CN115732883A - 一种无源超宽带和差器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源超宽带和差器，包括90°移相器和90°定向耦合器，90°移相器的参考通道的输出端与90°定向耦合器的输入端连接，90°移相器的移相通道的输出端与90°定向耦合器的隔离端连接，90°移相器的移相通道的输入端和参考通道的输入端构成第一输入端和第二输入端，90°定向耦合器的耦合端和直通端构成第一输出端和第二输出端，响应于第一输入端和第二输入端的输入信号为同相信号，第一输出端的输出信号的相幅为第一输入端和第二输入端的输入信号的相幅之和，第二输出端的输出信号的相幅为第一输入端和第二输入端的输入信号的相幅之差。本发明的目的是提供一种体积较小、频带较宽的平面电路和差器。

Description

一种无源超宽带和差器

技术领域

本发明涉及无源器件领域，尤其涉及一种无源超宽带和差器。

背景技术

在雷达中，和差网络起着至关重要的作用：雷达信号发射时，来自发射机的发射信号由和差网络分配到四象限馈电网络，完成对T/R组件的激励推动；雷达处于接收状态时，接收信号经象限馈电网络合成后，送到和差网络，并由和差网络形成和波速、方位差波速和俯仰差波速后送到接收机或者射频网络中。

和差器是和差网络中的关键部件，其功能是把来自天线的回波信号合成为“和路”信号（Σ）和“差路”信号（Δ），并把它们馈入雷达接收***，用以判定目标的距离与方位。

现有的和差器存在如下问题：1、体积较大；2、带宽较窄，和差器的带宽越宽，它的通用性及跳频工作反干扰的能力越强，但是和差器的的设计难度及生产难度就越大。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种体积较小、频带较宽的平面电路无源和差器。

根据本发明的一个方面，提供了一种无源超宽带和差器，该超宽带和差器包括90°移相器和90°定向耦合器，90°移相器的参考通道的输出端与90°定向耦合器的输入端连接，90°移相器的移相通道的输出端与90°定向耦合器的隔离端连接，90°移相器的移相通道的输入端和参考通道的输入端构成无源超宽带和差器的第一输入端和第二输入端，90°定向耦合器的耦合端和直通端构成超宽带和差器的第一输出端和第二输出端，响应于第一输入端和第二输入端的输入信号为同相信号，第一输出端的输出信号的相幅为第一输入端和第二输入端的输入信号的相幅之和，第二输出端的输出信号的相幅为第一输入端和第二输入端的输入信号的相幅之差。

进一步地，在一实施例中，90°定向耦合器采用多阶耦合结构，该多阶为至少三阶。

进一步地，在一实施例中，90°定向耦合器的耦合强度为3dB，其多阶耦合结构的其中一阶为lange桥耦合结构。

进一步地，在一实施例中，90°定向耦合器包括级联的第一定向耦合器和第二定向耦合器，该第一定向耦合器和第二定向耦合器均为耦合强度8.34dB的 90°定向耦合器，第一定向耦合器和第二定向耦合器均具有多阶耦合结构，多阶耦合结构中的其中一阶为lange桥耦合结构。第一定向耦合器和第二定向耦合器均为90°定向耦合器。

进一步地，在一实施例中，多阶耦合结构为连续的三阶耦合结构，分别为第一阶耦合结构、第二阶耦合结构和第三阶耦合结构，其中，第一阶耦合结构和第二阶耦合结构为微带线窄边耦合结构，第三阶耦合结构为所述lange桥耦合结构。

进一步地，在一实施例中，第一阶耦合结构、第二阶耦合结构和第三阶耦合结构的耦合线长度均为1/4波长。

进一步地，在一实施例中，第一阶耦合结构和第二阶耦合结构的起始段和终段呈交指状。第一阶耦合结构和第二阶耦合结构的起始段和终段呈交指状，是为了补偿因奇模阻抗而产生的损耗，并缩小第一阶耦合结构和第二阶耦合结构的所占面积。

进一步地，在一实施例中，90°移相器的移相通道采用三阶微带线窄边耦合结构，分别为第一阶移相耦合结构、第二阶移相耦合结构和第三阶移相耦合结构，第一阶移相耦合结构和第二阶移相耦合结构的起始段和终段呈交指状。第一阶移相耦合结构和第二阶移相耦合结构的起始段和终段呈交指状，是为了补偿因奇模阻抗而产生的损耗，并缩小第一阶耦合结构和第二阶耦合结构的所占面积。

进一步地，在一实施例中，无源超宽带和差器还包括用于承载90°移相器和90°定向耦合器的陶瓷基板。

进一步地，在一实施例中，无源超宽带和差器还包括金属制成的壳体，壳体开设用于固定设置陶瓷基板的空腔，壳体的第一侧壁上开设第一进口和第二进口，与第一侧壁相对的第二侧壁上开设第三出口和第四出口，第一进口的位置与90°移相器的输入端的位置相对应，第二进口的位置与90°定向耦合器的输入端的位置相对应，第三出口的位置与90°定向耦合器的耦合端的位置相对应，第四出口的位置与所述90°定向耦合器的直通端的位置相对应。

