一种定向耦合电路、定向耦合器及定向耦合系统的制作方法

1.本实用新型涉及定向耦合技术领域，尤其涉及一种定向耦合电路、定向耦合器及定向耦合系统。


背景技术：

2.定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。具体来说，定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件，它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等。定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合元件。它是一种四端口元件，通常由称为直通线和耦合线的两段组合而成。
3.常见的定向耦合器采用多用电容和电感进行设计，以实现定向耦合，但是这种定向耦合器在工作时的电能损耗较大，不利于节能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种定向耦合电路、定向耦合器及定向耦合系统，用以解决现有定向耦合器在工作时的电能损耗较大的问题。
5.为了解决上述问题，本实用新型提供一种定向耦合电路，包括由第一同轴线与第一电容单元并联形成的第一谐振单元和由第二同轴线与第二电容单元并联形成第二谐振单元，以及分别与所述第一谐振单元和所述第二谐振单元连接的第三电容单元和第四电容单元；其中，所述第三电容单元的一端接所述第一谐振单元的一端，所述第三电容单元的另一端接所述第二谐振单元一端，所述第四电容单元的一端接所述第一谐振单元的另一端，所述第四电容单元的另一端接所述第二谐振单元的另一端；所述第一谐振单元的一端用于接收射频信号，所述第二谐振单元的另一端用于耦合输出。
6.进一步地，所述第一电容单元、第二电容单元、第三电容单元及第四电容单元均包括一个电容或多个并联连接的电容。
7.进一步地，所述第一谐振单元与第三电容单元形成第一定向耦合单元，所述第二谐振单元与所述第四电容单元形成第二定向耦合单元，所述第一定向耦合单元和第二定向耦合单元形成定向耦合对，所述定向耦合对至少为一个。
8.进一步地，所述第一谐振单元的另一端输出所述射频信号的部分信号。
9.进一步地，所述同轴线为螺线管状结构。
10.进一步地，所述同轴线的长度为λ/8，λ为所述射频信号的波长。
11.进一步地，所述同轴线为半钢或者柔性同轴线。
12.进一步地，所述同轴线的阻抗为50欧姆。
13.本实用新型还提供了一种定向耦合器，包括如上述任一技术方案所述的定向耦合电路。
14.本实用新型还提供了一种定向耦合系统，包括如上述任一技术方案所述的定向耦
合电路，还包括一信号输入端口和两个信号输出端口，所述信号输入端口与所述第一谐振单元的一端连接，一所述信号输出端口与所述第一谐振单元的另一端连接，另一所述信号输出端口与所述第二谐振单元的另一端连接。
15.采用上述实施例的有益效果是：本实用新型提供的定向耦合电路，通过第一同轴线与第一电容单元并联形成第一谐振单元，将第二同轴线与第二电容单元并联形成第二谐振单元，所述第一谐振单元的两端和第二谐振单元的两端分别通过第三电容单元及第四电容单元连接，该定向耦合电路的四个端均与射频信号线连接，当第一谐振单元的一端接收射频信号，定向耦合电路对将射频信号进行定向耦合，该第一谐振单元的另一端及第二谐振单元的另一端输出耦合后的射频信号；在本实用新型提供的定向耦合电路中，因为同轴线的阻抗很低，本实用新型提供的定向耦合电路在实现定向耦合的同时，可以降低电能损耗。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例提供的定向耦合电路的第一电路原理图；
17.图2为本实用新型实施例提供的定向耦合电路的第二电路原理图；
18.图3为本实用新型实施例提供的定向耦合电路的第三电路原理图。
具体实施方式
19.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
