阅读说明：本技术 一种高精度介质带线宽边耦合器 (High-precision dielectric strip line broadside coupler ) 是由 王光辉 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明将耦合区主线的实心线条中去除一个轴线对称的矩形区域,形成一个1分2和2合1的分支结构,副线的对称轴与主线的对称轴重合,在耦合区域,主线上有2部分与副线发生耦合,耦合能量在耦合区之外叠加,若主线和副线的对称轴产生偏离,则在耦合区域,主线上与副线对称轴接近的分支线上的耦合能量增强,主线上与副线对称轴远离的分支线上的耦合能量减弱,耦合的2路能量相加,在副线耦合端输出的能量,相比于主线和副线的对称轴完全重合的情况,变化微小,抵消上下对称轴偏离的影响,可以在常规印制板加工精度的条件下,设计出满足耦合度精度要求的、少调试甚至免调试的耦合器。(The invention removes a rectangular area with symmetrical axis from the solid line of the main line in the coupling area to form a branch structure with 1-in-2 and 2-in-1, the symmetrical axis of the secondary line is coincident with the symmetrical axis of the main line, in the coupling area, 2 parts of the main line are coupled with the secondary line, the coupling energy is superposed outside the coupling area, if the symmetrical axes of the main line and the secondary line deviate, the coupling energy on the branch line close to the symmetrical axis of the secondary line on the main line is enhanced, the coupling energy on the branch line far from the symmetrical axis of the secondary line on the main line is weakened, the coupled 2 paths of energy are added, the energy output at the coupling end of the secondary line is slightly changed compared with the condition that the symmetrical axes of the main line and the secondary line are completely coincident, the influence of the deviation of the upper and lower symmetrical axes is counteracted, and the rectangular area meeting the precision requirement of the coupling degree can be designed under the condition of the processing precision of, Low-debug and even debug-free couplers.)

一种高精度介质带线宽边耦合器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种能量耦合技术。

背景技术

耦合器是微波系统中的常用元件，应用场景有功率分配、合成、耦合等，为了保证耦合信号的幅度和相位的高精度及稳定性，绝大多数耦合器都采用定向耦合器。一般而言，耦合度在-10dB～0dB之间的属于强耦合，多用于功率分配及合成；耦合度小于-20dB的属于弱耦合，多用于功率监测。根据选用传输线类型的不同，耦合器可以是波导耦合器、同轴耦合器、微带耦合器、带线耦合器等，如果主线及副线的类型不同，则为混合型的耦合器。

定向耦合器一般有主线和副线两条传输线、四个端口，选定主线的一个端口为信号输入端口，则副线的两个端口，一个是耦合端口，一个是隔离端口，具有耦合关系的两个端口之间，信号传输是互易的。

常用的介质带线宽边耦合器采用微波印制板材制作印制图形，介质均匀性好，图形加工精度高。常规的介质带线宽边耦合器通常由3张印制板层叠组成，上层和下层印制板均为一面无铜箔、一面有铜箔的结构，中间印制板为双面制作图形的印制板，两种印制线条分别制作在同一张介质基板的正反面上。

耦合器的耦合度直接取决于印制线条之间的距离，它对耦合线条之间平面方向距离的变化非常敏感，因此，耦合器对印制线条的正反面重合精度要求非常高，在常规加工工艺条件下，印制板成品率不高。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种高精度介质带线宽边耦合器，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

高精度介质带线宽边耦合器包括3块高频印制板，3块印制板相互层叠压合没有间隙；上层印制板正面保留铜箔，反面去除铜箔；中间层印制板正、反两面制作印制图形；下层印制板正面去除铜箔，反面保留铜箔。

3块印制板之间的压合方式有2种，使上层印制板和下层印制板之间大面积导通：一种是机械压合，用金属箔片与上、下层印制板焊接贴合，用金属螺钉贯穿3块印制板并旋紧；一种是胶合，在3块印制板的两两之间***半固化片，经高温熔化、降温固化，使3块印制板紧密连接，将印制板侧壁金属化。

高精度介质带线宽边耦合器采用介质带线作为传输线的宽边耦合，介质带线有2条内导体，内导体之间宽边平行，上下排列间距小；使能量在2条内导体之间耦合，2个内导体产生耦合部分的线条长度为，中心频率上的电磁波在介质中波长的1/4。

由于2个条带之间的耦合度相对于条带之间的重合尺寸非常敏感，为了实现高精度的耦合度，需要将2个条带作为印制图形，制作在同一个印制板的正反面上。

为了进一步降低条带之间重合尺寸偏差对耦合度的影响，将耦合区主线的实心线条中去除一个轴线对称的矩形区域，形成一个1分2和2合1的分支结构，副线的对称轴与主线的对称轴重合。

