一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，設(shè)置左右對(duì)稱(chēng)的主線和副線，同時(shí)設(shè)置了上下對(duì)稱(chēng)的分支線，主線兩端分別設(shè)有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設(shè)有第二隔離端口和耦合端，分支線設(shè)置于主線與副線之間，連接主副線。本發(fā)明采用微帶結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緊湊，加工簡(jiǎn)單，成本低廉，易于集成；基于分支線結(jié)構(gòu)的耦合器，對(duì)主線和副線采用加載開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)小型化；采用兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)分支耦合器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)增大帶寬；耦合器具有很好的隔離度，隔離度都大于20dB；根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行自適應(yīng)改進(jìn)，通過(guò)將分支線的電長(zhǎng)度調(diào)整為單通帶耦合器分支線電長(zhǎng)度的兩倍，實(shí)現(xiàn)耦合器工作于雙通帶環(huán)境中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高性能微波耦合器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊 型平面分支耦合器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信的日益發(fā)展，各種現(xiàn)代通信系統(tǒng)快速發(fā)展。為了適應(yīng)現(xiàn)代通信系統(tǒng) 的要求，小尺寸、寬帶、多通帶無(wú)源器件成為研究的重點(diǎn)。在射頻系統(tǒng)中，耦合器可作為功分 器、混頻器、功率合成器以及移相器，廣泛地被嵌入到電子系統(tǒng)之中，成為許多微波電路的 重要組成部分。
[0003] 根據(jù)研究報(bào)道，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看耦合器種類(lèi)繁多，差異很大，包括：同軸線型、波導(dǎo) 型、微帶線型和帶狀線型。從耦合機(jī)理來(lái)看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支線耦 合、匹配雙T。在射頻系統(tǒng)中，分支線耦合器由于其能在保證耦合器性能的基礎(chǔ)上使微波電 路實(shí)現(xiàn)小型化而受到重視。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)耦合器進(jìn)行了一系列研究工作，并取得了一些成果。但是，報(bào)道出 來(lái)的耦合器普遍面臨著以下一些缺陷：
[0005] (1)耦合器很多采用腔體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，體積大重量重，不便于系統(tǒng)小型化與集成。
[0006] (2) -部分耦合器采用多層結(jié)構(gòu)，此類(lèi)耦合器一般具有寬帶寬、高隔離度的特點(diǎn)， 但多層技術(shù)使加工制作變得異常復(fù)雜。
[0007] (3)部分耦合器采用平面分支線結(jié)構(gòu)，此種實(shí)現(xiàn)方式的耦合器相比于傳統(tǒng)的腔體 結(jié)構(gòu)耦合器，體積和重量上有一定改善，但尺寸仍然較大，性能仍無(wú)法達(dá)到最優(yōu)。
[0008] 針對(duì)傳統(tǒng)耦合器尺寸偏大的問(wèn)題，目前已有一些文獻(xiàn)提出在分支線輸入 端和輸出端之間的微帶線之間加載集總元件。根據(jù)"T. Hirota ;A. Minakaw ;and M.Muraguchi, "Reduced-size branch-line and rat-race hybrids for uniplanar MMIC' s，，' IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. MTT-38, no. 3, pp. 270 -275, Mar. 1990"中的分析，通過(guò)加載集總電容元件，可以增加微帶線的阻抗，為了使輸入輸 出的阻抗達(dá)到匹配，在一定程度上要縮短微帶線的長(zhǎng)度，從而達(dá)到減小尺寸的目的。這種方 法的缺點(diǎn)是引入集總元件的同時(shí)會(huì)使諧振頻率發(fā)生偏移，工作帶寬減小，降低耦合器的性 會(huì)泛。根據(jù)"Ken-Min Lin ；Yen-Hsiuffei ；Tzu-Hao Tseng ；Yu-Jie YangZiCompact Dual-Band Branch-Line and Rat-Race Couplers With Stepped-Impedance-Stub Lines,，' IEEE Trans. Microwave Theory Tech.，vol. MTT-58, no. 5, pp. 1213 - 1221，May. 2010" 所提出的 結(jié)構(gòu)，分支線耦合器小型化的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)加載SIR枝節(jié)，這在一定程度上減小了尺寸，但沒(méi) 有達(dá)到很好的效果，而且SIR結(jié)構(gòu)的使用造成調(diào)節(jié)的不靈活性，不能任意調(diào)整阻抗的大小 實(shí)現(xiàn)雙通帶的不同頻率比。
