一种超宽带强耦合大功率耦合器及其设计方法与流程

本发明涉及微波耦合器，尤其涉及一种超宽带强耦合大功率耦合器及其设计方法。

背景技术：

1、定向耦合器是用于各种高频系统的重要微波器件，被广泛用于幅度控制系统、功率分配和合成器等很多微波器件及系统中。在工作带宽内，定向耦合器的性能主要以驻波比、方向性、耦合度等来度量。但在5g通信标准下，大功率和超宽带成为了设计定向耦合器的首要要求。

2、现有技术中，大多数定向耦合器只在满足高方向性和弱耦合的技术上做的较好，所以为了配合日益发展的微波测量系统的需求，设计宽频带、高功率、低损耗、强耦合的定向耦合器是必要的。另外，传统技术下的高功率定向耦合器一般采用腔体或者波导结构，二者尺寸都很大，不符合目前市场小型化器件的需求，并且波导结构的定向耦合器一般带宽较窄。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种超宽带强耦合大功率耦合器及其设计方法。解决现有技术中耦合器在满足大宽带、方向性强、耦合度高、小型化，以及适用于高功率需求等方面的不足。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种超宽带强耦合大功率耦合器，包括：壳体、设置在壳体外部的连接座和设置在壳体内部的耦合本体。

3、进一步的，耦合本体包括从上至下依次设置的第一介质板、第二介质板和接地金属板；在第二介质板的上表面还内嵌设置有金属导带，金属导带包括多节主耦合线和副耦合线，金属导带两端分别延伸出与连接座对应连接的连接臂。

4、在一些实施例中，在主耦合线上设置有多个主枝节，以及在副耦合线上设置有多个副枝节。

5、在一些实施例中，主耦合线包括三节，从左到右依次是第一主耦合线、第二主耦合线和第三主耦合线，副耦合线也包括三节，从左到右依次是第一副耦合线、第二副耦合线、第三副耦合线。

6、进一步的，第一主耦合线与第一副耦合线具有相同的长度和结构，第二主耦合线与第二副耦合线具有相同的长度和结构，第三主耦合线与第三副耦合线具有相同的长度和结构，并呈现对称设置。

7、在一些实施例中，金属导带为多节耦合线非对称结构，在第一主耦合线的左端设置有第一主枝节，临近第二主耦合线的左端设置有第二主枝节，在第三主耦合线的左端设置有第三主枝节；第一副耦合线的中间设置有第一副枝节,在第二副耦合线的中间设置有第二副枝节，在第三副耦合线的左端和中间分别设置有第三副枝节和第四副枝节。

8、进一步的，在第一主耦合线的侧边延伸出第一连接臂、在第三主耦合线的侧边延伸出第二连接臂，在第一副耦合线的侧边延伸出第三连接臂、在第三副耦合线的侧边延伸出第四连接臂，分别用于与对应的连接座连接。

9、在一些实施例中，接地金属板上设置有镂空的开口，壳体内部的底面设置有与镂空的开口对应的凹槽。

10、在一些实施例中，第一介质板和第二介质板均为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。

11、在一些实施例中，第二介质板外形结构加工完后，通过激光或者化学方法在其上表面蚀刻出与金属导带结构对应的凹陷缝隙，再将铜或银镀在凹陷缝隙中，得到内嵌有金属导带的第二介质板。

12、在一些实施例中，在壳体外部的底部底面设置有直肋结构。

13、为解决上述技术问题，本申请的另一个技术方案是：提供了一种超宽带强耦合大功率耦合器设计方法，包括步骤：

14、第一步，确定设计指标，设计指标包括中心频率、频带宽度、强耦合度、隔离度、方向性、承载功率和工作温度；

15、第二步，金属导带仿真设计，根据设计指标，选择集总端口馈电，利用微带线理论计算出金属导带的线长、线宽参数初值，带入电磁仿真软件中建立初始模型；

16、第三步，耦合本体仿真设计，根据金属导带的初始模型，内嵌设计到第二介质板，上面覆盖第一介质板，第二介质板下面设置接地金属板，修改参数进行性能仿真，得到耦合本体仿真模型；

