專利名稱：定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，尤其涉及使用橫向電磁模(TEM)傳輸線來傳輸高頻信號的定向耦合器。
背景技術(shù)：
基本的定向耦合器是線性、無源的4端口網(wǎng)絡(luò)，包含2條平行的耦合傳輸線。第一傳輸線位于輸入端口和直接輸出端口之間，第二傳輸線位于耦合端口和隔離端口之間。施加在輸入端口的信號沿第一傳輸線傳輸，并在第二傳輸線上引起耦合信號。在所謂的反向波耦合器中，相對于在傳輸線上傳輸?shù)妮斎胄盘柖?，耦合信號在相反的方向上傳輸?br> 基本的TEM定向耦合器在Matthaei等所著的由McGraw Hill出版的“Microwave Filters，Impedance-Matching Networks，andCoupling Structures”教科書中的第13章有所描述。帶有寬邊耦合帶狀線的定向耦合器在S.Cohn，IRE MTT，1960年11月所著的“Characteristic Impedance of Broadside-Coupled StripTransmission Lines”一文中有所描述。帶有偏置的寬邊耦合線的定向耦合器在由J.P.Shelton，Jr.，IEEE MTT，所著的，發(fā)表在1966年1月，MTT第14卷第一期中的“Impedances of OffsetParallel-Coupled Strip transmission Lines”一文中有所描述。另一個(gè)已知的定向耦合器在US5,570,069中有所描述。這里通過引用所有這些文獻(xiàn)并入本發(fā)明。
帶有寬邊耦合帶狀線的定向耦合器中的耦合線之間的規(guī)定的空間關(guān)系必須足夠精確，以便得到需要的電氣響應(yīng)。在如此強(qiáng)的耦合線中，耦合線之間的間距相對于耦合線的寬度來說是非常小的，且其偏差必須保證在一個(gè)允許的最小值之下。同時(shí)，任何耦合線的金屬的或者非金屬的調(diào)整裝置都將影響耦合線周圍的電磁場，因此這些調(diào)整裝置自身成為性能下降的源頭。
本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)特征的并且能增加產(chǎn)品合格率的定向耦合器。

發(fā)明內(nèi)容
下面給出的這些以及其他目的通過這樣一種定向耦合器實(shí)現(xiàn)，該定向耦合器使用非金屬空間調(diào)整裝置，該空間調(diào)整裝置通過狹槽連接到一對寬邊耦合線的邊緣。這種空間調(diào)整裝置在相對于定向耦合線殼體的位置上是可調(diào)的，因此提供了可以對傳輸線之間的間距進(jìn)行連續(xù)微調(diào)，從而也調(diào)整了傳輸線之間的耦合。因此，不需要嚴(yán)格的制造容差，也可以得到耦合線之間需要的空間關(guān)系。
優(yōu)點(diǎn)因?yàn)橥ㄟ^本發(fā)明的調(diào)整方法，制造的容差可以得到彌補(bǔ)，因此能得到接近100％的產(chǎn)品成品率。


下面將參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中圖1示出了傳統(tǒng)的寬邊耦合帶狀線的剖面的示意視圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的帶有可調(diào)空間調(diào)整裝置的寬邊耦合帶狀線的剖面面，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的帶有可調(diào)空間調(diào)整裝置的寬邊耦合帶狀線的3維視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個(gè)傳統(tǒng)的定向耦合器，在普通的殼體H中有寬邊的耦合帶狀線S1和S2，帶狀線是平行的，在這相鄰的橫向電磁模(TEM)傳輸線的各自末端定義了4個(gè)電端口，這些端口與帶狀線不平行，每條帶狀線機(jī)械地支撐在，通常都是焊接在同軸的連接器上(沒有在圖1中示出)。輸入端口P1從外部的信號源(沒有在圖中示出)中接收輸入信號，信號沿傳輸線S1傳輸?shù)街苯虞敵龆丝赑2。耦合端口P3沿傳輸線S2發(fā)射在相反的方向引起的耦合信號。(假設(shè)耦合器是理想的，沒有損耗的)從直接輸出端口P2發(fā)射出的信號的功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谳斎攵丝赑1接收到的信號的功率減去耦合端口P3發(fā)射出的耦合信號的功率。隔離端口P4位于傳輸線S2的耦合端口p3的相對一端，它并不發(fā)射任何信號。因?yàn)槊總€(gè)輸出端口處阻抗的不匹配，在隔離端口P4處出現(xiàn)反射的能量。此隔離端口P4通常被耦合器的特征匹配阻抗終止，該特征匹配阻抗通常是50歐姆。
