專利名稱：一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)的雙定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)的雙定向耦合器，屬于雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率耦合元件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著雷達(dá)、微波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、電子對抗等技術(shù)的迅速發(fā)展，對微波無源器件的需求也日益增多。對于輸出功率達(dá)幾十千瓦甚至更大的雷達(dá)發(fā)射機(jī)，用功率計(jì)、頻譜儀等儀器是無法直接測量的。定向耦合器是一種具有方向性的具有四端口網(wǎng)絡(luò)的功率耦合元件，最基本的耦合方式是微帶線耦合。附圖1為定向耦合器的原理示意圖，發(fā)射信號從主信號線A的輸入端口 1輸入，其中大部分從輸出端口 2直接輸出，部分泄漏到耦合信號線B的隔離端口 4，耦合信號線B的耦合輸出端口 3用于檢測主信號線A的傳輸功率。
高定向弱耦合器在無線接入系統(tǒng)中，主要應(yīng)用于功率檢測和駐波檢測電路。為了實(shí)現(xiàn)弱耦合器的高方向性，一般要求主信號線和耦合信號線都處于同一種均勻介質(zhì)中。如果介質(zhì)不同，則奇偶模相速度就不同，方向性降低。下面簡單介紹目前常見的幾種定向耦合器 1、微帶線耦合器。微帶線類耦合器都處于非均勻介質(zhì)中，一面是介質(zhì)板，一面是空氣，因此，方向性必然會(huì)不好。為了提高方向性，將耦合線改成鋸齒狀，以延長奇模信號傳輸時(shí)間，降低奇模相速度，使得奇偶模相速度相等，達(dá)到理想的方向性。微帶線耦合器的缺點(diǎn)是功率容量小，無法滿足雷達(dá)發(fā)射機(jī)等一些大功率設(shè)備的要求。 2、空氣介質(zhì)金屬桿耦合器。空氣介質(zhì)是一種電磁特性非常均勻的介質(zhì)，因此這種耦合器具有理想的高方向性。但是，由于金屬桿的裝配工藝精度難于達(dá)到要求，進(jìn)而影響耦合器的耦合度和方向性。 3、懸空金屬絲跳線耦合器。單個(gè)耦合器的方向性比較好，但仍然會(huì)受裝配工藝精度累積誤差的影響，造成方向性的一致性差。
可以看出，上述常見的這幾種耦合器都難以同時(shí)滿足耦合度指標(biāo)、方向性指標(biāo)、方向性一致性指標(biāo)、功率容量的要求。 目前已經(jīng)研制出的能夠同時(shí)滿足以上要求的耦合器，又無法同時(shí)檢測正向傳輸?shù)墓β屎头瓷涔β?，給雷達(dá)發(fā)射機(jī)的測試帶來了很大的麻煩。因?yàn)槿绻看螜z測雷達(dá)發(fā)射機(jī)反射功率時(shí)需要將耦合器等相關(guān)元器件拆下，重時(shí)裝還可能因誤操作原因，影響發(fā)射機(jī)及雷達(dá)整機(jī)的正常工作，浪費(fèi)了時(shí)間和人力，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，這種耦合器比現(xiàn)有耦合器承受功率大，方向性強(qiáng)，特別是實(shí)現(xiàn)了同時(shí)雙向檢測。 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，包括耦合器腔體、主信號線和耦合信號線，主信號線和耦合信號線置于耦合器腔體內(nèi)，其特征在于耦合器的腔體是鋁制的空心體，主信號線是一根均勻的電導(dǎo)體金屬桿，表面鍍銀，周圍是空氣介質(zhì)；耦合信號 線由微帶板和一塊介質(zhì)板構(gòu)成，微帶板由一面粘貼有微帶線、另一面附銅箔的基板構(gòu)成，微 帶線由第一傳輸線與第二傳輸線構(gòu)成，第一傳輸線與第二傳輸線平行，長度均為四分之一 波長，特性阻抗各為50Q，介質(zhì)板用于覆蓋微帶線。 如上所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，其特征在于耦合器的腔體是空心長方體， 腔體一面開蓋，以供安裝耦合微帶線；腔體內(nèi)為空氣，不需要密封；腔體尺寸為(75mm 80mm) X (60mm 65mm) X (Mmm Mmm)，壁厚10± lmm。腔體外形沒有特別要求，只要能夠 滿足雷達(dá)發(fā)射機(jī)的安裝要求即可。 