20.本实用新型实施例提供了一种定向耦合电路，请具体参阅图1，该定向耦合电路包括由由第一同轴线20与第一电容单元10并联形成的第一谐振单元和由第二同轴线40与第二电容单元30并联形成第二谐振单元，以及分别与所述第一谐振单元和所述第二谐振单元连接的第三电容单元50和第四电容单元60；其中，所述第三电容单元50的一端接所述第一谐振单元的一端，所述第三电容单元50的另一端接所述第二谐振单元一端，所述第四电容单元60的一端接所述第一谐振单元的另一端，所述第四电容单元60的另一端接所述第二谐振单元的另一端；所述第一谐振单元的一端用于接收射频信号，所述第二谐振单元的另一端用于耦合输出。
21.需要说明的是，所述第一谐振单元的两端和第二谐振单元的两端分别通过第三电容单元50及第四电容单元60连接，所述第一同轴线20的一端接第三电容单元50的一端，所述第三电容单元50的另一端接第二同轴线40一端，所述第二同轴线40的另一端接第四电容单元60的一端，所述第四电容单元60的另一端接第一同轴线20的另一端。
22.上述实施例提供的定向耦合电路，通过第一同轴线与第一电容单元并联形成第一谐振单元，将第二同轴线与第二电容单元并联形成第二谐振单元，所述第一谐振单元的两端和第二谐振单元的两端分别通过第三电容单元及第四电容单元连接，该定向耦合电路的四个端均与射频信号线连接，当第一谐振单元的一端接收射频信号，定向耦合电路对将射频信号进行定向耦合，该第一谐振单元的另一端口及第二谐振单元的另一端输出耦合后的射频信号。
23.本实用新型提供的定向耦合电路，在实现定向耦合的同时，可以降低电能损耗。
24.作为优选的实施例，该第二谐振单元的其中一个端口输出耦合后的射频信号为远离接收射频信号端口的端口输出耦合后的射频信号。
25.作为一个优选的实施例，所述第一电容单元、第二电容单元、第三电容单元及第四电容单元均包括一个电容或多个并联连接的电容。
26.需要说明的是，如图1所示，第一电容单元、第二电容单元、第三电容单元及第四电容单元均包括一个电容。
27.作为一个优选的实施例，所述第一谐振单元与第三电容单元50形成第一定向耦合单元，所述第二谐振单元与所述第四电容单元60形成第二定向耦合单元，所述第一定向耦合单元和第二定向耦合单元形成定向耦合对，所述定向耦合对至少为一个。本实用新型通过所述定向耦合对实现定向耦合。
28.作为优选的实施例，当本实用新型的定向耦合电路数量增加为多个，即将定向耦合电路通过串联方式形成多个定向耦合对，则通过多个定向耦合对进行不同需求的电路耦合。
29.一个具体实施例中，定向耦合电路的第一电路原理图，如图1所示，在图1中，第一定向耦合单元和第二定向耦合单元的同轴线数量为1，第一定向耦合单元和第二定向耦合单元中的电容数量均为2，该定向耦合电路包括一个定向耦合对。图1所示的定向耦合电路中，定向耦合电路的四个端口(port1、port2、port3、port4)均与射频信号线连接，当定向耦合对中的第一定向耦合单元的一个端口port1接收射频信号时，定向耦合对将射频信号进行定向耦合，该第一定向耦合单元的另一端口port3及第二定向耦合单元远离接收射频信号端口port1的端口port4输出耦合后的射频信号。类似的，当定向耦合电路的其他端口接收射频信号时，相应的端口会输出耦合后的射频信号。
30.作为一个优选的实施例，所述第一谐振单元的另一端输出所述射频信号的部分信号。
31.需要说明的是，射频信号为经过调制的，拥有一定发射频率的电波，当定向耦合电路应用在磁共振领域时，该定向耦合器的端口接收的射频信号是为磁共振线圈前端发射的射频信号，在图1中，当定向耦合对中的第一定向耦合单元的一个端口port1接收射频信号时，定向耦合对将射频信号进行定向耦合，端口port3和端口port4会输出信号，从而实现对接收的射频信号的定向耦合。
32.一个具体实施例中，一个定向耦合单元中，与所述同轴线并联的电容的数量至少为1；定向耦合电路的第二电路原理图，如图2所示，图2中，一个定向耦合单元中与所述同轴线并联的电容的数量为2，该2个电容并联形成了一个电容单元，电容c10和电容c20并联形成的电容单元的电容值与电容c30的电容值相等。可以理解，与所述同轴线并联的电容的数量可以更多，只需要保证这些电容并联后的电容值不变，即与一个电容与同轴线并联时，该电容的电容值相同即可。