[0009] 無(wú)論是工業(yè)應(yīng)用還是集成化的需要，尤其是移動(dòng)終端和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的需求，都 急需一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、插損小、隔離度好、平面結(jié)構(gòu)的耦合器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器， 改變主線和副線的傳統(tǒng)微帶線結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，解決現(xiàn)有小型化技術(shù)中引入集 總元件或使用SIR結(jié)構(gòu)造成諧振頻率發(fā)生偏移或調(diào)節(jié)不靈活等問(wèn)題，同時(shí)可以任意調(diào)整阻 抗的大小實(shí)現(xiàn)雙通帶的不同頻率比。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器， 該應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器包括左右對(duì)稱(chēng)的主線和副線，主線和副線均 由加載開(kāi)路枝節(jié)的微帶線構(gòu)成；主線和副線與第一分支線、第二分支線和第三分支線連接， 第二分支線由兩條對(duì)稱(chēng)的微帶線并聯(lián)而成，連接在主線和副線長(zhǎng)度的二分之一處。
[0012] 進(jìn)一步，該應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器還包括：金屬地板、介質(zhì)基 板，金屬地板設(shè)置在介質(zhì)基板的底面。
[0013] 進(jìn)一步，主線兩端分別設(shè)有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設(shè)有第二隔離 $而口和稱(chēng)合$而。
[0014] 進(jìn)一步，第一分支線和第三分支線分別連在主線和副線的兩端部。
[0015] 進(jìn)一步，主線、副線、第一分支線、第二分支線、第三分支線、輸入端、第一隔離端 口、耦合端、第二隔離端口均印制在介質(zhì)基板上，金屬地板為完整地。
[0016] 進(jìn)一步，介質(zhì)基板材料為RT/duroid 5880,相對(duì)介電常數(shù)為2. 2,介質(zhì)板厚度為 0. 787mm，覆銅厚度為0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
[0017] 進(jìn)一步，主線和副線是由主線和副線是由兩節(jié)四分之一波長(zhǎng)的傳輸線級(jí)聯(lián)而成， 每節(jié)四分之一波長(zhǎng)傳輸線由兩節(jié)傳輸微帶線依次加載三個(gè)開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)構(gòu)成，級(jí)聯(lián) 過(guò)程中共用中間的開(kāi)路枝節(jié)，形成主線和副線都是由四節(jié)微帶線加載五個(gè)開(kāi)路枝節(jié)的等效 結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0018] 本發(fā)明提供的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，設(shè)置左右對(duì)稱(chēng)的主線 和副線，同時(shí)設(shè)置了上下對(duì)稱(chēng)的分支線，主線兩端分別設(shè)有輸入端和第一隔離端口，副線兩 端分別設(shè)有第二隔離端口和耦合端，分支線設(shè)置于主線與副線之間，連接主副線。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1.本發(fā)明采用微帶結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緊湊，加工簡(jiǎn)單，成本低廉，易于集成。
[0021] 2.本發(fā)明采用主線和副線的加載開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)小型化。
[0022] 3.本發(fā)明采用級(jí)聯(lián)兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)分支耦合器的結(jié)構(gòu)，可增大帶寬。
[0023] 4.本發(fā)明的耦合器具有很好的隔離度，隔離都大于20dB，優(yōu)于已報(bào)道的大部分耦 合器的隔離度。
[0024] 5.本發(fā)明能根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行自適應(yīng)改進(jìn)，對(duì)于雙通帶耦合器而言，通過(guò)改變中 間分支線的阻抗來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)通帶的中心頻率比；通過(guò)將分支線的電長(zhǎng)度調(diào)整為單通帶耦 合器分支線電長(zhǎng)度的兩倍，可以實(shí)現(xiàn)耦合器工作于雙通帶環(huán)境下，從而滿足不同的應(yīng)用需 求，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1和實(shí)施例2涉及的電路原理結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1和2的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖中：1、金屬地板；2、介質(zhì)基板；3、主線；4、副線；5、第一分支線；6、第二分支線； 7、第三分支線；8、輸入端；9、第一隔離端口；10、耦合端；11、第二隔離端口；
[0028] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1和2的側(cè)視圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2的整體結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1中的耦合特性仿真曲線圖；
[0032] 圖中，Sll是回波損耗的仿真結(jié)果；S21、S31、S41分別是輸入端到第一隔離端口、 耦合端和第二隔離端口的傳輸系數(shù)的仿真結(jié)果；
