阅读说明：本技术 兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构 (Ultra-wideband coupler structure with high-low frequency performance ) 是由 陈铭 周文博 陈勇 姚武伟 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构,耦合器结构包括第一层磁环、第二层磁环和射频同轴线,所述的第一层磁环环绕在射频同轴线外,所述的第二层磁环套在第一层磁环外部,所述的第一层磁环的外径小于第二层磁环的内径；所述的第一层磁环为镍锌磁环,所述的第二层磁环为锰锌磁环。采用了本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构,在更宽的频率范围内均有较好的方向性指标,在超低频率高高频段指标有显著改善提高。本发明的优点之二是同一尺寸的耦合器,基于本发明的双层磁环结构,在不改变现有的耦合器外形结构尺寸的前提下,可以同时显著改善耦合器的高低频方向性指标,拓宽耦合器的工作频率范围。(The invention relates to an ultra-wideband coupler structure giving consideration to high and low frequency performance, which comprises a first layer of magnetic ring, a second layer of magnetic ring and a radio frequency coaxial line, wherein the first layer of magnetic ring surrounds the radio frequency coaxial line; the first layer of magnetic ring is a nickel-zinc magnetic ring, and the second layer of magnetic ring is a manganese-zinc magnetic ring. By adopting the ultra-wideband coupler structure with high and low frequency performance, the invention has better directivity indexes in a wider frequency range, and obviously improves the indexes in ultra-low frequency, high frequency and high frequency band. The coupler with the same size has the second advantage that based on the double-layer magnetic ring structure, the high-frequency and low-frequency directivity indexes of the coupler can be obviously improved and the working frequency range of the coupler can be widened on the premise of not changing the appearance structure size of the existing coupler.)

兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构

技术领域

本发明涉及通信测试仪器仪表技术领域，尤其涉及矢量网络分析仪领域，具体是指一种兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构。

背景技术

定向耦合器广泛应用于通信测试仪器仪表的射频前端，诸如天馈线分析仪、矢量网络分析仪等。其中，对于矢量网络分析仪，不论是国外产品，还是国内产品，我们都能在其射频前端看到耦合器的身影。耦合器是一个非常重要的射频部件，其工作频率，性能好坏将直接影响到整个射频仪器仪表的性能好坏及市场竞争力。

矢量网络分析仪作为一款通用的测试仪器，其应用范围非常广泛，适用于各种无源器件和有源器件的指标测试。为了覆盖更多的产品测试，为了满足更多的市场需求，对于矢量网络分析仪的指标要求越来越高，比如，矢量网络分析仪的频率范围越来越宽，不仅需要向高频段扩展，还需要向低频段扩展。其中，耦合器能工作的频率范围及在该频率下的技术指标直接决定了整机的性能指标。矢量网络分析仪的耦合器主要技术指标有工作频率范围，耦合度，方向性，驻波等。

目前，矢量网络分析仪比较常用的耦合器结构图如图1所示，在射频同轴线上串上磁环，可以拓宽耦合器的工作频率范围，改善方向性指标。磁环又分为锰锌磁环和镍锌磁环，锰锌磁环可以改善耦合器的低频方向性指标，而驻波耦合度不受影响，可以使耦合器工作频率更低；镍锌磁环可以改善耦合器的高频方向性指标，而驻波耦合度不受影响，可以使耦合器工作频率更高。

图1中，标注1为镍锌磁环，标注2为锰锌磁环，标注3为射频同轴线。为了兼顾高低频整个工作频带，通常做法是将锰锌磁环和镍锌磁环串在一根射频同轴线上一起使用。受限于耦合器尺寸限制，一根射频同轴线上能串的磁环数量有限，将影响耦合器的高低频方向性指标。此结构设计的耦合器，最低频率大于300kHz，在低于300kHz时方向性指标急剧恶化。比如，我们在图1所示特定耦合器尺寸下，使用1颗锰锌磁环，3颗镍锌磁环，基本可以满足300kHz～6GHz的工作频率范围。但对于300kHz以下的频段和6GHz以上的频段，比如100kHz～300kHz频段的方向性指标和6GHz～9GHz的方向性指标就会很差，采用此结构的耦合器不能工作在100kHz～300kHz和6GHz～9GHz，如果在耦合器上串上更多的锰锌磁环和镍锌磁环以改善高低频指标，图1所示耦合器结构受限于尺寸限制，会导致结构尺寸过大不能实现此指标要求。

本发明专利创新性的采用多种材料不同直径的磁环，采用多层磁环套接的方式，在不改变原有耦合器外形尺寸的前提下，显著提高了超低频率耦合器方向性指标问题，设计的耦合器能够工作到更低频段，同时保证更高频段的指标达到要求，以覆盖更多的市场需求。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足性能好、改善效果明显、适用范围较为广泛的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构。

为了实现上述目的，本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构如下：

该兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构，其主要特点是，所述的耦合器结构包括第一层磁环、第二层磁环和射频同轴线，所述的第一层磁环环绕在射频同轴线外，所述的第二层磁环套在第一层磁环外部，所述的第一层磁环的外径小于第二层磁环的内径；所述的第一层磁环为镍锌磁环，所述的第二层磁环为锰锌磁环。