這樣的耦合器裝置適合于定向耦合、信號合并或者功率分離。
像這種線之間的耦合很強(qiáng)的寬邊耦合帶狀線中，線與線之間的間距相對于線寬來說是相當(dāng)小的。
在空間(air volume)中使用耦合線的無源微波結(jié)構(gòu)要求其中的耦合線具有規(guī)定的空間關(guān)系，例如，帶有偏置的寬邊耦合帶狀線的定向耦合器必須足夠精確，以得到需要的電氣響應(yīng)。在強(qiáng)耦合的帶狀線中，帶狀線之間的間距相對于帶狀線的寬度來說是很小的，且不能允許出現(xiàn)偏差。同時(shí)，任何耦合線的金屬的或者非金屬的調(diào)整裝置都將影響耦合線周圍的電磁場，因此這些調(diào)整裝置自身成為性能下降的源頭。
眾所周知，非金屬的空間調(diào)整裝置適合提供耦合線之間的精確間距，然而，這樣的空間調(diào)整裝置通常造成本地的電氣不連續(xù)性，并導(dǎo)致傳輸線偶模和奇模阻抗錯誤。在另一方面，這些阻抗決定了線與線之間的耦合系數(shù)k，因?yàn)閗=Z0even-Z0oddZ0even+Z0odd]]>這里提出的解決方法是根據(jù)非入侵方式在外部對帶狀線進(jìn)行微調(diào)的裝置。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的定向耦合器的第一實(shí)施方式。它有第一和第二傳輸線S1，S2，這兩條傳輸線被安置在耦合器的殼體1和殼體2中并基本相互平行。每一條傳輸線s1，s2都被固定在相應(yīng)的非金屬空間調(diào)整裝置3上，此空間調(diào)整裝置被安置在殼體的相應(yīng)的孔中。定位螺絲(set screw)5允許調(diào)整每條傳輸線在殼體中的垂直位置，因此也就調(diào)整了兩條線之間的間距。該空間調(diào)整裝置通過狹槽安置在帶狀線的邊緣。然而，也可以采用其他的安置方法。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的帶有偏置的寬邊帶狀線S1和S2的定向耦合器的內(nèi)部細(xì)節(jié)，所述帶狀線S1和S2位于一個(gè)公共的殼體2中。像前面那個(gè)實(shí)施方式一樣，每條傳輸線S1、S2被固定在相應(yīng)的非金屬空間調(diào)整裝置3上，此空間調(diào)整裝置被保持在殼體1的相應(yīng)的孔中。定位螺絲5允許調(diào)整每條傳輸線在殼體1中的垂直位置，因此也就調(diào)整了兩條傳輸線之間的間距s。在圖中并沒有顯示端口部分，它與耦合和傳輸無關(guān)，這些部分不是本發(fā)明的內(nèi)容。傳輸部分也應(yīng)當(dāng)給帶狀線提供更多的機(jī)械支撐。
為了便于制造，通常都是要求平行的，因此，特別是在具有沿著傳輸線耦合發(fā)生變化的寬帶耦合器中，當(dāng)傳輸線之間的間距s為常數(shù)時(shí)，耦合量的大小由傳輸線與傳輸線之間重疊部分的多少決定(見圖3)。在上述的耦合線的結(jié)構(gòu)中，最關(guān)鍵的尺寸是兩條線之間的間距s。此間距的微小變動直接導(dǎo)致傳輸線奇模阻抗發(fā)生很大的變化，從而也影響到耦合系數(shù)k。帶狀線相對于作為殼體1的一部分的頂部和底部地平面的位置的變化主要影響偶模阻抗，因此也影響了耦合，但對帶狀線的端口VSWR(電壓駐波比)的影響更大。同時(shí)，制造容差也經(jīng)常導(dǎo)致一定量的標(biāo)稱空間關(guān)系的畸變。因此，本發(fā)明也認(rèn)為需要用于調(diào)整帶狀線垂直位置的裝置，這對于需要在給定的頻段維持特定的耦合系數(shù)值的耦合器特別重要。