17、第四步，壳体热性能仿真设计，对应设计放置耦合本体仿真模型的壳体，在电子散热仿真软件里进行热仿真优化壳体结构，达到或者温度指标。

18、进一步的，在第二步中，将金属导带设计成多节主耦合线和副耦合线结构，以及在主耦合线上优化设置多个主枝节，在副耦合线上优化设置有多个副枝节，满足中心频率、频带宽度、强耦合度和隔离度的设计指标。

19、本发明的有益效果是：本发明公开了一种超宽带强耦合大功率耦合器及其设计方法，包括壳体、设置在壳体外部的连接座和设置在壳体内部的耦合本体，耦合本体包括从上至下依次设置的第一介质板、第二介质板和接地金属板；在第二介质板的上表面还内嵌设置有金属导带，金属导带包括多节主耦合线和副耦合线，金属导带两端分别延伸出与连接座对应连接的连接臂。本申请提供的耦合器具有大宽带、方向性强、耦合度高、小型化的特点，而且能满足高功率的需求，还具有结构简单、便于加工的特点。

技术特征：

1.一种超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，包括：壳体、设置在所述壳体外部的连接座和设置在所述壳体内部的耦合本体；

2.根据权利要求1所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，在所述主耦合线上设置有多个主枝节，以及在所述副耦合线上设置有多个副枝节。

3.根据权利要求2所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，所述主耦合线包括三节，从左到右依次是第一主耦合线、第二主耦合线和第三主耦合线，所述副耦合线也包括三节，从左到右依次是第一副耦合线、第二副耦合线、第三副耦合线；

4.根据权利要求3所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，所述金属导带为多节耦合线非对称结构，在所述第一主耦合线的左端设置有第一主枝节，临近所述第二主耦合线的左端设置有第二主枝节，在所述第三主耦合线的左端设置有第三主枝节；所述第一副耦合线的中间设置有第一副枝节,在所述第二副耦合线的中间设置有第二副枝节，在所述第三副耦合线的左端和中间分别设置有第三副枝节和第四副枝节；

5.根据权利要求4所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，所述接地金属板上设置有镂空的开口，所述壳体内部的底面设置有与所述镂空的开口对应的凹槽。

6.根据权利要求1所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，所述第一介质板和所述第二介质板均为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。

7.根据权利要求6所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，所述第二介质板外形结构加工完后，通过激光或者化学方法在其上表面蚀刻出与所述金属导带结构对应的凹陷缝隙，再将铜或银镀在所述凹陷缝隙中，得到内嵌有金属导带的第二介质板。

8.根据权利要求1所述的超宽带强耦合大功率耦合器，其特征在于，在所述壳体外部的底部底面设置有直肋结构。

9.一种超宽带强耦合大功率耦合器设计方法，其特征在于，包括步骤：

10.根据权利要求9所述的超宽带强耦合大功率耦合器设计方法，其特征在于，在所述第二步中，将所述金属导带设计成多节主耦合线和副耦合线结构，以及在所述主耦合线上优化设置多个主枝节，在所述副耦合线上优化设置有多个副枝节，满足中心频率、频带宽度、强耦合度和隔离度的设计指标。

技术总结
本发明公开了一种超宽带强耦合大功率耦合器及其设计方法，该器件包括壳体、设置在壳体外部的连接座和设置在壳体内部的耦合本体，耦合本体包括从上至下依次设置的第一介质板、第二介质板和接地金属板；在第二介质板的上表面还内嵌设置有金属导带，金属导带包括多节主耦合线和副耦合线，金属导带两端分别延伸出与连接座对应连接的连接臂。本申请公开的耦合器具有大宽带、方向性强、耦合度高、小型化的优点，而且能满足高功率的需求，还具有结构简单、便于加工的特点。

技术研发人员：吴先良,严航,吴博,李园园,汪海港,王刚,王尹,李晓敏,尹文静,孔勐
受保护的技术使用者：安徽蓝讯通信科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16