一種應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，設置左右對稱的主線和副線，同時設置了上下對稱的分支線，主線兩端分別設有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設有第二隔離端口和耦合端，分支線設置于主線與副線之間，連接主副線。本發(fā)明采用微帶結構，設計緊湊，加工簡單，成本低廉，易于集成；基于分支線結構的耦合器，對主線和副線采用加載開路枝節(jié)的等效結構，便于實現小型化；采用兩個四分之一波長分支耦合器級聯結構增大帶寬；耦合器具有很好的隔離度，隔離度都大于20dB；根據實際需求進行自適應改進，通過將分支線的電長度調整為單通帶耦合器分支線電長度的兩倍，實現耦合器工作于雙通帶環(huán)境中。
【專利說明】一種應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器

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

【背景技術】
[0002] 隨著無線通信的日益發(fā)展，各種現代通信系統快速發(fā)展。為了適應現代通信系統 的要求，小尺寸、寬帶、多通帶無源器件成為研究的重點。在射頻系統中，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之中，成為許多微波電路的 重要組成部分。
[0003] 根據研究報道，從結構上來看耦合器種類繁多，差異很大，包括：同軸線型、波導 型、微帶線型和帶狀線型。從耦合機理來看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支線耦 合、匹配雙T。在射頻系統中，分支線耦合器由于其能在保證耦合器性能的基礎上使微波電 路實現小型化而受到重視。
[0004] 目前，國內外對耦合器進行了一系列研究工作，并取得了一些成果。但是，報道出 來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構實現，體積大重量重，不便于系統小型化與集成。
[0006] (2) -部分耦合器采用多層結構，此類耦合器一般具有寬帶寬、高隔離度的特點， 但多層技術使加工制作變得異常復雜。
[0007] (3)部分耦合器采用平面分支線結構，此種實現方式的耦合器相比于傳統的腔體 結構耦合器，體積和重量上有一定改善，但尺寸仍然較大，性能仍無法達到最優(yōu)。
[0008] 針對傳統耦合器尺寸偏大的問題，目前已有一些文獻提出在分支線輸入 端和輸出端之間的微帶線之間加載集總元件。根據"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 出的阻抗達到匹配，在一定程度上要縮短微帶線的長度，從而達到減小尺寸的目的。這種方 法的缺點是引入集總元件的同時會使諧振頻率發(fā)生偏移，工作帶寬減小，降低耦合器的性 會泛。根據"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 結構，分支線耦合器小型化的實現是通過加載SIR枝節(jié)，這在一定程度上減小了尺寸，但沒 有達到很好的效果，而且SIR結構的使用造成調節(jié)的不靈活性，不能任意調整阻抗的大小 實現雙通帶的不同頻率比。
[0009] 無論是工業(yè)應用還是集成化的需要，尤其是移動終端和衛(wèi)星通信系統的需求，都 急需一種設計簡單、插損小、隔離度好、平面結構的耦合器。


