一种UHF频段超宽带大功率射频功率耦合器的制作方法

一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器
技术领域
1.本发明属于射频耦合技术领域，特别是涉及一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器。


背景技术：

2.二十一世纪射频领域飞速发展，随着uhf频段地面数字通信与卫星通信的快速发展，越来越多的uhf频段射频应用被开发出来。在射频应用产品内部的发射部分末端，往往需要输出大功率，高平坦度的定向耦合器用于输出信号采集及检波电路。而检波电路又广泛被应用于闭环功率控制、输出驻波失配保护等重要的电路中。随着电子产品开发的小型化要求越来越突显，而对功率容量以及工作带宽的要求也越来越大，加之目前市面上很难找到器件级的，工作带宽涵盖整个uhf频段（300mhz～3000mhz）且射频功率容量达到250瓦左右的射频定向耦合器，所以在uhf频段的射频产品开发中越来越需要一种大功率、宽频带，高平坦度的射频定向耦合器。
3.目前市面上主要的宽带定向耦合器采用多节耦合的方式，实现宽频带的功率耦合功能，同时能保证其性能指标满足定制项目要求。这种耦合器由于其结构限制，往往具有通过大功率能力的体积会比较大，而体积小的又无法通过大功率，并且如果需要指标满足更宽工作带宽的要求，也会相应增大电路体积，从而与小型化设计方向背道而驰。加之市面上宽带大功率定向耦合器器件具有一定价格，无形中增加了相关射频项目的开发成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器，包括微带耦合直通微带线、耦合微带线、交趾耦合结构、第一幅度均衡器、第二幅度均衡器、第一衰减器和第二衰减器，所述微带耦合直通微带线具有uhf频段射频信号输入端口和射频信号输出端口，所述耦合微带线具有正向耦合端口和反向耦合端口，所述微带耦合直通微带线和耦合微带线通过交趾耦合结构耦合，所述正向耦合端口与第一幅度均衡器的输入端连接，所述第一幅度均衡器的输出端与第一衰减器的输入端连接，所述反向耦合端口与第二幅度均衡器的输入端连接，所述第二幅度均衡器的输出端与第二衰减器的输入端连接。
6.进一步地，所述第一幅度均衡器与第二幅度均衡器结构相同，所述第一幅度均衡器包括电阻r107、电阻r109、电阻r111、电阻r113、电阻r115、电阻r117、电阻r119、电阻r121、电阻r123、电阻r125、电阻r127、电容c100、电容c102、电容c104、电容c106、电容c108、电感l100、电感l102、电感l104、电感l106、电感l108；所述电感l100的第一端作为第一幅度均衡器的输入端，所述电阻r107的第一端、电阻r109的第一端和电容c100的第一端均与电感l100的第一端连接，所述电容c100的第二端、电容c102的第一端、电阻r109的第二端、电
阻r111的第一端、电阻r113的第一端和电感l102的第一端均与电感l100的第二端连接，所述电容c102的第二端、电容c104的第一端、电阻r113的第二端、电阻r115的第一端、电阻r117的第一端和电感l104的第一端均与电感l102的第二端连接，所述电容c104的第二端、电容c106的第一端、电阻r117的第二端、电阻r119的第一端、电阻r121的第一端和电感l106的第一端均与电感l104的第二端连接，所述电容c106的第二端、电容c108的第一端、电阻r121的第二端、电阻r123的第一端、电阻r125的第一端和电感l108的第一端均与电感l106的第二端连接，所述电容c108的第二端、电阻r125的第二端和电阻r127的第一端与电感l108的第二端连接，所述电感l108的第二端作为第一幅度均衡器的输出端，所述电阻r107的第二端、电阻r111的第二端、电阻r115的第二端、电阻r119的第二端、电阻r123的第二端和电阻r127的第二端均接地。
