發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及定向耦合器，更具體地涉及高功率、低無(wú)源互調(diào)(pim)、低損耗、寬帶寬的定向耦合器。

發(fā)明背景

術(shù)語(yǔ)“定向耦合器”通常指的是四端口或三端口內(nèi)部端接的無(wú)源微波設(shè)備，其中主線路導(dǎo)體(也稱(chēng)為“直通線”)承載射頻(rf)功率。所述主線路導(dǎo)體緊鄰次級(jí)導(dǎo)體，并由rf信號(hào)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)耦合到所述次級(jí)導(dǎo)體。通過(guò)主線正向流動(dòng)的rf電流將引起耦合導(dǎo)體中反向流動(dòng)的rf電流，并且將僅出現(xiàn)在耦合端口中的一個(gè)端口(即，在主線上從左向右流動(dòng)的信號(hào)電流將引起耦合導(dǎo)體中從右向左流動(dòng)的信號(hào)電流，并且僅從左耦合輸出端出現(xiàn))。因此，在主線路上的正向和反向流動(dòng)的rf電流的耦合輸出將出現(xiàn)在不同的耦合輸出端。

例如，從美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6,066,994、6,573,807和6,600,307中，用于定向耦合器(包括單向和雙向耦合器)的許多不同設(shè)計(jì)在過(guò)去是已知的。然而，在這些參考文獻(xiàn)中公開(kāi)的定向耦合器具有許多缺點(diǎn)，尤其是在它們的設(shè)計(jì)和它們的可制造性方面。

美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903代表了在先前已知設(shè)計(jì)方面的顯著進(jìn)步，在設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單和制造相對(duì)便宜且容易的套件中提供了展現(xiàn)出相對(duì)高的功率、相對(duì)低的無(wú)源互調(diào)(pim)、相對(duì)低的損耗和相對(duì)寬的帶寬的直線定向耦合器。雖然美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903特別針對(duì)雙定向耦合器，但其教導(dǎo)將適用于單定向耦合器。

然而，雖然美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903確實(shí)是對(duì)其現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，但是其教導(dǎo)仍然具有顯著的缺點(diǎn)。例如，盡管與過(guò)去的設(shè)計(jì)相比，美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903中公開(kāi)的設(shè)計(jì)的頻率帶寬相對(duì)較寬，但是仍然導(dǎo)致了局限性。更具體地，在美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903中教導(dǎo)的階梯式構(gòu)型是由1/4波長(zhǎng)段或‘n段’的數(shù)量進(jìn)行頻率限制，并且對(duì)于大量段而言實(shí)現(xiàn)是不實(shí)際的。

因此，需要的是與已知設(shè)計(jì)相比，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單且制造相對(duì)便宜且容易的高功率、低無(wú)源互調(diào)(pim)、低損耗、寬帶寬的直線定向耦合器，同時(shí)還提供比現(xiàn)有的已知設(shè)計(jì)更寬的帶寬。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，漸縮式直線定向耦合器包括具有布置在其長(zhǎng)度相反端處的輸入端和輸出端的長(zhǎng)的殼體，所述殼體具有形成在其中的槽，所述槽在所述輸入端與所述輸出端之間延伸。所述槽的橫截面面積根據(jù)沿著所述殼體的長(zhǎng)度所截取的截面的位置來(lái)變化。定向耦合器還包括布置在所述槽內(nèi)并在所述殼體的輸入端和輸出端之間延伸的主導(dǎo)體，所述主導(dǎo)體與安裝在所述殼體的輸入端處的輸入端口連接器以及與安裝在所述殼體的輸出端處的輸出端口連接器電連通。所述主導(dǎo)體的橫截面面積根據(jù)沿著所述殼體的長(zhǎng)度所截取截面的位置而變化。另外，所述定向耦合器包括布置在所述槽內(nèi)且與所述主導(dǎo)體間隔開(kāi)的耦合導(dǎo)體，所述耦合導(dǎo)體是與安裝在所述殼體上與其輸入端相鄰的正向耦合端口連接器以及與安裝在所述殼體上與其輸出端相鄰的反向耦合端口連接器電連通并且在所述正向耦合端口連接器和所述反向耦合端口連接器之間延伸。所述耦合導(dǎo)體的橫截面面積根據(jù)沿著所述殼體的長(zhǎng)度所截取截面的位置而變化。