[0033] 圖7是是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1中的耦合特性實(shí)測(cè)曲線圖；
[0034] 圖中，Sll是回波損耗的實(shí)測(cè)結(jié)果；S21、S31、S41分別是輸入端到第一隔離端口、 耦合端和第二隔離端口的傳輸系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果；
[0035] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例1中的群時(shí)延特性仿真與實(shí)測(cè)曲線圖；
[0036] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2中的耦合特性仿真曲線圖；
[0037] 圖中，Sll是回波損耗的仿真結(jié)果；S21、S31、S41分別是輸入端到第一隔離端口、 耦合端和第二隔離端口的傳輸系數(shù)的仿真結(jié)果；
[0038] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2中的耦合特性實(shí)測(cè)曲線圖；
[0039] 圖中，Sll是回波損耗的實(shí)測(cè)結(jié)果；S21、S31、S41分別是輸入端到第一隔離端口、 耦合端和第二隔離端口的傳輸系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果；
[0040] 圖中，Sll是回波損耗的實(shí)測(cè)結(jié)果；S21、S31、S41分別是輸入端到第一隔離端口、 耦合端和第二隔離端口的傳輸系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果； 圖12是本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)施例2中的相位曲線圖；

【具體實(shí)施方式】
[0041] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0042] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0043] 實(shí)施例1
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明的主線是級(jí)聯(lián)兩節(jié)四分之一波長(zhǎng)傳輸線，而每節(jié)四分之一波 長(zhǎng)傳輸線都可以等效為兩節(jié)微帶線加載三個(gè)開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)，主線、副線等效電路的 推導(dǎo)由來(lái)，具體等效過(guò)程如下：
[0045] 四分之一波長(zhǎng)傳輸線的A參數(shù)矩陣為

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，該應(yīng)用于單或雙通 帶的緊湊型平面分支的耦合器包括左右對(duì)稱(chēng)的主線和副線，主線和副線均由加載開(kāi)路枝節(jié) 的微帶線構(gòu)成；主線和副線與第一分支線、第二分支線和第三分支線連接，第二分支線由兩 條對(duì)稱(chēng)的微帶線并聯(lián)而成，連接在主線和副線長(zhǎng)度的二分之一處。
2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，該 應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支的耦合器還包括：金屬地板、介質(zhì)基板，金屬地板設(shè)置 在介質(zhì)基板的底面。
3. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，主 線兩端分別設(shè)有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設(shè)有第二隔離端口和耦合端。
4. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，第 一分支線和第三分支線分別連在主線和副線的兩端部，第一分支線靠近輸入端和第二隔離 端口，第三分支線靠近第一隔離端口和耦合端。
5. 如權(quán)利要求1、2或3所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在 于，主線、副線、第一分支線、第二分支線、第三分支線、輸入端、第一隔離端口、稱(chēng)合端、第二 隔離端口均印制在介質(zhì)基板上。
6. 如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，介 質(zhì)基板材料為RT/duroid 5880,相對(duì)介電常數(shù)為2. 2,介質(zhì)板厚度為0. 787mm，覆銅厚度為 0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
7. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于單或雙通帶的緊湊型平面分支的耦合器，其特征在于， 主線和副線是由兩節(jié)四分之一波長(zhǎng)的傳輸線級(jí)聯(lián)而成，每節(jié)四分之一波長(zhǎng)傳輸線由兩節(jié)傳 輸微帶線依次加載三個(gè)開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)構(gòu)成，級(jí)聯(lián)過(guò)程中共用中間的開(kāi)路枝節(jié)，形成 主線和副線都是由四節(jié)微帶線加載五個(gè)開(kāi)路枝節(jié)的等效結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01P5/18GK104393390SQ201410740353
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】吳秋逸, 林明忠, 趙小敏, 史小衛(wèi), 黃丘林, 魏峰 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)