33.需要说明的是，当连接在两个同轴线之间的电容数量为2时，一个同轴线的一端连接一个电容的一端，该电容的另一个端接另一同轴线，该另一同轴线的另一端接另一个电容的一端，该另一个电容的另一端接同轴线的另一端，即两个同轴线和两个电容交错、首尾连接。当连接在两个同轴线之间的电容数量为大于2时，则多余的电容可以并联在原先的电
容上，为了保证并联后的电容值不变，需要调整电容的电容值的大小。
34.另一个具体实施例中，定向耦合电路的第三电路原理图，如图3所示，图3中，一个定向耦合单元中，连接在同轴线之间的电容数量为三个，电容c40和电容c50并联形成的电容单元的电容值与电容c60的电容值相等。可以理解，连接在同轴线之间的电容数量可以更多。在没有特定容值的情况下采用多个电容并联可以调节容值。
35.作为一个优选的实施例，所述同轴线为螺线管状结构。
36.需要说明的是，同轴线可以为直线式、曲线式或者螺线管状式同轴线，若同轴线为螺线管状式的，通过螺线管状结构的同轴线与电容并联，形成螺旋陷波谐振单元，该螺旋陷波谐振单元，可以减少对磁共振b1场(射频场)的影响，同时由于螺线管状结构可以减少定向耦合电路的整体尺寸。
37.作为一个优选的实施例，所述同轴线的长度为λ/8，λ为射频信号的波长。
38.需要说明的是，将螺线管状结构的同轴线和并联在同轴线屏蔽层的电容组合为陷波电路，同轴线的长度会影响移相效果，将同轴线的长度设置为λ/8，可以使得定向耦合电路实现定向耦合；当定向耦合电路包括一个定向耦合对时，可以实现3db的定向耦合。当定向耦合电路包括2个定向耦合对时，可以实现6db的定向耦合，依次类推，可以实现2ndb的定向耦合，n为定向耦合对个数。
39.作为一个优选的实施例，所述同轴线为半钢或者柔性同轴线。
40.需要说明的是，同轴线包括外导体(即屏蔽层)和内导体(即信号层)，半钢同轴线有利于将同轴线塑形为螺线管状结构，而柔性同轴线在塑形时则需要胶水等辅助性材料。
41.作为一个优选的实施例，所述同轴线的阻抗为50欧姆。
42.需要说明的是，将同轴线的阻抗设置为50欧姆，可以使得定向耦合电路的定向耦合效果达到最佳。该50欧姆的同轴线相对于现有技术中的电感更容易调试。本实用新型实施例中定向耦合电路中可以有多个定向耦合对，定向耦合对越多，耦合的损耗越大。
43.本实用新型实施例提供了一种定向耦合器，包括如上述任一实施例所述的定向耦合电路。
44.需要说明的是，定向耦合器除了包括定向耦合电路还可以包括外壳等部件。
45.本实用新型实施例提供了一种定向耦合系统，包括上述任一实施例所述的定向耦合电路，还包括一信号输入端口和两个信号输出端口，信号输入端口与第一谐振单元的一端连接，一信号输出端口与第一谐振单元的另一端连接，另一信号输出端口与第二谐振单元的另一端连接。
46.一个具体实施例中，定向耦合系统除了包括定向耦合电路，还包括与信号线对应的信号输入端口和信号输出端口，分别用于接收或者射频信号。
47.本实用新型公开的定向耦合电路、定向耦合器及定向耦合系统，通过第一同轴线与第一电容单元并联形成第一谐振单元，将第二同轴线与第二电容单元并联形成第二谐振单元，所述第一谐振单元的两端和第二谐振单元的两端分别通过第三电容单元及第四电容单元连接，该定向耦合电路的四个端均与射频信号线连接，当第一谐振单元的一端接收射频信号，定向耦合电路对将射频信号进行定向耦合，该第一谐振单元的另一端及第二谐振单元的另一端输出耦合后的射频信号；在本实用新型提供的定向耦合电路中，因为同轴线的阻抗很低，本实用新型提供的定向耦合电路在实现定向耦合的同时，可以降低电能损耗。
48.本实用新型提供的定向耦合电路，通过螺线管状结构的同轴线与电容并联，形成螺旋陷波谐振单元，该螺旋陷波谐振单元，可以减少对磁共振b1场(射频场)的影响，同时由于螺线管状结构可以减少定向耦合电路的整体尺寸。本实用新型提供的定向耦合电路中可以有多个定向耦合对，定向耦合对越多，耦合的损耗越大。通过将同轴线的长度设置为λ/8，可以实现3db的定向耦合，当定向耦合电路包括2个定向耦合对时，可以实现6db的定向耦合，依次类推，可以实现2ndb的定向耦合，n为定向耦合对个数。
49.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。