在一些實(shí)施例中，所述槽包括接收所述主導(dǎo)體且具有總體上圓形橫截面的下部分和接收所述耦合導(dǎo)體且具有總體上矩形橫截面的上部分。在這些實(shí)施例的某些實(shí)施例中，所述槽的下部分具有沿所述殼體的長(zhǎng)度的基本恒定的直徑。在某些實(shí)施例中，所述槽的上部分的寬度從與所述殼體的輸入端相鄰的較大寬度漸縮到與所述殼體的輸出端相鄰的較小寬度。在某些實(shí)施例中，槽的總深度沿著殼體的長(zhǎng)度總體上是恒定的。

在某些實(shí)施例中，所述主導(dǎo)體沿著所述殼體的長(zhǎng)度不論在何處截取的截面均具有總體上圓形的橫截面，并且所述主導(dǎo)體的直徑根據(jù)沿著所述殼體的長(zhǎng)度截取橫截面的位置而變化。在這些實(shí)施例的某些實(shí)施例中，所述主導(dǎo)體的直徑具有從所述殼體的長(zhǎng)度的中部的較大直徑朝向所述殼體的輸入端和所述殼體的輸出端的較小直徑的錐度。在某些實(shí)施例中，所述主導(dǎo)體的直徑在所述殼體的輸出端處比在所述殼體的輸入端處更大。在某些實(shí)施例中，所述主導(dǎo)體沿著所述殼體的長(zhǎng)度以基本上恒定的深度定位在所述槽內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，所述耦合導(dǎo)體沿著所述殼體的長(zhǎng)度無(wú)論在何處截取的截面均具有總體上矩形的橫截面。在這些實(shí)施例的某些實(shí)施例中，沿著所述殼體的長(zhǎng)度無(wú)論在何處截取截面，所述耦合導(dǎo)體的厚度基本上保持恒定。在某些實(shí)施例中，所述耦合導(dǎo)體的高度從與所述殼體的輸入端相鄰的較大高度漸縮到與所述殼體的輸出端相鄰的較小高度。在某些實(shí)施例中，與所述槽內(nèi)的所述主導(dǎo)體相對(duì)的所述耦合導(dǎo)體的邊緣的深度沿著所述殼體的長(zhǎng)度基本上保持恒定。

在某些實(shí)施例中，所述主導(dǎo)體和所述耦合導(dǎo)體各自包括實(shí)心的一件式棒。主導(dǎo)體的橫截面形狀在一些實(shí)施例中是圓形的，在一些實(shí)施例中是矩形的，并且在一些實(shí)施例中是另一種多邊形形狀。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，漸縮式直線定向耦合器包括具有在長(zhǎng)度上布置在相反端的輸入端和輸出端的長(zhǎng)的殼體，所述殼體具有形成在其中的槽，所述槽在所述輸入端與所述輸出端之間延伸，所述槽具有總體上圓形橫截面的下部分和總體上矩形橫截面的上部分。所述槽的上部分的寬度從與所述殼體的輸入端相鄰的較大寬度漸縮到與所述殼體的輸出端相鄰的較小寬度。所述耦合器還包括布置在槽的下部分中并在所述殼體的輸入端和輸出端之間延伸的主導(dǎo)體，所述主導(dǎo)體與安裝在所述殼體的輸入端處的輸入端口連接器以及與安裝在所述殼體的輸出端處的輸出端口連接器電連通，所述主導(dǎo)體沿著所述殼體的長(zhǎng)度不論在何處截取的截面均具有總體上圓形的橫截面。所述主導(dǎo)體的直徑具有從所述殼體的長(zhǎng)度的中部的較大直徑朝向所述殼體的輸入端和所述殼體的輸出端的較小直徑的錐度。另外，所述耦合器包括布置在所述槽的上部分中且與所述主導(dǎo)體間隔開(kāi)的耦合導(dǎo)體，所述耦合導(dǎo)體是與安裝在所述殼體上與其輸入端相鄰的正向耦合端口連接器以及與安裝在所述殼體上與其輸出端相鄰的反向耦合端口連接器電連通并且在所述正向耦合端口連接器和所述反向耦合端口連接器之間延伸，所述耦合導(dǎo)體沿著所述殼體的長(zhǎng)度不論在何處截取的橫截面均具有總體上矩形的橫截面。耦合導(dǎo)體的高度從與所述殼體的輸入端相鄰的較大高度漸縮到與所述殼體的輸出端相鄰的較小高度。

從以下參考附圖考慮的詳細(xì)描述中，本發(fā)明及其具體特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的定向耦合器的俯視圖；