7.进一步地，所述第一衰减器和第二衰减器的结构相同，所述第一衰减器包括电阻r101、电阻r102和电阻r103，所述电阻r102的第一端作为第一衰减器的输入端，所述电阻r102的第二端作为第二衰减器的输出端，所述电阻r101的第一端与电阻r102的第一端连接，所述电阻r101的第二端接地，所述电阻r103的第一端与电阻r102的第二端连接，所述电阻r103的第二端接地。
8.进一步地，所述交趾耦合结构的交趾深度为0mm，所述交趾耦合结构的交趾长度为0.32mm-0.38mm，所述交趾耦合结构的交趾间距为0.15mm-0.21mm，所述交趾耦合结构的交趾数量为21对。
9.进一步地，所述微带耦合直通微带线和耦合微带线的结构尺寸均为21mm*6mm。
10.进一步地，所述微带耦合直通微带线和耦合微带线的间距为0.6mm。
11.本发明的有益效果是：（1）本发明中耦合器采用微带耦合方式与集总参数元件结合的结构，在保持大功率的同时减小了耦合器的体积，可以将耦合器的体积做到了32mm
×
17mm之内，同时实测在300mhz—3000mhz工作频带内最大可通过250w连续波射频功率，同时具有-11dbc以上的方向性，带内平坦度≤
±
1.5db，带内插入损耗≤0.3db，指标完全适用于该频段的射频产品开发，在体积、工作带宽与功率容量上均优于目前大部分同类型电路；（2）本发明中耦合器可直接做到pcb电路板上，节省了购买外部耦合器件的成本；（3）本发明中耦合器的工作带宽为整个uhf波段（300mhz～3000mhz），体积比市面上的工作带宽更窄的产品要小，通过带内连续波射频信号功率可以达到250瓦不低于市面同类型宽带耦合器，由于微带加阻容感的电路结构，可以实现极低成本的生产。
附图说明
12.图1为本发明中耦合器的一种组成结构示意；图2为本发明中最终电路pcb布局示意图；图3为本发明中第一幅度均衡器和第一衰减器的电路图 ；图中，1—uhf频段射频信号输入端口，2—射频信号输出端口，3—正向耦合端口，4—反向耦合端口，5—耦合微带线，6—微带耦合直通微带线，7—交趾耦合结构。
具体实施方式
13.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.参阅图1-图3，本实施例提供了一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器：如图1和图2所示，一种uhf频段超宽带大功率射频功率耦合器，包括微带耦合直通微带线6、耦合微带线5、交趾耦合结构7、第一幅度均衡器、第二幅度均衡器、第一衰减器和第二衰减器，所述微带耦合直通微带线6具有uhf频段射频信号输入端口1和射频信号输出端口2，所述耦合微带线5具有正向耦合端口3和反向耦合端口4，所述微带耦合直通微带线6和耦合微带线5通过交趾耦合结构7耦合，所述正向耦合端口3与第一幅度均衡器的输入端连接，所述第一幅度均衡器的输出端与第一衰减器的输入端连接，所述反向耦合端口4与第二幅度均衡器的输入端连接，所述第二幅度均衡器的输出端与第二衰减器的输入端连接。
15.本实施例中，射频信号通过uhf频段射频信号输入端口1输入耦合器，并从射频信号输出端口2输出，同时正向耦合端口3输出正向耦合信号，反向耦合端口4输出反向耦合信号，反向耦合信号在整个工作带宽内比正向耦合信号低10db左右,由此可以在实际产品中实现功率采集、状态监测、异常报警等功能。
16.在微波信号传输中由于负载端与源端一定存在阻抗不匹配的情况，所以往往信号在从源端传递到负载端时会有部分信号反射回源端，而射频信号耦合器的一项重要指标，即方向性，就是用来衡量源端入射信号与负载端反射信号的关系的。由于需要实时区分入射信号与反射信号，所以正向耦合端口3输出信号需要与反向耦合端口4输出信号幅值上有区别，而正向耦合端信号幅值与反向耦合段信号幅值的差值就是耦合器的方向性。由于本实施例中反向耦合端输出信号比正向耦合端输出信号差值≥10db，故本实施例中耦合器的方向性指标即≥10db。
17.功率采集功能：将正向耦合端口3输出的射频信号输入到其他功能电路，该信号与耦合器直通端信号包络相同、幅值不同，可以通过耦合信号实时了解直通端信号是否正常。
