[发明专利]一种宽带定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及测试仪器领域，尤其涉及一种宽带定向耦合器。

背景技术

定向耦合器广泛应用于微波仪器及设备中，如微波矢量网络分析仪中的方向性设备，在微波信号发生器中用于在输出端检测输出功率的大小以完成自动功率调整，在各类通信系统的收发信机里面用于信号功率的检测。其中，宽带定向耦合器常常用于微波测试仪器中，此时对定向耦合器的指标要求往往较高。定向耦合器的主要指标有、工作频段、插入损耗、耦合度、方向性、隔离度等。在定向耦合器的实际设计中，一般都是根据其应用场景给定耦合度及工作带宽，在此基础上优化设计其他参数，一般要求插入损耗要小，方向性要高，隔离度要大。定向耦合器从器件类型上大体可以分为基于波导器件的及基于微带器件的两大类，其中基于微带器件的定向耦合器一般采用平行耦合线进行设计。

现有的基于微带线的宽带定向耦合器设计方法有：1)基于交叉耦合线的设计，此种设计方法将耦合线放置到多层电介质中；2)基于平行耦合线的设计，此种设计方法将全部微带电路在一层电路板上实现；3)采用多个耦合器进行交叉级联方法。以上几种方式中，不同段耦合线之间需要较为明显的过渡段，这些过渡段的存在导致理论计算及分析结果与实际系统存在不符，进而引起耦合度在所设计频段内波动变大，方向性实际制作结果偏离理论计算等问题。

专利CN202759011U设计了一种三节空气带状线电桥，如图1所示，通过将一对耦合板的中间段相向突出并相互重合形成强耦合区，实现了不需要太高的耦合精度即可实现强耦合，在耦合板的边缘设置缺口或者突起，使电桥腔体内的电磁场不再均匀分布，增强了电桥的隔离。此方法在一定程度上改善了系统耦合度及方向性等指标，但是由于仅仅采用空气作为电介质，使强耦合与弱耦合节之间的设计参数差异较大，而且随着节数的增加，这种差异导致实现的难度越来越大。

与专利CN103367855A中，设置不同节的耦合线到参考地的距离不等，这种方式可以使不同节的耦合线的间隔不变，但不同节的耦合线本身的宽度不同，依然会导致耦合度波动及方向性不高，使耦合器的耦合精度降低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种宽带定向耦合器。

一种宽带定向耦合器，由依次连接的多个耦合段组成，其中耦合段包括共面设置的两条耦合带线以及位于耦合带线上方的上部电介质、位于耦合带线下方的下部电介质；

同一耦合段中两节耦合带线相互平行设置，且尺寸相同；

同一耦合段中，上部电介质与下部电介质的大小、材质相同；

不同耦合段中的耦合带线分别首末相连，且在同一平面上；

相邻两个耦合段中，耦合带线宽度差与任一条耦合带线的宽度的比值不大于3％；耦合带线的间距差与任意一组耦合带线的间距的比值不大于3％。

进一步的，定向耦合器由N个耦合段组成，N为大于1的奇数，其中N个耦合段中的耦合带线依次共面连接，且以最中间的耦合段为对称中心，相互对称的两个耦合段的尺寸及材质相同。

进一步的，定向耦合器包括三个耦合段，耦合段分别为第一耦合段、第二耦合段、第三耦合段，其中：

第一耦合段包括第一组耦合带线以及第一上部电介质、第一下部电介质；第二耦合段包括第二组耦合带线以及第二上部电介质、第二下部电介质；第三耦合段包括第三组耦合带线以及第三上部电介质、第三下部电介质；

第一组耦合带线、第二组耦合带线、第三组耦合带线依次共面连接，成为两条等间距的长节耦合线；第一上部电介质、第二上部电介质、第三上部电介质分别位于第一组耦合带线、第二组耦合带线、第三组耦合带线的上方；第一下部电介质、第二下部电介质、第三下部电介质分别位于第一组耦合带线、第二组耦合带线、第三组耦合带线的下方；

第一耦合段与第三耦合段的大小以及材质相同，第一耦合段与第二耦合段的大小以及材质不同。

进一步的，第一耦合段与第二耦合段中，第一上部电介质的厚度小于第二上部电介质的厚度。

进一步的，耦合段中耦合带线的电长度为中心工作频率的四分之一波长。

进一步的，耦合段中的上部电介质的上表面、下部电介质的下表面均覆铜，且相邻两个耦合段之间由于电介质高度不同引起的侧面覆铜。

本发明的一种宽带定向耦合器，具有以下有益效果：