如上所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，，其特征在于電導(dǎo)體金屬桿的形狀是圓柱 形或方形，金屬桿和腔體不要求同軸，金屬桿的長度要求突出腔體的部分能夠安裝50/30 陰頭。這種傳輸形式保證了耦合器的大功率容量和低損耗。 如上所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，，其特征在于介質(zhì)板尺寸與耦合器腔體 內(nèi)壁尺寸相同，介質(zhì)板的材料和介電常數(shù)與微帶線基板相同。根據(jù)耦合度和方向性的指標(biāo) 要求，通過調(diào)整在微帶線上加載的介質(zhì)厚度方法來降低奇模相速度，使得奇偶模相速度近 似一致，從而改變耦合度，提高耦合器的方向性，加載的介質(zhì)越厚，耦合度越大，方向性就越 好。 本發(fā)明的有益效果如下 雙定向耦合器主信號線是金屬桿結(jié)構(gòu)，能夠保證耦合器的大功率容量和低損耗， 耦合信號線采用微帶線形式，可確保加工精度和裝配精度，從而保證了耦合器各項(xiàng)指標(biāo)的 一致性。通過調(diào)整加載介質(zhì)的厚度，可以改變耦合度和方向性，具有很好的可操作性。加載 介質(zhì)越厚，耦合度越大，方向性越好，與現(xiàn)有的各類定向耦合器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、可以同時(shí)檢測傳輸功率和反射功率；
2、高定向性，能夠很好地抑制反射功率； 3、主信號線可以通過射頻高電壓、大電流，能承受幾十千瓦的功率；
4、輸入駐波比和插入損耗都很??； 5 、產(chǎn)品的制造成本低，裝配簡單，批量產(chǎn)品的指標(biāo)一致性好。


附圖1為定向耦合器原理示意圖； 附圖2為本發(fā)明實(shí)施例的立體示意圖； 附圖3為本發(fā)明實(shí)施例的耦合微帶線的PCB版圖； 附圖4為本發(fā)明實(shí)施例的雙定向耦合器的外觀主視圖； 附圖5為本發(fā)明實(shí)施例的雙定向耦合器的外觀左視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖1中標(biāo)記的說明l-主信號輸入端口，2-主信號輸出端口，3-耦合輸出端口， 4-隔離端口 ； 附圖2中標(biāo)記的說明5-微帶板，6-介質(zhì)板，7-第一傳輸線，8_第二傳輸線，9_主 信號線；
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附圖4中標(biāo)記的說明10-耦合器腔體，12-正向耦合信號輸出端，13-反向耦合信號輸出端，14、15-尺寸標(biāo)注線； 附圖5中標(biāo)記的說明16、17-為尺寸標(biāo)注線。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說明。 如圖l所示，為耦合器的原理示意圖，輸入端口 l，輸出端口 2，耦合信號輸出端口3，隔離端口4。主信號從輸入端口 1輸入，97%以上(小于-0.1dB的損耗)的能量直接從輸出端口 2輸出，很小部分泄露到隔離端口 4。 如圖2所示，為本發(fā)明的雙定向耦合器的立體示意圖，該圖不含耦合器腔體。耦合器腔體是尺寸為78mmX64mmX35mm的空心長方體，壁厚10mm。主信號線9的半徑為9. 55mm，長度為140mm，中心軸距第一傳輸線7和第二傳輸線8的垂直距離為37mm，中心軸距耦合器腔體底面40mm，距耦合器腔體兩壁17. 5mm，耦合器腔體起安裝固定作用。
耦合信號線包括微帶板5和介質(zhì)板6，微帶板5由一面粘貼有第一傳輸線7與第二傳輸線8、另一面附有銅箔的基板構(gòu)成。 如圖3所示，為微帶板5的PCB版圖，第一傳輸線7與第二傳輸線8以主信號線9的軸心所在的豎直平面成對稱結(jié)構(gòu)，第一傳輸線7與第二傳輸線8的特性相同，兩者相距18mm，可避免了兩根傳輸線之間的相互干擾。第一傳輸線7與第二傳輸線8均為特性阻抗為50 Q的四分之一波長的傳輸線，四分之一波長L = 55. 520mm，寬W = 1. 168mm。
