CN218849756U - 一种110GHz超宽带定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种110GHz超宽带定向耦合器，其能够有效地避免了多级耦合线间的不连续性，使得超宽带定向耦合器的工作频率上限高达110GHz，该定向耦合器包括印制板和防泄漏吸收块，印制板的顶层设置有呈倒立U型的正面铜箔，正面铜箔的开口端位于印制板的底部；印制板的底层设置有呈线形的反面铜箔，反面铜箔延伸到印制板的左右侧，正面铜箔和反面铜箔组合在一起的形状呈顺时针转动90°的类K字形；正面铜箔和反面铜箔的夹角位置设置有正反面铜箔，正反面铜箔设置有圆形通孔；正面铜箔区域内设置有边角圆滑的第一条形通孔；反面铜箔的上部设置有边角圆滑的第二条形通孔；防泄漏吸收快设置于第一条形通孔和第二条形通孔内。

Description

一种110GHz超宽带定向耦合器

技术领域

本实用新型涉及定向耦合器领域，具体而言，涉及一种110GHz超宽带定向耦合器。

背景技术

定向耦合器作为一种具有方向性的功率耦合器件，其在功率监视系统、测量系统以及功率分配和合成等系统中有着广泛的应用。近些年来，随着通讯网络的不断演进，军用和民用使用的频段向毫米波高端扩展的趋势越来越明显，这对与定向耦合器的的带宽等性能提出了更高的要求。

超宽带定向耦合器的实现结构方式很多，最常见的是同轴线和带状线结构。同轴线超宽带定向耦合器的主路采用圆腔圆杆，耦合支路采用方腔方杆。其中方腔方杆分别为渐变方槽和渐变方杆，主要用于20GHz以下的大功率微波信号的监测，其耦合度很弱介于20-40dB之间。带状线超宽带定向耦合器通常采用高通型偏置耦合带状线技术，利用多级偏置平行耦合带状线(单级耦合器的长度必须小于最高工作频率的四分之一传输波长)，来扩展耦合器带宽。

国内厂家的超宽带定向耦合器主要采用多级(级数在40以上)偏置平行耦合带状线级联的方式实现。由于各级耦合线之间存在不连续性，会导致超宽带定向耦合器的高频性能恶化，设计师通常采用在偏置平行耦合线的外边缘添加锯齿线，以改善超宽带定向耦合器的高频性能。市面上只有少量的频率高达50GHz和67GHz超宽带定向耦合器产品，现有定向耦合器至少存在如下缺陷：

1)由于锯齿的形状和数量，各种超宽带定向耦合器都不一样，设计和加工难度极大。另外锯齿带来的不连续性将产生高次模，并在110GHz工作频带内引起谐振，恶化产品性能；

2)工作频率的提升，单级耦合带状线的长度越短，相应的级数越多，设计难度越大；

3)现有超宽带定向耦合器电路中的直角倒角对产品性能指标的影响，很难通过锯齿结构在110GHz工作频带内消除；

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种110GHz超宽带定向耦合器，其能够采用连续光滑偏置渐变平行耦合带状线结构形式，有效地避免了多级耦合线间的不连续性，使得超宽带定向耦合器的工作频率上限高达110GHz；相比于同类产品，进一步扩展了工作频带宽度，填补了国内空白。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种110GHz超宽带定向耦合器，该定向耦合器包括印制板和防泄漏吸收块，印制板的顶层设置有呈倒立U型的正面铜箔，正面铜箔的开口端位于印制板的底部；印制板的底层设置有呈线形的反面铜箔，反面铜箔延伸到印制板的左右侧，正面铜箔和反面铜箔组合在一起的形状呈顺时针转动90°的类K字形；正面铜箔和反面铜箔的夹角位置设置有正反面铜箔，正反面铜箔设置有圆形通孔；正面铜箔区域内设置有边角圆滑的第一条形通孔；反面铜箔的上部设置有边角圆滑的第二条形通孔；防泄漏吸收快设置于第一条形通孔和第二条形通孔内。

在本实用新型的较佳实施例中，上述定向耦合器还包括耦合器腔体和设置在耦合器腔体内的下衬板，耦合器腔体内设置有与正面铜箔和反面铜箔组合形状匹配的第一浅槽；与第一条形通孔形状匹配的第二条形槽；与第二条形通孔形状匹配的第三条形槽；与圆形通孔位置匹配的圆柱销钉；下衬板装配于第一浅槽内。

在本实用新型的较佳实施例中，上述定向耦合器还包括盖板和设置在盖板内的上衬板，盖板与耦合器腔体的表面形状相同，设置有与第一浅槽匹配的第二浅槽、与第二条形槽匹配的第四条形槽、与第三条形槽匹配的第五条形槽以及用于装配圆柱销钉的圆形槽；上衬板装配于第二浅槽内，圆柱销钉穿过圆形通孔插入到圆形槽内。