18.状态监测与异常报警功能：将正向耦合端口3输出信号和反向耦合端口4输出信号输入到射频检波器电路，将检波器输出幅值与天线口实时输出功率值进行校准，从而实时监测产品输出是否正常，若反向幅值超过一定门限，说明此时天线端负载驻波异常，可能连接不良或负载损坏等。
19.本实施例中，uhf频段射频信号输入端口和正向耦合输出端口位于同一侧，射频信号输出端口和反向耦合输出端口位于同一侧。例如，图1中，uhf频段射频信号输入端口和正向耦合输出端口位于左侧，射频信号输出端口和反向耦合输出端口位于右侧。
20.本实施例中，射频信号通过射频信号输入端口进入耦合器，并分别传递给直通输出端口（射频信号输出端口）、耦合输出端口（正向耦合端口3）、隔离输出端口（反向耦合端口4）；其中信号传递到直通输出端口时，信号幅度衰减≤0.5db，传递到正向耦合端口3时，信号幅度衰减40.5db～42.5db,传递到反向耦合端口4时，信号幅度衰减52db～60db。
21.在一些实施例中，所述交趾耦合结构7的交趾深度为0mm，所述交趾耦合结构7的交趾长度为0.32mm-0.38mm，所述交趾耦合结构7的交趾间距为0.15mm-0.21mm，所述交趾耦合
结构7的交趾数量为21对。
22.在一些实施例中，所述微带耦合直通微带线6和耦合微带线5的结构尺寸均为21mm*6mm，所述微带耦合直通微带线6和耦合微带线5的间距为0.6mm。
23.在一些实施例中，如图3所示，所述第一幅度均衡器与第二幅度均衡器结构相同，所述第一幅度均衡器包括电阻r107、电阻r109、电阻r111、电阻r113、电阻r115、电阻r117、电阻r119、电阻r121、电阻r123、电阻r125、电阻r127、电容c100、电容c102、电容c104、电容c106、电容c108、电感l100、电感l102、电感l104、电感l106、电感l108。
24.所述电感l100的第一端作为第一幅度均衡器的输入端，所述电阻r107的第一端、电阻r109的第一端和电容c100的第一端均与电感l100的第一端连接。所述电容c100的第二端、电容c102的第一端、电阻r109的第二端、电阻r111的第一端、电阻r113的第一端和电感l102的第一端均与电感l100的第二端连接。所述电容c102的第二端、电容c104的第一端、电阻r113的第二端、电阻r115的第一端、电阻r117的第一端和电感l104的第一端均与电感l102的第二端连接。所述电容c104的第二端、电容c106的第一端、电阻r117的第二端、电阻r119的第一端、电阻r121的第一端和电感l106的第一端均与电感l104的第二端连接。所述电容c106的第二端、电容c108的第一端、电阻r121的第二端、电阻r123的第一端、电阻r125的第一端和电感l108的第一端均与电感l106的第二端连接。所述电容c108的第二端、电阻r125的第二端和电阻r127的第一端与电感l108的第二端连接，所述电感l108的第二端作为第一幅度均衡器的输出端，所述电阻r107的第二端、电阻r111的第二端、电阻r115的第二端、电阻r119的第二端、电阻r123的第二端和电阻r127的第二端均接地。
25.本实施例中，所述第一幅度均衡器和第二幅度均衡器设计为多级结构，可以使得耦合器在整个uhf频段（300mhz～3000mhz）范围内保持良好的增益平坦度。同时，通过设置电阻r109、电阻r113、电阻r117、电阻r121和电阻r125，优化改善了每一级均衡器及整个链路的级间驻波指标。
26.在一些实施例中，如图3所示，所述第一衰减器和第二衰减器的结构相同，所述第一衰减器包括电阻r101、电阻r102和电阻r103，所述电阻r102的第一端作为第一衰减器的输入端，所述电阻r102的第二端作为第二衰减器的输出端，所述电阻r101的第一端与电阻r102的第一端连接，所述电阻r101的第二端接地，所述电阻r103的第一端与电阻r102的第二端连接，所述电阻r103的第二端接地。本实施例中，电阻r101、电阻r102和电阻r103用于调节最终耦合信号的幅度值。
27.不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。