较佳地，所述的第一层磁环的镍锌磁环的数量大于等于1。

较佳地，所述的第二层磁环的锰锌磁环的数量大于等于1。

较佳地，所述的第二层磁环的内径大于第一层磁环的外径1mm。

较佳地，所述的第二层磁环还环绕一层磁环。

较佳地，所述的第二层磁环的上表面覆盖一层半圆形磁环。

采用了本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构，在更宽的频率范围内均有较好的方向性指标，在超低频率高高频段指标有显著改善提高。本发明的优点之二是同一尺寸的耦合器，基于本发明的双层磁环结构，在不改变现有的耦合器外形结构尺寸的前提下，可以同时显著改善耦合器的高低频方向性指标，拓宽耦合器的工作频率范围。

附图说明

图1为现有技术的耦合器磁环结构示意图。

图2为现有技术的耦合器方向性测试图。

图3为本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构的双层磁环结构耦合器示意图。

图4为本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构的磁环外形图。

图5为本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构的双层磁环结构耦合器方向性测试图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构，其中包括第一层磁环、第二层磁环和射频同轴线，所述的第一层磁环环绕在射频同轴线外，所述的第二层磁环套在第一层磁环外部，所述的第一层磁环的外径小于第二层磁环的内径；所述的第一层磁环为镍锌磁环，所述的第二层磁环为锰锌磁环。

作为本发明的优选实施方式，所述的第一层磁环的镍锌磁环的数量大于等于1。

作为本发明的优选实施方式，所述的第二层磁环的锰锌磁环的数量大于等于1。

作为本发明的优选实施方式，所述的第二层磁环的内径大于第一层磁环的外径1mm。

作为本发明的优选实施方式，所述的第二层磁环还环绕一层磁环。

作为本发明的优选实施方式，所述的第二层磁环的上表面覆盖一层半圆形磁环。

本发明的具体实施方式中，本发明涉及通信测试仪器仪表技术领域，尤其涉及矢量网络分析仪的耦合器模块，具体涉及射频前端的一种超宽频带耦合器结构。

本发明内容为多层磁环耦合器，我们将原耦合器上的锰锌磁环和镍锌磁环称为第一层磁环，将本发明新增加的磁环成为第二层磁环，第二层磁环套在第一层磁环上使用，形成双层磁环，如图3所示。其中标注1、标注2为第一层磁环，为镍锌磁环，标注3为射频同轴线，标注4为第二层磁环，为锰锌磁环。

本发明的实现方式为采用2种磁环，一种为镍锌磁环，另一种为锰锌磁环，锰锌磁环磁导率需10000以上。其要求为镍锌磁环1为小尺寸磁环，锰锌磁环2为大尺寸磁环，镍锌磁环1的外径D1小于锰锌磁环2的内径D2，这样，锰锌磁环2可以套在镍锌磁环1的外面，如图4。为了便于锰锌磁环2的固定，一般选择锰锌磁环2的内径D2大于锰锌磁环1的外径D1约1mm。

本发明在不改变图1所示耦合器的外形尺寸基础上，将原耦合器射频同轴线上串的锰锌磁环和镍锌磁环全部更换为镍锌磁环，通过增加镍锌磁环的数量改善耦合器高频指标。在镍锌磁环上叠套数个更大尺寸的锰锌磁环，通过增加锰锌磁环的数量，使锰锌磁环的磁导率叠加增强，从而可以改善更低频率处的方向性指标。通过本发明的耦合器结构，可以使整个耦合器的有效工作频率同时向超低频端和高频端双向扩展，并能同时保证耦合器的高低频指标，使耦合器能够工作到更宽的工作频率，解决了宽频带耦合器超低频指标差的技术难题。

本发明对于2种磁环的高度不作具体要求，只需满足在该耦合器尺寸下能尽量多安装镍锌磁环和锰锌磁环个数，在不浪费空间的情况下最大限度改善耦合器高低频指标，扩展工作频率范围。

如果需要更好的超低频方向性指标，还可以在第二层磁环上再套一层磁环，或者在第二层上表面盖一层半圆形磁环，超低频指标改善效果更加明显。

本发明的具体实施例中，耦合器射频同轴线上只有一层磁环，即第一层锰锌磁环和镍锌磁环，测试曲线见附图2。耦合器同轴线上有2层磁环，第一层为镍锌磁环，第二层为锰锌磁环，测试曲线见附图5。耦合器同轴线上有2层磁环，第一层为镍锌磁环，第二层为锰锌磁环，此锰锌磁环型号和尺寸不同于上述锰锌磁环，测试曲线见附图5。

结合附图1和附图3，本发明的优点之一是并未改变耦合器的尺寸大小。结合附图2和附图5，单层磁环的耦合器，在100kHz处方向性指标为6.4，在300kHz处方向性指标为9.07，在9GHz出方向性指标为11.73。基于本发明的双层磁环耦合器，在100kHz处方向性指标为8.7，在300kHz处方向性指标为18.09，在9GHz处方向性指标为31.21。基于本发明的双层耦合器方向性指标较单层磁环耦合器有了显著改善。结合附图2和附图5，在300kHz～6GHz的频率范围内，基于本发明的双层磁环耦合器的方向性指标在4.5GHz处为25.3，虽然较单层磁环较少了5dB，但是指标依然满足设计要求。

采用了本发明的兼顾高低频性能的超宽带耦合器结构，在更宽的频率范围内均有较好的方向性指标，在超低频率高高频段指标有显著改善提高。本发明的优点之二是同一尺寸的耦合器，基于本发明的双层磁环结构，在不改变现有的耦合器外形结构尺寸的前提下，可以同时显著改善耦合器的高低频方向性指标，拓宽耦合器的工作频率范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。