在本实用新型的较佳实施例中，上述定向耦合器还包括连接器，连接器设置于正面铜箔和反面铜箔的端口处，连接器和铜箔端口之间通过插针连接。

在本实用新型的较佳实施例中，上述定向耦合器还包括盖板螺钉，盖板螺钉从盖板顶部设置的通孔经第一条形通孔/第二条形通孔进入到第二条形槽/第三条形槽内设置的紧固槽紧固。

在本实用新型的较佳实施例中，上述定向耦合器还包括连接器螺钉，连接器螺钉依次穿过连接器上的连接孔，分别插入到盖板/耦合器腔体侧面上的紧固槽紧固。

本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型中的定向耦合器对带状线结构和组合进行改进，进一步减少了印制线形状上的突变，提高了产品的最高工作频率，采用了连续光滑偏置渐变平行耦合带状线结构形式，有效地避免了多级耦合线间的不连续性，提高了超宽带定向耦合器的工作频率上限；增加了防泄漏的吸收材料，提高了产品的最高工作频率，将工作频率从50GHz提升到110GHz。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的超宽带定向耦合器结构示意图；

图2为本实用新型实施例印制板从顶层透视的正反面重叠结构示意图；

图3为本实用新型实施例的耦合器腔体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例110GHz超宽带带线耦合器耦合度和隔离度仿真结果；

图标：耦合器腔体1、下衬板2、印制板3、上衬板4、盖板5、盖板螺钉6、连接器7、插针8、吸收材料9、正面铜箔301、反面铜箔302、正反面铜箔303、第一条形通孔304、第二条形通孔305、第一浅槽101、第二条形槽102、第三条形槽103、紧固槽104、圆柱销钉105、连接器螺钉701。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

请参见图1，本实施例提供一种110GHz超宽带定向耦合器，该定向耦合器包括从下至上依次设置的耦合器腔体1、下衬板2、印制板3、上衬板4和盖板5，耦合器腔体1到盖板5之间通过盖板螺钉6紧固，耦合器腔体1和盖板5组成的耦合器壳体侧壁还设置有4个连接器7，连接器7和印制板3通过插针8连接。

以6-110GHz 20dB超宽带定向耦合器为例，印制板3采用软基材微波印制板作为带状线的填充材料。具体的，印制板采用0.127mm厚的罗杰斯5880板材，衬板为0.254mm厚的罗杰斯5880板材，相对介电常数为2.2。

具体的，印制板3的顶层设置有呈倒立U型的正面铜箔301，正面铜箔301的开口端位于印制板3的底部。正面铜箔301的顶部为向下倾斜的斜边，正面铜箔301的开口端为垂直段，垂直段和斜边之间弧形过渡连接。

印制板3的底层设置有呈线形的反面铜箔302，反面铜箔302延伸到印制板3的左右侧，左右侧为水平段，反面铜箔302的中部设有下沉段，下沉段和水平段之间弧形过渡连接。

正面铜箔301和反面铜箔302组合在一起的形状呈顺时针转动90°的类K字形。在正面铜箔301和反面铜箔302的夹角位置设置有正反面铜箔303，正反面铜箔303设置在印制板3的顶层和底层，正反面铜箔303设置有圆形通孔，用于印制板3装配定位。正反面铜箔的优势在于减少了单面铜箔上耦合传输线间的多余空气缝隙(因铜箔有一定的厚度)，其对耦合器产品的高频性能有较大的影响；此外可以实现较强耦合度的产品，而单面铜箔只能实现较弱耦合度的产品。

从图2中可看出，110GHz超宽带定向耦合器采用了连续光滑偏置渐变平行耦合带状线结构形式，有效地避免了多级耦合线间的不连续性，提高了超宽带定向耦合器的工作频率上限。

在正面铜箔301区域内设置有边角圆滑的第一条形通孔304；反面铜箔302的上部设置有边角圆滑的第二条形通孔305，第一条形通孔304和第二条形通孔305均用于装配防泄漏的吸收材料9，提高了产品的最高工作频率。具体的，本实施例中的防泄漏的吸收材料9是一种坚硬的掺有磁粉的环氧树脂块。

设置在印制板3上下表面的上衬板4和下衬板2，上衬板4和下衬板2的形状相同，其形状与正面铜箔301和反面铜箔302组合形状相匹配。

请参见图3，耦合器腔体1为长方体，在其上表面铣有与下衬板2形状匹配的第一浅槽101，将下衬板2装配于第一浅槽101内，屏蔽电磁信号的泄露。

耦合器腔体1还设置有与第一条形通孔304形状匹配的第二条形槽102，与第二条形通孔305形状匹配的第三条形槽103，且第二条形槽102和第三条形槽103内还设置有用于连接盖板螺钉6的紧固槽104，用于放置毫米波吸收材料9，防止电磁信号的泄露。