在耦合区域，主线上有2部分与副线发生耦合，这2部分的耦合能量在耦合区之外叠加；若主线和副线的对称轴产生偏离，则在耦合区域，主线上与副线对称轴接近的分支线上的耦合能量增强，主线上与副线对称轴远离的分支线上的耦合能量减弱；耦合的2路能量相加，在副线耦合端输出的能量，相比于主线和副线的对称轴完全重合，变化微小，抵消上下对称轴偏离的影响。

本发明降低了介质带线宽边耦合器对耦合线条间的位置精度要求，显著提升印制板加工的成品率，可应用到P、L、S、C等频段，具有明显的经济效益；精确控制介质带线宽边耦合器的耦合度，在常规加工精度下，可以做到免调试，大大节省了时间成本和人力成本。

附图说明

图1是定向耦合器的结构，图2是介质带线宽边耦合器的电路，图3是高精度介质带线宽边耦合器的结构，图4是上层印制板，图5是中间印制板，图6是下层印制板，图7是大功率L波段功分器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。

定向耦合器的结构如图1所示，一般有主线和副线两条传输线、四个端口，选定主线的一个端口为信号输入端口，则副线的两个端口，一个是耦合端口，一个是隔离端口，具有耦合关系的两个端口之间，信号传输是互易的。

介质带线宽边耦合器的电路如图2所示，采用微波印制板材制作印制图形，介质均匀性好，图形加工精度高。常规的介质带线宽边耦合器通常由3张印制板层叠组成，上层和下层印制板均为一面无铜箔、一面有铜箔的结构，中间印制板为双面制作图形的印制板，两种印制线条分别制作在同一张介质基板的正反面上。

高精度介质带线宽边耦合器的结构如图3所示，包括3块高频印制板，3块印制板相互层叠压合没有间隙；上层印制板如图4所示，正面保留铜箔，反面去除铜箔；中间层印制板如图5所示，正、反两面制作印制图形；下层印制板如图6所示，正面去除铜箔，反面保留铜箔。

3块印制板之间的压合方式有2种，使上层印制板和下层印制板之间大面积导通：一种是机械压合，用金属箔片与上、下层印制板焊接贴合，用金属螺钉贯穿3块印制板并旋紧；一种是胶合，在3块印制板的两两之间***半固化片，经高温熔化、降温固化，使3块印制板紧密连接，将印制板侧壁金属化。

高精度介质带线宽边耦合器采用介质带线作为传输线，介质带线有2条内导体，内导体之间宽边平行，上下排列间距小；使能量在2条内导体之间耦合，2个内导体产生耦合部分的线条长度为，中心频率上的电磁波在介质中波长的1/4。

由于2个条带之间的耦合度相对于条带之间的重合尺寸非常敏感，为了实现高精度的耦合度，需要将2个条带作为印制图形，制作在同一个介质基板的正反面上。

为了进一步降低条带之间重合尺寸偏差对耦合度的影响，将耦合区主线的实心线条中去除一个轴线对称的矩形区域，形成一个1分2和2合1的分支结构，副线的对称轴与主线的对称轴重合。

在耦合区域，主线上有2部分与副线发生耦合，这2部分的耦合能量在耦合区之外叠加；若主线和副线的对称轴产生偏离，则在耦合区域，主线上与副线对称轴接近的分支线上的耦合能量增强，主线上与副线对称轴远离的分支线上的耦合能量减弱；耦合的2路能量相加，在副线耦合端输出的能量，相比于主线和副线的对称轴完全重合的情况下，副线耦合端输出的能量，变化微小，抵消上下对称轴偏离的影响。

一款大功率L波段1：4串馈功分器，如图7所示，用于T/R组件内的功率分配与合成，串馈功分器为4等分功率输入/输出，如图所示，由3个耦合度分别为6dB、4.77dB、3dB的耦合器串联组成。

耦合器包括3块印制板、印制板的包边铜箔、上下2个金属固定板、金属螺钉、大功率接地电阻。

每个单独的耦合器都有一个信号耦合端口和隔离端口，为了实现耦合器的高方向性，隔离端口进行匹配，使电阻值与所连接端口处传输线的特性阻抗相同，由于系统内部各部分的阻抗不完全匹配，有较大功率的能量会到达各个电阻，选用耐功率值高的电阻，将电阻的散热面与金属底板紧密贴合，使热量迅速散发出去。

上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。