进一步地，在一实施例中，第一进口、第二进口、第三出口和第四出口中分别固定设置一个SMP连接器，SMP连接器伸入壳体的空腔并与陶瓷基板相抵接。

进一步地，在一实施例中，第一进口和第四出口位置相对应，第二进口和第三出口位置相对应。

进一步地，在一实施例中，壳体的空腔由中空的底座和盖板围构而成。

进一步地，在一实施例中，壳体的材料为可伐合金。由金属材料制成壳体可屏蔽外部磁场，保证和差器工作稳定。可伐合金又称为封接合金、定膨胀合金，是在-70℃～500℃温度范围内具有比较恒定的较低或中等程度膨胀系数的合金，主要类型有铁镍合金、铁镍钴合金、铁镍铬系合金、无氧铜、钨钼合金等。可伐合金的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数接近，可防止在温差变化较大的环境中，陶瓷基板因与壳体膨胀程度不同而发生开裂，导致和差器失效。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：定向耦合器的耦合强度越强，其带宽就越宽，本发明中的90°定向耦合器的耦合度为3db，因此本发明的频带较宽；但是定向耦合器的耦合强度越强也意味着其最小线宽和最小线间距就越小，受限于加工工艺，在体积小的和差器上设计和生产强耦合度的非常困难，因此本发明也可以采用两个耦合度为8.34db的定向耦合器级联而成，90°定向耦合器的输入端和隔离端之间采用交指状微带线耦合增强耦合，兼顾了带宽和设计、生产，定向耦合器中还设置了第一交指耦合线组来增强耦合，从而实现生产体积较小、频带较宽的平面电路和差器。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的立体***图。

图3为本发明的原理图。

图4为本发明第一实施例中陶瓷基板的布线图。

图5为本发明中90°移相器的结构示意图。

图6为图5在A处的放大图。

图7为图5在B处的放大图。

图8为本发明第一实施例中90°定向耦合器的结构示意。

图9为图8在C处的放大图。

图10为图9在E处的放大图。

图11为图8在D处的放大图。

图12为底座的剖视图。

图13为本发明第二实施例中陶瓷基板的布线图。

图14为本发明中端口的示意说明。

其中：1、壳体；101、盖板；102、底座；1021、第一进口；1022、第二进口；1023、第三出口；1024、第四出口；2、固定螺丝；3、SMP连接器；4、陶瓷基板；401、第一输入端；402、第二输入端；403、第一输出端；404、第二输出端；5、移相通道；501、第一阶移相耦合结构；502、第二阶移相耦合结构；503、第三阶移相耦合结构；6、90°定向耦合器；601、隔离端；602、输入端；603、耦合端；604、直通端；605、第一阶耦合结构；606、第二阶耦合结构；607、第三阶耦合结构；7、参考通道；8、第一定向耦合器；9、第二定向耦合器；10、90°移相器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图3示出了根据本发明的一个方面绘示的一实施例中的超宽带和差器的结构示意图。如图3所示，超宽带和差器包括90°移相器10和90°定向耦合器6。

其中，90°移相器10是指可对参考信号实现90°相位调整的装置，包括参考通道7和移相通道5。90°定向耦合器是指在实现功率分配的同时可实现90°相位调整的装置。

移相通道5的输出端与90°定向耦合器6的隔离端601连接，参考通道7的输出端与90°定向耦合器6的输入端602连接，移相通道5的输入端和参考通道7的输入端构成超宽带和差器的第一输入端401和第二输入端402，90°定向耦合器6的耦合端603和直通端604构成超宽带和差器的第一输出端403和第二输出端404。

当第一输入端401和第二输入端402分别输入两个同相信号S1（δ）和S2（δ）时，其中，δ为相位，S1经移相通道5转换为一移相信号S1（δ+90），S2（δ）经参考通道7仍为S2（δ），S2（δ）和S1（δ+90）分别输入至90°定向耦合器6的输入端602和隔离端601，并分别在90°定向耦合器6的耦合端603和直通端604产生输出。其中，S2（δ）从90°定向耦合器6的输入端输入，并分别在耦合端603和直通端604产生耦合信号S21（δ+90）和直通信号S22（δ）；S1（δ+90）从90°定向耦合器6的隔离端601输入，并分别在耦合端603和直通端604产生直通信号S11（δ+90）和耦合信号S12（δ+180）。则S2（δ）和S1（δ+90）在90°定向耦合器6的耦合端603产生的信号S21（δ+90）和S11（δ+90）同相，因此，90°定向耦合器6的耦合端604的实际输出信号的幅度为S1（δ）和S2（δ）的幅度之和；S2（δ）和S1（δ+90）在90°定向耦合器6的直通端604产生的信号S22（δ）和S12（δ+180）反相，因此，90°定向耦合器6的直通端604的实际输出信号的幅度为S1（δ）和S2（δ）的幅度之差。

