耦合量的定向耦合器之变量线圈是独特优点。

可以看出，由两个双孔磁芯绕制的两个变量器可以用一个匹孔磁芯把T1.T2分别绕制在相邻两孔之中做成。

综上所述，本发明之宽频带，低插损定向耦合器在高耦合量，低插入损耗及宽频带高隔离度方面均可获得优异性能。图4给出一组本发明宽频带低插损定向耦合器的一个实施例的性能曲线。其中匝比n＝2，图4-A为本发明实施例定向耦合器的插入损耗特性，在VHF频段约为2.0dB，而UHF频段小于2.7dB，分支量可达到-6dB，而在常规的绕法下只能获得-8dB的耦合分支量，图4-B给出了本发明实施定向耦合器的分支损耗特性。图4-C则为本发明实施例定向耦合器之反向隔离特性，在5MHz～1000MHz大部分频率范围内隔离度大于30dB，频带的边缘处为22dB。

随着变量器匝比n的增加，其耦合分支损耗将加大，n每增加1其耦合分支损耗约增加3dB，这对于制造3dB一档CATV分支器系列是相当便利的。随着n之增加，本发明定向耦合器的插入损耗、频带宽度、幅频特性平坦度、隔离度等方面更可优于常规方法制作的定向耦合器。

本发明的宽频带低插损定向耦合器可大量应用在CATV系统及部件(如前馈放大器)，宽带综合数据网及“信息高速公路”网最后一公里的电缆分配网络之中。