圖2是沿圖1中的線a-a截取的定向耦合器的截面?zhèn)纫晥D；

圖3是圖1的定向耦合器的等軸分解圖；

圖4是結(jié)合表1展示了圖1的定向耦合器沿其長(zhǎng)度的各部件的尺寸的示意圖；并且

圖5a至圖5h是展示了圖1的定向耦合器的各部件的各替代橫截面的示意圖。

具體實(shí)施方式

首先參考圖1至圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的定向耦合器(10)。定向耦合器(10)包括殼體(12)，所述殼體具有使用多個(gè)緊固件(16)，例如螺釘、螺栓、鉚釘?shù)?，固定到所述殼體上的蓋(14)。定向耦合器(10)還包括主導(dǎo)體(18)以及也稱(chēng)為次級(jí)導(dǎo)體的耦合導(dǎo)體(20)。

主導(dǎo)體(18)布置在殼體(12)內(nèi)部的槽(22)內(nèi)，并且通過(guò)絕緣體支撐件相對(duì)于槽(22)的壁以間隔開(kāi)的安排被支撐，這些絕緣體支撐件形成輸入端口連接器(24)和輸出端口連接器(26)的一部分。輸入端口連接器(24)和輸出端口連接器(26)電連接至主導(dǎo)體(18)，并提供通過(guò)定向耦合器(10)的主功率流的路徑。輸入端口連接器(24)和輸出端口連接器(26)可以包括同軸連接器。由于用于在殼體的槽內(nèi)支撐主導(dǎo)體的各連接器和裝置在本領(lǐng)域中是眾所周知的，在此不提供示例性實(shí)施例在此方面的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

耦合導(dǎo)體(20)也布置在殼體(12)內(nèi)的槽(22)中，并且通過(guò)絕緣體支撐件相對(duì)于槽(22)的壁以及相對(duì)于主導(dǎo)體(18)以間隔開(kāi)的安排被支撐，這些絕緣體支撐件形成正向耦合端口連接器(28)和反向耦合端口連接器(30)的一部分。正向耦合端口連接器(28)和反向耦合端口連接器(30)電連接到耦合導(dǎo)體(20)，并提供用于測(cè)量通過(guò)定向耦合器(10)的采樣功率流的裝置。正向耦合端口連接器(28)和反向耦合端口連接器(30)可以包括同軸連接器。由于用于在殼體中的槽內(nèi)支撐耦合導(dǎo)體的各連接器和裝置在本領(lǐng)域中是眾所周知的，在此不提供示例性實(shí)施例在此方面的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

如本領(lǐng)域已知的，在正向(即，從輸入端口連接器(24)到輸出端口連接器(26))流過(guò)主導(dǎo)體(18)的少量功率將被耦合到耦合導(dǎo)體(20)，并且在正向耦合端口連接器(28)處可獲得。對(duì)應(yīng)地，在反向(即，從輸出端口連接器(26)到輸入端口連接器(24))流過(guò)主導(dǎo)體(18)的少量功率將被耦合到耦合導(dǎo)體(20)，并且在反向耦合端口連接器(30)處可獲得。

具體地，現(xiàn)在參考圖4和下面的表1，示出了定向耦合器(10)的各部件尺寸。應(yīng)當(dāng)理解，圖4是展示圖1的定向耦合器(10)沿其長(zhǎng)度的各部件的尺寸的示意圖。具體地，表1中的no.1表示與輸入端口連接器(24)側(cè)相鄰的各部件的尺寸，而表1中的no.41表示與輸出端口連接器(26)相鄰的各部件的尺寸。另外，應(yīng)該指出的是，雖然具有變化的尺寸的各部件是連續(xù)漸縮的，但實(shí)際上它們可以被建模制成具有有限數(shù)量的部分(如表1所示)。

表1--各部件的尺寸

如在圖4中可以看出，槽(22)被構(gòu)形成具有接收主導(dǎo)體(18)的總體上圓形橫截面的下部分以及接收耦合導(dǎo)體(20)的具有總體上矩形橫截面的上部分。槽(22)的下部圓形部分具有190.0密耳的基本上恒定的直徑(d0)，槽(22)的總深度(l)為總體上恒定的305密耳。槽(22)的上部矩形部分的寬度(b)具有從一端的159.95密耳到另一端的66密耳的基本恒定的錐度(見(jiàn)表4)。