综上，响应于第一输入端401和第二输入端402的输入信号为同相信号，第一输出端403的输出信号的相幅为第一输入端401和第二输入端402的输入信号的相幅之和，第二输出端404的输出信号的相幅为第一输入端401和第二输入端402的输入信号的相幅之差。即，第一输出端403为超宽带和差器的求和端，第二输出端404为超宽带和差器的求差端。

本领域的技术人员可以理解，90°定向耦合器包括4个端口，分别为输入端、直通端、耦合端和隔离端，该四个端口为根据各个端口的功能而命名的，并不特指其中的某个端口，即各个端口的名称根据其实际的功能可能有所变化。以图14为例，该90°定向耦合器的4个端口分别为1～4，其中，端口1和3为相互直通关系，端口2和4为相互直通关系，端口1和2为相互隔离关系，端口3和4为相互隔离关系，端口1和4为相互耦合关系，端口2和3为相互耦合关系。则以其中的任一端口为输入端，与其直通的另一端口为直通端，与其隔离的端口为隔离端，与其耦合的端口为耦合端。例如以图2所示的端口1为输入端为例，则端口3为直通端，端口2为隔离端，端口4为耦合端。

在一具体实施例中，90°定向耦合器6可采用单个耦合强度为3dB的90°定向耦合器来实现，如图4所示。

在该实施例中， 90°定向耦合器6的隔离端为601，输入端为602，耦合端为603，直通端为604；移相通道5的输出端与90°定向耦合器6的隔离端601连接，则603为求和端，604为求差端。

较优地，参考通道7与90°定向耦合器6的输入端602连接。进一步地，参考通道7可设置成折叠的锯齿形，以增加参考通道的微带线长度。

较优地，3dB的90°定向耦合器6可采用多阶耦合结构。且该多阶耦合结构中的至少一阶为lange桥耦合结构，以增加90°定向耦合器的耦合强度。

在一具体实施例中，如图8所示，多阶耦合结构可包括第一阶耦合结构605、第二阶耦合结构606和第三阶耦合结构607。其中，第一阶耦合结构605和第二阶耦合结构606为微带线窄边耦合结构，呈左右对称结构；第三阶耦合结构607为lange桥耦合结构，呈中心对称结构，可参加图9，图9示出了图8中的C部分第三阶耦合结构607的放大示意图。

较优地，第一阶耦合结构605和第二阶耦合结构606的起始段和终段呈交指状，具体可参见图8中的D部分（具体放大图如图11所示）和图9中的E部分（具体放大图如图10所示），可补偿因奇模阻抗而增加的损耗，缩小布置面积。

进一步地，第一阶耦合结构605、第二阶耦合结构606和第三阶耦合结构607的耦合线长度均为1/4波长。

进一步地，移相通道5也可采用多阶耦合结构。如图4所示的移相通道5采用了三阶微带线窄边耦合结构，具体可参见图5，分别为第一阶移相耦合结构501、第二阶移相耦合结构502和第三阶移相耦合结构503，第一移相阶耦合结构和第二阶移相耦合结构502的起始段和终段呈交指状，以补偿因奇模阻抗而增加的损耗，缩小线路布置面积。

在可选实施例中，如图13所示，90°定向耦合器6也可采用两个级联的耦合强度为8.34dB的90°定向耦合器8和9来实现。其中，每一8.34dB 90°定向耦合器的微带线布置可如图8所示。

进一步地，如图2所示，超宽带和差器还包括用于承载90°移相器10和90°定向耦合器6的陶瓷基板4。

进一步地，如图1所示，无源超宽带和差器还包括金属制成的壳体1，壳体1开设用于固定设置陶瓷基板4的空腔，如图12所示的剖面图所示，壳体1的第一侧壁上开设第一进口1021和第二进口1022，与第一侧壁相对的第二侧壁上开设第三出口1023和第四出口1024，第一进口1021的位置与移相通道5的输入端的位置相对应，第二进口1022的位置与参考通道7的输入端的位置相对应，第三出口1023的位置与90°定向耦合器6的耦合端603的位置相对应，第四出口1024的位置与90°定向耦合器6的直通端604的位置相对应。可以理解，在采用一个3dB或多个8.34dB的90°定向耦合器的不同实施例中，第三出口1023和第四出口1024与定向耦合器的直通端和耦合端的对应关系可相同或不同，根据具体实施例的架构的不同来对应设置。