如圖3所示，在第一傳輸線7與第二傳輸線8的耦合輸出端口 3處各開一孔，分別焊接JN-KFD25連接器，第一傳輸線7與第二傳輸線8的隔離端口 4通過焊接50 Q的貼片電阻連接基板的銅箔(接地層)，貼片電阻的功率容量為0. 1W，基板的材料為聚四氟乙烯，介電常數(shù)為2. 55，厚度為0. 43mm，由于現(xiàn)有的微帶線生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，耦合器的裝配也比較簡單，可確保批量生產(chǎn)時(shí)，耦合器各參數(shù)指標(biāo)的一致性。 如圖2所示，微帶板5下方緊貼介質(zhì)板6。介質(zhì)板6選用聚四氟乙烯材料，介電常數(shù)為2. 55，厚度為2mm。用螺釘通過微帶板5和介質(zhì)板6上的通孔使兩者緊貼并固定在耦合器腔體頂部。 如圖2所示，主信號線9位于介質(zhì)板6的正下方，軸心距微帶板5為37mm。主信號線9是一根銅質(zhì)的實(shí)心圓柱體，半徑9. 55mm，長為140mm，表面鍍銀，周圍是空氣介質(zhì)，其作用是保證了耦合器的傳輸功率大容量、低損耗，輸入端口 l和輸出端口 2接50/35陰頭，分別通過兩個(gè)半圓形的聚四氟乙烯支撐子將主信號線9固定在耦合器腔體上，本實(shí)施例中，第一傳輸線7和第二傳輸線8與主信號線9平行但不共面，微帶板5的長度方向與主信號線9平行。 如圖4所示，為本發(fā)明的雙定向耦合器外觀主視圖，1為輸入端口，2為輸出端口，一個(gè)JN-KFD25連接器為正向耦合輸出端12，另一個(gè)JN-KFD25連接器為反相耦合輸出端13。尺寸14為146mm，尺寸15為0 70. 5，輸入端口 l和輸出端口 2的接頭為50/35陰頭，耦合輸出端口 3用JN-KFD25型插座。 如圖5所示，為本發(fā)明的雙定向耦合器的外觀左視圖，孔16為M5 EQS，尺寸17為①58mm。本發(fā)明的雙定向耦合器左右對稱，對信號的輸入方向沒有要求，輸入端口和輸出端口可以對調(diào)使用，相應(yīng)的如圖4所示的正向耦合輸出端12和反向耦合輸出端13也左右對調(diào)。
權(quán)利要求
一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，包括耦合器腔體、主信號線和耦合信號線，主信號線和耦合信號線置于耦合器腔體內(nèi)，其特征在于耦合器的腔體是鋁制的空心體，主信號線是一根均勻的電導(dǎo)體金屬桿，表面鍍銀，周圍是空氣介質(zhì)；耦合信號線由微帶板和一塊介質(zhì)板構(gòu)成，微帶板由一面粘貼有微帶線、另一面附銅箔的基板構(gòu)成，微帶線由第一傳輸線與第二傳輸線構(gòu)成，第一傳輸線與第二傳輸線平行，長度均為四分之一波長，特性阻抗各為50Ω，介質(zhì)板用于覆蓋微帶線。
2. 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，其特征在于耦合器的腔體是空 心長方體，腔體一面開蓋，以供安裝耦合微帶線；腔體內(nèi)為空氣，不需要密封；腔體尺寸為 (75mm 80mm) X (60mm 65mm) X (33mm 38mm)，壁厚10 ± lmm。
3. 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，其特征在于電導(dǎo)體金屬桿的形狀 是圓柱形或方形，金屬桿和腔體不要求同軸，金屬桿的長度要求突出腔體的部分能夠安裝 50/30陰頭。
4. 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，其特征在于介質(zhì)板尺寸與耦合器 腔體內(nèi)壁尺寸相同，介質(zhì)板的材料和介電常數(shù)與微帶線基板相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雷達(dá)發(fā)射機(jī)雙定向耦合器，包括耦合器腔體、主信號線和耦合信號線，主信號線和耦合信號線置于耦合器腔體內(nèi)，其特征在于耦合器的腔體是鋁制的空心長方體，主信號線是一根均勻的電導(dǎo)體金屬桿，表面鍍銀，周圍是空氣介質(zhì)；耦合信號線由微帶板和一塊介質(zhì)板構(gòu)成，微帶板由一面粘貼有微帶線、另一面附銅箔的基板構(gòu)成，微帶線由第一傳輸線與第二傳輸線構(gòu)成，第一傳輸線與第二傳輸線平行，長度均為四分之一波長，特性阻抗各為50Ω，介質(zhì)板用于覆蓋微帶線。這種耦合器比現(xiàn)有耦合器承受功率大，方向性強(qiáng)，特別是實(shí)現(xiàn)了同時(shí)雙向檢測。
文檔編號G01S7/282GK101706570SQ20091027244
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者劉磊, 李宏斌, 涂中華, 王志, 許衛(wèi) 申請人:武漢濱湖電子有限責(zé)任公司