專利名稱：雙層介質(zhì)層微帶定向耦合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及應用在微波信號傳輸中的微帶定向耦合器。
背景技術：
微帶定向耦合器主要用于對規(guī)定流向的微波信號進行取樣或分路，主要目的是分離及隔離信號，或是相反地合成不同的信號。其耦合區(qū)長度為四分之一波長，包括一個輸入端口、在結(jié)構(gòu)上不相鄰的輸出端口和耦合端口，另有一個隔離端，理論上隔離端不輸出任何能量。
隨著移動通信的迅猛發(fā)展，終端用戶數(shù)量急劇增加，通信的信號傳輸模式也越來越多，這就要求頻帶越來越寬，有時要實現(xiàn)多頻段兼容，同時要求耦合器功率容量大，插入損耗小，阻抗匹配好，信道之間具有良好的隔離度。
現(xiàn)有的耦合器主要有兩種方式，即立體結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。立體結(jié)構(gòu)耦合器耦合元件是金屬導體。例如德國KATHERIN公司的低損耗多頻段耦合器，其插入損耗小，但在輸出端口匹配及兩出口之間的隔離性能差。另有美國ANDREW公司生產(chǎn)耦合器，也存在有工作頻段內(nèi)耦合度波動大，結(jié)構(gòu)復雜，成本高等缺點。
平面結(jié)構(gòu)耦合器的耦合元件為微帶線，容易實現(xiàn)多節(jié)耦合，頻帶寬，一般用于較弱耦合的情況，但存在的問題是插入損耗大，通常為0.6-0.8dB，方向性差，若耦合過強，在微帶工藝中不易保證。
圖1所示，微帶定向耦合器是一種四端口網(wǎng)絡，包括帶有隔離端口的本體和本體內(nèi)的耦合元件，四端口分別為輸入端口1、輸出端口2、耦合端口3和隔離端口4，輸入端口1-輸出端口2、耦合端口3-隔離端口4為兩根相互耦合的傳輸線。其中，輸出端口的信號為直通信號，相對于耦合端口信號來說能量較大。耦合端口的信號功率與輸入端口的信號功率之比的分貝值為耦合度，耦合度越大，耦合輸出的信號越強；輸出端口及耦合端口的輸出信號相對于輸入信號有一定的損耗，由于信號分流引起的損耗稱為“理論損耗”，耦合度越大，輸出端口理論損耗越大；另外，還有導體損耗和介質(zhì)損耗。輸出端口與耦合端口之間信號功率之比的分貝值為隔離度，隔離度越大，兩路信號之間的干擾越小。
圖2所示，微帶線是在接地板9上通過介質(zhì)層10設置斷面為矩形的導帶11。
圖3所示、圖4所示，在已有技術中，斷面呈矩形的傳輸導帶12與耦合導帶13在一個水平層面上間隔排列，以導帶的窄邊相對，耦合形成在其相對的兩窄邊之間，同時，已有技術中的微帶線呈敞開式，即僅僅在導帶的單側(cè)是微帶線介質(zhì)層10和接地板9，而導帶的另一側(cè)是空氣介質(zhì)層，這種結(jié)構(gòu)形式至少存在兩個方面的問題一是位于導帶兩側(cè)的介質(zhì)不同，電場傳輸在不同種的介質(zhì)層中，介質(zhì)的不均勻?qū)е埋詈掀鞯姆较蛐圆?，導致耦合器方向性變差的主要原因是已有技術的耦合微帶線由于介質(zhì)不均勻而引起偶模和奇模相速不相等所致。對于耦合微帶線或帶狀線所傳輸?shù)腡EM主模，常用偶模激勵和奇模激勵來分析。偶模激勵時，兩個耦合導帶上加的電壓幅度相等、相位相同；奇模激勵時，兩個耦合導帶上加的電壓幅度相等、相位相反；偶模和奇模激勵下，波傳播的速度稱為偶模相速和奇模相速。二是導帶之間的敞開式窄邊耦合極大地限制了耦合強度，這是因為窄邊耦合時耦合微帶線的電場和磁場都屬于弱耦合；另外，耦合越強，介質(zhì)不均勻而引起偶模和奇模相速相差越大，這也是已有技術的耦合微帶線不能實現(xiàn)強耦合的另一種原因。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種雙層介質(zhì)層微帶定向耦合器，使其具有高方向性、低差損和耦合度平坦。同時降低其成本，并解決微帶定向耦合器不能實現(xiàn)強耦合的難題。
本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是本實用新型是在本體上分別設置輸入端口、輸出端口、耦合端口和隔離端口，在輸入端口至輸出端口之間為傳輸微帶線，其上具有傳輸導帶、在耦合端口與隔離端口之間為耦合微帶線，其上具有耦合導帶。
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點是采用寬邊耦合，所述寬邊耦合是將耦合位置處的傳輸導帶與耦合導帶設置在不同的水平層面上，在斷面呈矩形的傳輸導帶與耦合導帶之間，耦合形成在其相對的寬邊之間；所述耦合位置處的微帶線設置為夾板結(jié)構(gòu)，夾板的兩側(cè)均為接地板，兩側(cè)接地板之間是均勻設置的微帶線介質(zhì)層，所述傳輸導帶和耦合導帶位于該均勻的微帶線介質(zhì)層中。
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點也在于在所述隔離端口上，固定設置功率電阻，在所述功率電阻的表面覆蓋金屬介質(zhì)。
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點還在于功率電阻設置為內(nèi)置電阻。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型采用寬邊耦合，很好地解決了微帶定向耦合器不能實現(xiàn)強耦合的難題。
