一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，设置左右对称的主线和副线，同时设置了上下对称的分支线，主线两端分别设有输入端和第一隔离端口，副线两端分别设有第二隔离端口和耦合端，分支线设置于主线与副线之间，连接主副线。本发明采用微带结构，设计紧凑，加工简单，成本低廉，易于集成；基于分支线结构的耦合器，对主线和副线采用加载开路枝节的等效结构，便于实现小型化；采用两个四分之一波长分支耦合器级联结构增大带宽；耦合器具有很好的隔离度，隔离度都大于20dB；根据实际需求进行自适应改进，通过将分支线的电长度调整为单通带耦合器分支线电长度的两倍，实现耦合器工作于双通带环境中。
【专利说明】一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器
【技术领域】
[0001] 本发明属于高性能微波耦合器【技术领域】，尤其涉及一种应用于单或双通带的紧凑 型平面分支耦合器。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信的日益发展，各种现代通信系统快速发展。为了适应现代通信系统 的要求，小尺寸、宽带、多通带无源器件成为研究的重点。在射频系统中，耦合器可作为功分 器、混频器、功率合成器以及移相器，广泛地被嵌入到电子系统之中，成为许多微波电路的 重要组成部分。
[0003] 根据研究报道，从结构上来看耦合器种类繁多，差异很大，包括：同轴线型、波导 型、微带线型和带状线型。从耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支线耦 合、匹配双T。在射频系统中，分支线耦合器由于其能在保证耦合器性能的基础上使微波电 路实现小型化而受到重视。
[0004] 目前，国内外对耦合器进行了一系列研究工作，并取得了一些成果。但是，报道出 来的耦合器普遍面临着以下一些缺陷：
[0005] (1)耦合器很多采用腔体结构实现，体积大重量重，不便于系统小型化与集成。
[0006] (2) -部分耦合器采用多层结构，此类耦合器一般具有宽带宽、高隔离度的特点， 但多层技术使加工制作变得异常复杂。
[0007] (3)部分耦合器采用平面分支线结构，此种实现方式的耦合器相比于传统的腔体 结构耦合器，体积和重量上有一定改善，但尺寸仍然较大，性能仍无法达到最优。
[0008] 针对传统耦合器尺寸偏大的问题，目前已有一些文献提出在分支线输入 端和输出端之间的微带线之间加载集总元件。根据"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，通过加载集总电容元件，可以增加微带线的阻抗，为了使输入输 出的阻抗达到匹配，在一定程度上要缩短微带线的长度，从而达到减小尺寸的目的。这种方 法的缺点是引入集总元件的同时会使谐振频率发生偏移，工作带宽减小，降低耦合器的性 會泛。根据"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 结构，分支线耦合器小型化的实现是通过加载SIR枝节，这在一定程度上减小了尺寸，但没 有达到很好的效果，而且SIR结构的使用造成调节的不灵活性，不能任意调整阻抗的大小 实现双通带的不同频率比。
[0009] 无论是工业应用还是集成化的需要，尤其是移动终端和卫星通信系统的需求，都 急需一种设计简单、插损小、隔离度好、平面结构的耦合器。
【发明内容】
[0010] 本发明实施例的目的在于提供一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器， 改变主线和副线的传统微带线结构，在实现小型化的同时，解决现有小型化技术中引入集 总元件或使用SIR结构造成谐振频率发生偏移或调节不灵活等问题，同时可以任意调整阻 抗的大小实现双通带的不同频率比。
[0011] 本发明实施例是这样实现的，一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器， 该应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器包括左右对称的主线和副线，主线和副线均 由加载开路枝节的微带线构成；主线和副线与第一分支线、第二分支线和第三分支线连接， 第二分支线由两条对称的微带线并联而成，连接在主线和副线长度的二分之一处。
[0012] 进一步，该应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器还包括：金属地板、介质基 板，金属地板设置在介质基板的底面。
[0013] 进一步，主线两端分别设有输入端和第一隔离端口，副线两端分别设有第二隔离 $而口和稱合$而。
[0014] 进一步，第一分支线和第三分支线分别连在主线和副线的两端部。
[0015] 进一步，主线、副线、第一分支线、第二分支线、第三分支线、输入端、第一隔离端 口、耦合端、第二隔离端口均印制在介质基板上，金属地板为完整地。
[0016] 进一步，介质基板材料为RT/duroid 5880,相对介电常数为2. 2,介质板厚度为 0. 787mm，覆铜厚度为0. 018mm，损耗角正切为0. 0009。
[0017] 进一步，主线和副线是由主线和副线是由两节四分之一波长的传输线级联而成， 每节四分之一波长传输线由两节传输微带线依次加载三个开路枝节的等效结构构成，级联 过程中共用中间的开路枝节，形成主线和副线都是由四节微带线加载五个开路枝节的等效 结构构成。
[0018] 本发明提供的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，设置左右对称的主线 和副线，同时设置了上下对称的分支线，主线两端分别设有输入端和第一隔离端口，副线两 端分别设有第二隔离端口和耦合端，分支线设置于主线与副线之间，连接主副线。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0020] 1.本发明采用微带结构，设计紧凑，加工简单，成本低廉，易于集成。