如图2所示，第一进口1021、第二进口1022、第三出口1023和第四出口1024中分别固定设置一个SMP连接器3，SMP连接器3伸入壳体1的空腔并与陶瓷基板4相抵接。

较优地，第一进口1021和第四出口1024位置相对应，第二进口1022和第三出口1023位置相对应。

进一步地，壳体1的空腔由中空的底座102和盖板101围构而成。

进一步地，壳体1的材料为可伐合金。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

另外，为区分相同部件在不同实施例对应附图中的附图标记，对该些部件在不同实施例中采用的中文数字编号加名词的表述方式，本领域的技术人员可以理解，在未特别描述的情况下，该些部件在上述多个实施例中可以采用相同的结构。

Claims (14)

1.一种无源超宽带和差器，其特征在于：包括90°移相器（10）和90°定向耦合器（6），所述90°移相器（10）的参考通道（7）的输出端与所述90°定向耦合器（6）的输入端（602）连接，所述90°移相器（10）的移相通道（5）的输出端与所述90°定向耦合器（6）的隔离端（601）连接，所述90°移相器（10）的移相通道（5）的输入端和参考通道（7）的输入端构成所述无源超宽带和差器的第一输入端（401）和第二输入端（402），所述90°定向耦合器（6）的耦合端（603）和直通端（604）构成所述无源超宽带和差器的第一输出端（403）和第二输出端（404），响应于所述第一输入端（401）和所述第二输入端（402）的输入信号为同相信号，所述第一输出端（403）的输出信号的相幅为所述第一输入端（401）和所述第二输入端（402）的输入信号的相幅之和，所述第二输出端（404）的输出信号的相幅为所述第一输入端（401）和所述第二输入端（402）的输入信号的相幅之差。

2.根据权利要求1所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述90°定向耦合器（6）采用多阶耦合结构，所述多阶为至少三阶。

3.根据权利要求2所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述90°定向耦合器（6）的耦合强度为3dB，所述90°定向耦合器（6）的多阶耦合结构的其中一阶为lange桥耦合结构。

4.根据权利要求2所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述90°定向耦合器（6）包括级联的第一定向耦合器（8）和第二定向耦合器（9），所述第一定向耦合器（8）和第二定向耦合器（9）为耦合强度8.34dB的 90°定向耦合器，所述第一定向耦合器（8）和第二定向耦合器（9）分别具有多阶耦合结构，所述多阶耦合结构中的其中一阶为lange桥耦合结构。

5.根据权利要求3或4所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述多阶耦合结构为连续的三阶耦合结构，分别为第一阶耦合结构（605）、第二阶耦合结构（606）和第三阶耦合结构（607），其中，所述第一阶耦合结构（605）和第二阶耦合结构（606）为微带线窄边耦合结构，所述第三阶耦合结构（607）为所述lange桥耦合结构。

6.根据权利要求5所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述第一阶耦合结构（605）、第二阶耦合结构（606）和第三阶耦合结构（607）的耦合线长度均为1/4波长。

7.根据权利要求5所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述第一阶耦合结构（605）和第二阶耦合结构（606）的起始段和终段呈交指状。

8.根据权利要求1所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述90°移相器（10）的移相通道（5）采用三阶微带线窄边耦合结构，分别为第一阶移相耦合结构（501）、第二阶移相耦合结构（502）和第三阶移相耦合结构（503），所述第一阶移相耦合结构（501）和第二阶移相耦合结构（502）的起始段和终段呈交指状。

9.根据权利要求1所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：还包括用于承载90°移相器（10）和90°定向耦合器（6）的陶瓷基板（4）。

10.根据权利要求9所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：还包括金属制成的壳体（1），所述壳体（1）开设用于固定设置陶瓷基板（4）的空腔，所述壳体（1）的第一侧壁上开设第一进口（1021）和第二进口（1022），与所述第一侧壁相对的第二侧壁上开设第三出口（1023）和第四出口（1024），所述第一进口（1021）和所述第二进口（1022）分别与所述第一输入端和所述第二输入端的位置相对应，所述第三出口（1023）和所述第四出口（1024）的位置与所述第一输出端和所述第二输出端的位置相对应。

11.根据权利要求10所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述第一进口（1021）、所述第二进口（1022）、所述第三出口（1023）和所述第四出口（1024）中分别固定设置一个SMP连接器（3），所述SMP连接器（3）伸入所述壳体（1）的空腔并与所述陶瓷基板（4）相抵接以连接对应的输入端或输出端。

12.根据权利要求10所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述第一进口（1021）和第四出口（1024）位置相对应，所述第二进口（1022）和第三出口（1023）位置相对应。

13.根据权利要求10所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述壳体（1）的空腔由中空的底座（101）和盖板（102）围构而成。

14.根据权利要求10所述的一种无源超宽带和差器，其特征在于：所述壳体（1）的材料为可伐合金。

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