本發(fā)明提供了這種垂直帶狀線調(diào)整方法。非金屬的空間調(diào)整裝置3通過水平的狹槽固定在帶狀線S1、S2上，并由耦合器的殼體1的頂部和底部的孔來支撐。這些孔部分或全部打上螺紋，通過調(diào)整空間調(diào)整裝置的垂直位置從而實(shí)現(xiàn)了對帶狀線的垂直位置進(jìn)行調(diào)整。而對空間調(diào)整裝置的垂直位置的調(diào)整是通過外部的定位螺絲5來完成的，不需要深入耦合器內(nèi)部。通過調(diào)整這兩個(gè)空間調(diào)整裝置，帶狀線與帶狀線之間的關(guān)鍵間距s以及帶狀線的垂直位置可以被精確的設(shè)定，在測量了設(shè)備的電氣性能后，可以很容易、很迅速地將性能調(diào)整到最佳。此空間調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)將本地的電氣不連續(xù)性減小到最低，因此最低程度地干擾了耦合和阻抗。不像使用標(biāo)準(zhǔn)的空間調(diào)整裝置方法會導(dǎo)致較大的不連續(xù)性，為了減小對耦合的影響，由該空間調(diào)整裝置引起的較小的不連續(xù)性可以通過已知的技術(shù)來進(jìn)行補(bǔ)償，也就是在與空間調(diào)整裝置相鄰的那一側(cè)對帶狀線作較小的裁減。
空間調(diào)整裝置5可以使用陶瓷材料或者塑料例如聚酰胺來制作。本發(fā)明適用于所有在殼體中使用耦合傳輸線的設(shè)備。本發(fā)明適用于帶偏置的寬邊耦合線，以及不帶偏置的帶狀線。
通過以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的基本原理的情況下，可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行不同的改變和改進(jìn)。例如，在上述的實(shí)施方式中，僅僅在垂直方向上可以對空間調(diào)整裝置實(shí)行調(diào)整。在另外一種實(shí)施方式中，在角度上可以對空間調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種定向耦合器，包括安置在殼體中的一對傳輸線，在所述傳輸線之間有間距，其中所述傳輸線的至少一條被固定在非金屬的空間調(diào)整裝置上，所述空間調(diào)整裝置可調(diào)節(jié)地保持在所述殼體的一對應(yīng)孔中，其中所述傳輸線是平行的，其中所述空間調(diào)整裝置相對于所述殼體可以沿著垂直于所述傳輸線的軸移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的定向耦合器，還包括至少一個(gè)定位螺絲，所述定位螺絲用于調(diào)整相應(yīng)的空間調(diào)整裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的定向耦合器，其中空間調(diào)整裝置通過所述空間調(diào)整裝置上的狹槽將其固定在它的傳輸線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的定向耦合器，還包括第二空間調(diào)整裝置，所述第二空間調(diào)整裝置固定在所述兩條傳輸線的第二傳輸線上，并可調(diào)節(jié)地保持在所述殼體的相應(yīng)第二孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的定向耦合器，還包括第二空間調(diào)整裝置，所述第二空間調(diào)整裝置固定在所述兩條傳輸線的第二傳輸線上，并可調(diào)節(jié)地保持在所述殼體的相應(yīng)第二孔中，其中所述第一和第二空間調(diào)整裝置可以相對于殼體的頂部和底部內(nèi)地平面調(diào)整兩條傳輸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的定向耦合器，其中所述第一和第二條傳輸線是TEM傳輸媒質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定向耦合器，其使用在一對傳輸線邊緣處的非金屬的帶狹槽的空間調(diào)整裝置。該空間調(diào)整裝置在垂直方向上的位置是可調(diào)整的，從而提供了連續(xù)的耦合微調(diào)。因此耦合線之間的空間關(guān)系也是可調(diào)的，所述調(diào)整并不依賴于制造上的嚴(yán)格容差要求。
文檔編號H01P5/16GK1581571SQ20041005469
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者迪特爾·佩爾茲 申請人:阿爾卡特公司