[0021] 2.本发明采用主线和副线的加载开路枝节的等效结构，便于实现小型化。
[0022] 3.本发明采用级联两个四分之一波长分支耦合器的结构，可增大带宽。
[0023] 4.本发明的耦合器具有很好的隔离度，隔离都大于20dB，优于已报道的大部分耦 合器的隔离度。
[0024] 5.本发明能根据实际需求进行自适应改进，对于双通带耦合器而言，通过改变中 间分支线的阻抗来调节两个通带的中心频率比；通过将分支线的电长度调整为单通带耦 合器分支线电长度的两倍，可以实现耦合器工作于双通带环境下，从而满足不同的应用需 求，设计简单灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明实施例提供的实施例1和实施例2涉及的电路原理结构图；
[0026] 图2是本发明实施例提供的实施例1和2的整体结构示意图；
[0027] 图中：1、金属地板；2、介质基板；3、主线；4、副线；5、第一分支线；6、第二分支线； 7、第三分支线；8、输入端；9、第一隔离端口；10、耦合端；11、第二隔离端口；
[0028] 图3是本发明实施例提供的实施例1和2的侧视图；
[0029] 图4是本发明实施例提供的实施例1的整体结构尺寸示意图；
[0030] 图5是本发明实施例提供的实施例2的整体结构尺寸示意图；
[0031] 图6是本发明实施例提供的实施例1中的耦合特性仿真曲线图；
[0032] 图中，Sll是回波损耗的仿真结果；S21、S31、S41分别是输入端到第一隔离端口、 耦合端和第二隔离端口的传输系数的仿真结果；
[0033] 图7是是本发明实施例提供的实施例1中的耦合特性实测曲线图；
[0034] 图中，Sll是回波损耗的实测结果；S21、S31、S41分别是输入端到第一隔离端口、 耦合端和第二隔离端口的传输系数的实测结果；
[0035] 图8是本发明实施例提供的实施例1中的群时延特性仿真与实测曲线图；
[0036] 图9是本发明实施例提供的实施例2中的耦合特性仿真曲线图；
[0037] 图中，Sll是回波损耗的仿真结果；S21、S31、S41分别是输入端到第一隔离端口、 耦合端和第二隔离端口的传输系数的仿真结果；
[0038] 图10是本发明实施例提供的实施例2中的耦合特性实测曲线图；
[0039] 图中，Sll是回波损耗的实测结果；S21、S31、S41分别是输入端到第一隔离端口、 耦合端和第二隔离端口的传输系数的实测结果；
[0040] 图中，Sll是回波损耗的实测结果；S21、S31、S41分别是输入端到第一隔离端口、 耦合端和第二隔离端口的传输系数的实测结果； 图12是本发明实施例提供的实施例2中的相位曲线图；
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0042] 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0043] 实施例1
[0044] 如图1所示，本发明的主线是级联两节四分之一波长传输线，而每节四分之一波 长传输线都可以等效为两节微带线加载三个开路枝节的等效结构，主线、副线等效电路的 推导由来，具体等效过程如下：
[0045] 四分之一波长传输线的A参数矩阵为
【权利要求】
1. 一种应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在于，该应用于单或双通 带的紧凑型平面分支的耦合器包括左右对称的主线和副线，主线和副线均由加载开路枝节 的微带线构成；主线和副线与第一分支线、第二分支线和第三分支线连接，第二分支线由两 条对称的微带线并联而成，连接在主线和副线长度的二分之一处。
2. 如权利要求1所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在于，该 应用于单或双通带的紧凑型平面分支的耦合器还包括：金属地板、介质基板，金属地板设置 在介质基板的底面。
3. 如权利要求1所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在于，主 线两端分别设有输入端和第一隔离端口，副线两端分别设有第二隔离端口和耦合端。
4. 如权利要求1所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在于，第 一分支线和第三分支线分别连在主线和副线的两端部，第一分支线靠近输入端和第二隔离 端口，第三分支线靠近第一隔离端口和耦合端。
5. 如权利要求1、2或3所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在 于，主线、副线、第一分支线、第二分支线、第三分支线、输入端、第一隔离端口、稱合端、第二 隔离端口均印制在介质基板上。
6. 如权利要求2所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支耦合器，其特征在于，介 质基板材料为RT/duroid 5880,相对介电常数为2. 2,介质板厚度为0. 787mm，覆铜厚度为 0. 018mm，损耗角正切为0. 0009。
7. 如权利要求1所述的应用于单或双通带的紧凑型平面分支的耦合器，其特征在于， 主线和副线是由两节四分之一波长的传输线级联而成，每节四分之一波长传输线由两节传 输微带线依次加载三个开路枝节的等效结构构成，级联过程中共用中间的开路枝节，形成 主线和副线都是由四节微带线加载五个开路枝节的等效结构构成。
【文档编号】H01P5/18GK104393390SQ201410740353
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】吴秋逸, 林明忠, 赵小敏, 史小卫, 黄丘林, 魏峰 申请人:西安电子科技大学