耦合器腔体1还设置有与圆形通孔位置匹配的圆柱销钉105，用于定位印制板3和盖板5，对应的印制板3和盖板5上有销钉孔位。

盖板5与耦合器腔体1的表面形状相同，设置有与第一浅槽101匹配的第二浅槽、与第二条形槽102匹配的第四条形槽、与第三条形槽103匹配的第五条形槽以及用于装配圆柱销钉105的圆形槽；上衬板4装配于第二浅槽内，圆柱销钉105穿过圆形通孔插入到圆形槽内。

定向耦合器还包括连接器7，连接器7设置于正面铜箔301和反面铜箔302的端口处，连接器7和铜箔端口之间通过插针8连接。

定向耦合器还包括盖板螺钉6，盖板螺钉6从盖板5顶部设置的通孔经第一条形通孔304/第二条形通孔305进入到第二条形槽102/第三条形槽103内设置的紧固槽紧固。

定向耦合器还包括连接器螺钉701，连接器螺钉701依次穿过连接器7上的连接孔，分别插入到盖板5/耦合器腔体1侧面上的紧固槽紧固。

110GHz超宽带带线耦合器耦合度和隔离度仿真结果，请参见图4。

定向耦合器的装配方式如下：

首先分别将下衬板2装入到耦合器腔体1的第一浅槽101中，上衬板4装入到盖板5的第二浅槽中；平插针8已预先装入到连接器7对应插孔内，接着用连接器螺钉701将连接器7预紧在耦合器腔体1上，再将印制板3沿销钉孔准确放置在耦合器腔体1上；并适当调整平插针8在印制板3正反面的位置，确保平插针8与对应端口的印制线相连接；在耦合器腔体1的衬板两侧的第二、第三条形槽103内放置毫米波吸收材料9，注意要避开螺钉孔位；最后将盖板5沿销钉孔准确放置在印制板3上，并用盖板螺钉6紧固，再用连接器螺钉701将连接器7紧固在盖板5和耦合器腔体1上。

按照上述技术方案，采用连续光滑偏置渐变平行耦合带状线结构形式，有效地避免了多级耦合线间的不连续性，使得超宽带定向耦合器的工作频率上限高达110GHz；相比于国外同类产品，进一步扩展了工作频带宽度，填补了国内空白。

本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本实用新型的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本实用新型的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器包括：印制板，所述印制板的顶层设置有呈倒立U型的正面铜箔，所述正面铜箔的开口端位于所述印制板的底部；所述印制板的底层设置有呈线形的反面铜箔，所述反面铜箔延伸到所述印制板的左右侧，所述正面铜箔和所述反面铜箔组合在一起的形状呈顺时针转动90°的类K字形；所述正面铜箔和所述反面铜箔的夹角位置设置有正反面铜箔，所述正反面铜箔设置有圆形通孔；所述正面铜箔区域内设置有边角圆滑的第一条形通孔；所述反面铜箔的上部设置有边角圆滑的第二条形通孔；

防泄漏吸收块，所述防泄漏吸收快设置于所述第一条形通孔和所述第二条形通孔内。

2.根据权利要求1所述的110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器还包括：

耦合器腔体，所述耦合器腔体内设置有与所述正面铜箔和反面铜箔组合形状匹配的第一浅槽；与所述第一条形通孔形状匹配的第二条形槽；与所述第二条形通孔形状匹配的第三条形槽；与所述圆形通孔位置匹配的圆柱销钉；

下衬板，所述下衬板装配于所述第一浅槽内。

3.根据权利要求2所述的110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器还包括：

盖板，与所述耦合器腔体的表面形状相同，设置有与所述第一浅槽匹配的第二浅槽、与所述第二条形槽匹配的第四条形槽、与所述第三条形槽匹配的第五条形槽以及用于装配所述圆柱销钉的圆形槽；

上衬板，装配于所述第二浅槽内，所述圆柱销钉穿过所述圆形通孔插入到所述圆形槽内。

4.根据权利要求1所述的110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器还包括连接器，所述连接器设置于所述正面铜箔和反面铜箔的端口处，所述连接器和铜箔端口之间通过插针连接。

5.根据权利要求2所述的110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器还包括盖板螺钉，所述盖板螺钉从所述盖板顶部设置的通孔经第一条形通孔/第二条形通孔进入到所述第二条形槽/第三条形槽内设置的紧固槽紧固。

6.根据权利要求1所述的110GHz超宽带定向耦合器，其特征在于，所述定向耦合器还包括连接器螺钉，所述连接器螺钉依次穿过所述连接器上的连接孔，分别插入到盖板/耦合器腔体侧面上的紧固槽紧固。

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