再次參考圖4和表1，主導(dǎo)體(18)具有直徑(d1)，其直徑具有從一端的82.95密耳增加到與中心相鄰的84.40密耳的最大值然后在另一端回到83.5密耳的錐度。然而，主導(dǎo)體(18)以210.0密耳的基本上恒定的深度(g)定位在槽(22)的下部圓形部分內(nèi)。

還再次參考圖4和表1，當(dāng)沿著其長(zhǎng)度截取時(shí)，耦合導(dǎo)體(20)具有總體上矩形的橫截面。與槽(20)內(nèi)的耦合導(dǎo)體(20)的頂部的深度(也是20密耳)一樣，耦合導(dǎo)體(20)的厚度(t)保持基本上恒定在20密耳。然而，耦合導(dǎo)體(20)的高度(w)具有從一端的115.10密耳到另一端的43.75密耳的總體上恒定的錐度。

應(yīng)當(dāng)注意，表1具體針對(duì)具有正或負(fù)0.26db波動(dòng)的示例性20db高通耦合器。在表1中還示出了每個(gè)模型部分的耦合因子(k)(范圍從一端的-14.05db到另一端的-44.29db)，低頻截止(l/λ0)為0.278。應(yīng)當(dāng)理解，這些尺寸適用于一個(gè)示例性耦合器，并且均可以隨著不同的客戶(hù)要求而變化，例如耦合度、功率電平、插入損耗和頻率范圍。

殼體(12)和蓋(14)可以由鋁制成并且組合為約1.5平方英寸，而所有導(dǎo)體和連接器可以由黃銅制成。為防止氧化并提供良好的pim性能和低插入損耗，黃銅部件可以鍍銀，并且可以使用化學(xué)轉(zhuǎn)化鍍層來(lái)防止鋁殼體腐蝕。

現(xiàn)在參考下面的表2，提供了性能比較，其示出了與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比在上述兩個(gè)不同功率電平(50w和500w)下操作的本發(fā)明實(shí)施例的各性能指標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，這些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備是在500w下操作的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7,429,903(上文更詳細(xì)地討論過(guò))中描述的設(shè)備，以及在50w下操作的傳統(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)帶狀線設(shè)備。

表2-性能比較

在表1中可以看出，本發(fā)明提供了優(yōu)于美國(guó)專(zhuān)利no.7,429,903中描述的設(shè)備(在上文更詳細(xì)地討論過(guò))和傳統(tǒng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)帶狀線設(shè)備的益處。

現(xiàn)在參考圖5a至圖5h，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的發(fā)明方面可以與具有不同于上述具體示例性實(shí)施例的配置的定向耦合器一起使用。例如，殼體(12)中的主導(dǎo)體(18)和或槽(22)不需要各自具有圓形橫截面。此外，可以提供不止一個(gè)耦合導(dǎo)體(20)。例如，圖5a示出了具有總體上正方形橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上正方形的橫截面的槽和兩個(gè)耦合導(dǎo)體，而圖5b示出了具有總體上正方形橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上正方形的橫截面的槽和一個(gè)耦合導(dǎo)體。圖5c示出了具有部分扁平且部分成圓形的橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上圓形橫截面的槽和兩個(gè)耦合導(dǎo)體，而圖5d示出了具有部分扁平且部分成圓形的橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上圓形橫截面的槽和一個(gè)耦合導(dǎo)體。圖5e示出了具有總體上圓形橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上圓形橫截面的槽和兩個(gè)耦合導(dǎo)體，而圖5f示出了具有總體上圓形橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上圓形橫截面的槽和一個(gè)耦合導(dǎo)體(如同樣結(jié)合圖1至圖4所描述和所示的)。圖5g示出了具有橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中具有總體上正方形橫截面的槽和兩個(gè)耦合導(dǎo)體，而圖5h示出了具有總體上圓形橫截面的主導(dǎo)體、所述殼體中總體上圓形具有總體上正方形橫截面的槽和一個(gè)耦合導(dǎo)體。

在不脫離本發(fā)明的發(fā)明方面的情況下，其他構(gòu)形也是可能的。例如，盡管未示出，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，所述(多個(gè))耦合導(dǎo)體的橫截面形狀也可以變化。

雖然已經(jīng)參考部件、特征之類(lèi)的具體安排描述了本發(fā)明，但是這些并不旨在詳述所有可能的安排或特征，并且實(shí)際上對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以確定許多其他修改和變化。一些變型示例包括連接器類(lèi)型，以及在組件中的多個(gè)耦合器的組合。