[发明专利]一种低温定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于极低温条件下的低温定向耦合器，属于射频电路技术领域。

背景技术

定向耦合器是一种常见的微波器件，一般来说是一个具有方向性的四端口无源器件。理想的定向耦合器是一个无耗互易的四端口网络，一般是由主线和副线两组相互耦合的传输线构成的。信号的传输过程中，由于主线（直通线）和副线（耦合线）之的相互耦合，可以将主线中传输的功率耦合到副线，并且使功率在副线中传播具有定向性，即副线中的功率只向一个方向传播。另一个方向没有输出。定向耦合器的效果是将输入信号按照一定的功率比例关系进行分配，它广泛应用于各种微波电路当中，可以用做功率分配器，用于信号的隔离、分离和混合，也可以用来测量元器件或传输系统的反射系数，还可以用于监视功率、频率和频谱等。随着射频技术的不断发展，微波电路更广泛的应用于各个领域，这也就要求微波电路工作于不同的特殊环境当中。要求在电路当中使用能够适用于极低温环境下的定向耦合器。一般的定向耦合器由于其耦合参数随温度变化，以及尺寸规格过大等原因，不适合工作于极低温环境下的电路当中。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的什么不足，提供一种适用于极低温环境下的定向耦合器，它在液氮温度（即热力学温度77K，摄氏温度-196°C）的极低温环境下具有与室温环境下相近的参数属性，并且具有较小的尺寸，可以用于稀释制冷机等制冷设备。同时具有较大的工作带宽，在射频波段具有更广的使用范围。

本发明技术解决方案如下：一种低温定向耦合器，包括：微带线1、介质板2、底层金属3和导通孔4；微带线1印制于介质板2的上表面，底层金属3覆盖上镀于介质板2下表面，导通孔）打通介质板2，使上表面的微带线1的对应部分与下表面底层金属3相连接；所述微带线1包括直通线5、耦合线6、接头焊盘7；所述接头焊盘7位于四个端口两侧，在接头焊盘7下方的位置上打有导通孔4，使接头焊盘7与底层金属3进入充分接触，直通线5和耦合线6分别有输入端即端口a和耦合段即端口c延垂直于介质板边缘方向引出，在二者相互接近处开始平行耦合，从上到下分为七段平行双线及六段半圆弧平行线，所引出直通线5和耦合线6连接于第一段平行双线；之后连接第一段半圆弧，回转角度为180度，圆弧段完全平行；之后连接第二段平行双线，再连接第二段半圆弧，回转角度180度，圆弧段完全平行；之后连接第三段平行双线，再连接第三段半圆弧，回转角度为180度，圆弧段完全平行；之后连接第四段平行双线，再连接第四段半圆弧，回转角度为180度，调整内外圆弧半径使之在圆弧段双线不在保持平行，且使之后平行双线间间距增大；之后连接第五段平行双线，再连接第五段半圆弧，回转角度180度，圆弧段完全平行；之后连接第六段平行双线，再连接第六段半圆弧，回转角度为180度，圆弧段完全平行；之后连接第七段平行双线，再直通线5与耦合线6分别连接至直通端即端口b和隔离端即端口d，接头焊盘7按照SMA接头规格设计，SMA接头的接地外壳与接头焊盘7及底层金属3充分接触，成为接地线，SMA接头的信号线与直通线5或耦合线6充分接触，成为信号线。

本发明中，介质板材料选用罗杰斯RT6010板材，厚度0.5-1mm，其介电常数不随温度降低而变化，经实验验证在极低温环境下能够正常工作，从而保证定向耦合器拥有稳定的低温属性。上表层微带线及底层金属均为金属铜，厚度为15-40mil；所述微带线使用图案印制，镀有金属铜，厚度为15-40mil。

本发明相较于现有技术的主要优点在于：

（1）使用平行微带线耦合结构，并选用合适的介质基板，使其介电常数不随温度降低而变化。介质基板参数的低温特性保证了定向耦合器拥有稳定的低温特性，并不会因为低温环境而改变参数属性，故而可以适用于极低温环境。

（2）通过平行微带线的回环折叠结构，减小了器件所需的长度，使器件拥有较小尺寸，可以用于现有的稀释制冷机等制冷设备，保证了其在低温电路中的可用性。

（3）通过平行双线办圆弧线调整半径的方式，改变了双线间距，从而使耦合器能够适用于更广的频率带宽。本发明使用带宽可以达到150MHz‐550MHz，相对带宽达到114%，具有更广的使用价值。

附图说明

图1为本发明结构组成示意图；

图2为本发明中上表面微带线示意图；

图3为本发明中的耦合度实测参数图；

图4为本发明中的隔离度实测参数图。

具体实施方式