2、本實用新型相耦合的導帶處于上下對稱的均勻介質(zhì)層中，微帶線呈夾板式結(jié)構(gòu)，使信號完全通過介質(zhì)均勻、離散性小的介質(zhì)層來傳輸，電場在傳輸過程是處在同種介質(zhì)中，其奇、偶模相速近似相等。大大提高了方向性，減小了信號間的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對10dB的耦合器，已有技術產(chǎn)品的方向性為18dB，而本實用新型方向性最小也達到22dB。
3、本實用新型耦合器的帶寬為0.8-2.5GHz，包含了現(xiàn)有通信的工作頻段，具備良好的兼容性，便于多頻段信號在同一電纜中傳輸，很大程度上降低了材料成本，并提高可靠性。
4、本實用新型通過在所述隔離端口固定設置功率電阻，使其端口具有良好的匹配特性，從而可以獲得良好的系統(tǒng)傳輸特性，降低反射信號對系統(tǒng)造成的不良影響，駐波比≤1.2∶1。
5、本實用新型具有低功率損耗，10dB微帶耦合器的插入損耗≤0.75dB，減去理論損耗0.46dB，附加損耗只有0.3dB。
6、本實用新型頻段為800MHZ-2500MHZ，耦合度可分為3dB，5dB，6dB，7dB，10dB，15dB，20dB，25dB，30dB等，具有廣泛的適用性。
圖1為定向耦合器工作原理示意圖。
圖2為微帶線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已有技術中耦合微帶線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為已有技術中微帶定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實用新型微帶定向耦合器外形示意圖。
圖6為本實用新型耦合微帶線結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本實用新型定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標號1輸入端口、2輸出端口、3耦合端口、4隔離端口、8本體、9接地板、10介質(zhì)層、11導帶、12傳輸導帶、13耦合導帶、14傳輸微帶線、15耦合微帶線。
以下通過具體實施方式
對本實用新型作進一步描述具體實施方式
參見圖5和圖7，本實施例具有四端口本體8，四端口分別為輸入端口1、輸出端口2、耦合端口3和隔離端口4。在隔離端口4上，固定設置功率電阻，在功率電阻的表面覆蓋金屬介質(zhì)，金屬介質(zhì)使耦合微帶線與功率電阻獲得良好的匹配。采用大功率、分布參數(shù)小的功率電阻，以提高元器件的承受功率。本實施例中，將功率電阻直接設置為內(nèi)置負載，因此，本體8對外只體現(xiàn)出三個端口，即輸入端口1、輸出端口2和耦合端口3。
圖6、圖7所示，在輸入端口1至輸出端口2之間為傳輸微帶線14，其上具有傳輸導帶12、在耦合端口3與隔離端口4之間為耦合微帶線15，其上具有耦合導帶13，在傳輸微帶線14與耦合微帶線15之間形成信號耦合。
參見圖6，本實施例采用寬邊耦合，寬邊耦合是將耦合位置處的傳輸導帶12與耦合導帶13設置在不同的水平層面上，在斷面呈矩形的傳輸導帶12與耦合導帶13之間，耦合形成在其相對的寬邊之間；圖6示出，耦合位置處的微帶線設置為夾板結(jié)構(gòu)，夾板的兩側(cè)均為接地板9，兩側(cè)接地板9之間是均勻設置的微帶線介質(zhì)層10，相耦合的傳輸導帶12和耦合導帶13位于該均勻的微帶線介質(zhì)層中。
具體實施中，形成微帶線介質(zhì)層的介質(zhì)基片采用聚四氟乙烯，導帶采用銅箔鍍銀。本實用新型10dB耦合器主要指標如下
權(quán)利要求1.雙層介質(zhì)層微帶定向耦合器，在本體(8)上分別設置輸入端口(1)、輸出端口(2)、耦合端口(3)和隔離端口(4)，在輸入端口(1)至輸出端口(2)之間為傳輸微帶線(14)，其上具有傳輸導帶(12)、在耦合端口(3)與隔離端口(4)之間為耦合微帶線(15)，其上具有耦合導帶(13)；其特征是采用寬邊耦合，所述寬邊耦合是將耦合位置處的傳輸導帶(12)與耦合導帶(13)設置在不同的水平層面上，在斷面呈矩形的傳輸導帶(12)與耦合導帶(13)之間，耦合形成在其相對的寬邊之間；所述耦合位置處的微帶線設置為夾板結(jié)構(gòu)，夾板的兩側(cè)均為接地板(9)，兩側(cè)接地板(9)之間是均勻設置的微帶線介質(zhì)層(10)，所述傳輸導帶(12)和耦合導帶(13)位于該均勻的微帶線介質(zhì)層(10)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征是在所述隔離端口(4)上，固定設置功率電阻，在所述功率電阻的表面覆蓋金屬介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合器，其特征是所述功率電阻設置為內(nèi)置電阻。
專利摘要雙層介質(zhì)層微帶定向耦合器，其特征是采用寬邊耦合，寬邊耦合是將耦合位置處的傳輸導帶與耦合導帶設置在不同的水平層面上，在斷面呈矩形的傳輸導帶與耦合導帶之間，耦合形成在其相對的寬邊之間；傳輸導帶和耦合導帶位于均勻的微帶線介質(zhì)層中。本實用新型具有高方向性、低差損和耦合度平坦，并解決了微帶定向耦合器不能實現(xiàn)強耦合的難題。
文檔編號H01P5/18GK2877053SQ20052014003
公開日2007年3月7日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者楊國勝, 王志, 陶榮華, 翟翔, 鐘鍵 申請人:安徽海特微波通信有限公司