【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明實施例的目的在于提供一種應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微帶線結構，在實現小型化的同時，解決現有小型化技術中引入集 總元件或使用SIR結構造成諧振頻率發(fā)生偏移或調節(jié)不靈活等問題，同時可以任意調整阻 抗的大小實現雙通帶的不同頻率比。
[0011] 本發(fā)明實施例是這樣實現的，一種應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器， 該應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器包括左右對稱的主線和副線，主線和副線均 由加載開路枝節(jié)的微帶線構成；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稱的微帶線并聯而成，連接在主線和副線長度的二分之一處。
[0012] 進一步，該應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、介質基 板，金屬地板設置在介質基板的底面。
[0013] 進一步，主線兩端分別設有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設有第二隔離 $而口和稱合$而。
[0014] 進一步，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基板上，金屬地板為完整地。
[0016] 進一步，介質基板材料為RT/duroid 5880,相對介電常數為2. 2,介質板厚度為 0. 787mm，覆銅厚度為0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
[0017] 進一步，主線和副線是由主線和副線是由兩節(jié)四分之一波長的傳輸線級聯而成， 每節(jié)四分之一波長傳輸線由兩節(jié)傳輸微帶線依次加載三個開路枝節(jié)的等效結構構成，級聯 過程中共用中間的開路枝節(jié)，形成主線和副線都是由四節(jié)微帶線加載五個開路枝節(jié)的等效 結構構成。
[0018] 本發(fā)明提供的應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，設置左右對稱的主線 和副線，同時設置了上下對稱的分支線，主線兩端分別設有輸入端和第一隔離端口，副線兩 端分別設有第二隔離端口和耦合端，分支線設置于主線與副線之間，連接主副線。
[0019] 與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0020] 1.本發(fā)明采用微帶結構，設計緊湊，加工簡單，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路枝節(jié)的等效結構，便于實現小型化。
[0022] 3.本發(fā)明采用級聯兩個四分之一波長分支耦合器的結構，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)于已報道的大部分耦 合器的隔離度。
[0024] 5.本發(fā)明能根據實際需求進行自適應改進，對于雙通帶耦合器而言，通過改變中 間分支線的阻抗來調節(jié)兩個通帶的中心頻率比；通過將分支線的電長度調整為單通帶耦 合器分支線電長度的兩倍，可以實現耦合器工作于雙通帶環(huán)境下，從而滿足不同的應用需 求，設計簡單靈活。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實施例提供的實施例1和實施例2涉及的電路原理結構圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實施例提供的實施例1和2的整體結構示意圖；
[0027] 圖中：1、金屬地板；2、介質基板；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)明實施例提供的實施例1和2的側視圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明實施例提供的實施例1的整體結構尺寸示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明實施例提供的實施例2的整體結構尺寸示意圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明實施例提供的實施例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的仿真結果；
[0033] 圖7是是本發(fā)明實施例提供的實施例1中的耦合特性實測曲線圖；
[0034] 圖中，Sll是回波損耗的實測結果；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的實測結果；
[0035] 圖8是本發(fā)明實施例提供的實施例1中的群時延特性仿真與實測曲線圖；
[0036] 圖9是本發(fā)明實施例提供的實施例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的仿真結果；
[0038] 圖10是本發(fā)明實施例提供的實施例2中的耦合特性實測曲線圖；
[0039] 圖中，Sll是回波損耗的實測結果；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的實測結果；
[0040] 圖中，Sll是回波損耗的實測結果；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的實測結果； 圖12是本發(fā)明實施例提供的實施例2中的相位曲線圖；

【具體實施方式】
[0041] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0042] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0043] 實施例1
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明的主線是級聯兩節(jié)四分之一波長傳輸線，而每節(jié)四分之一波 長傳輸線都可以等效為兩節(jié)微帶線加載三個開路枝節(jié)的等效結構，主線、副線等效電路的 推導由來，具體等效過程如下：
[0045] 四分之一波長傳輸線的A參數矩陣為

【權利要求】
1. 一種應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，該應用于單或雙通 帶的緊湊型平面分支的耦合器包括左右對稱的主線和副線，主線和副線均由加載開路枝節(jié) 的微帶線構成；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 條對稱的微帶線并聯而成，連接在主線和副線長度的二分之一處。
2. 如權利要求1所述的應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、介質基板，金屬地板設置 在介質基板的底面。
3. 如權利要求1所述的應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，主 線兩端分別設有輸入端和第一隔離端口，副線兩端分別設有第二隔離端口和耦合端。
4. 如權利要求1所述的應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. 如權利要求1、2或3所述的應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、稱合端、第二 隔離端口均印制在介質基板上。
6. 如權利要求2所述的應用于單或雙通帶的緊湊型平面分支耦合器，其特征在于，介 質基板材料為RT/duroid 5880,相對介電常數為2. 2,介質板厚度為0. 787mm，覆銅厚度為 0. 018mm，損耗角正切為0. 0009。
7. 如權利要求1所述的應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)四分之一波長的傳輸線級聯而成，每節(jié)四分之一波長傳輸線由兩節(jié)傳 輸微帶線依次加載三個開路枝節(jié)的等效結構構成，級聯過程中共用中間的開路枝節(jié)，形成 主線和副線都是由四節(jié)微帶線加載五個開路枝節(jié)的等效結構構成。
【文檔編號】H01P5/18GK104393390SQ201410740353
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權日: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 申請人:西安電子科技大學