一种基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种微波双频禪合器，其属于多频微波禪合器领域。
【背景技术】
[0002] 目前，微波双频禪合器的实现方案一般有W下几种：
[0003] 1.基于复合左右手传输线的双频变换器的设计方案。此种方案是基于集总参数的 等效传输线理论，在传输线上加载集总电容，电感来构建左手传输线，产生等效的负介电常 数和负磁导率。由于存在不可避免的寄生右手效应，因而此种传输线具有左手和右手传输 特性。利用此传输线的可控色散和负电长度特性构造双频阻抗变换器。
[0004] 2.基于加载枝节线的双频阻抗变换器的设计方案。此种方案侧重于设计各种加载 枝节线结构，具有代表性的有T型或者n型或者r型或者E型结构及其改进结构，抑或 是加载阶梯型枝节线，短路禪合线等。由于加载枝节线结构的设计多种多样，使得双频禪合 器的实现形式很灵活，得到广泛应用。 阳0化]3.基于禪合谐振器结构的设计方案。此方案是将传统的四分之一波长传输线等效 为两端连接并联谐振器的阻抗或导纳变换器，使得设计的双频禪合器具有一定的带通滤波 特性。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于阶梯型阻抗变 换器的双频禪合器，该禪合器不仅解决了双频禪合器实现结构尺寸较大，工作带宽较窄的 问题，同时可W使用微带线，带状线等平面传输线形式实现，成本较低。
[0007] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] 一种基于阶梯型阻抗变换器的双频禪合器，包括第一、第二组双频阻抗变换器，第 一组双频阻抗变换器包括两个第一双频阻抗变换器，第二组双频阻抗变换器包括两个第二 双频阻抗变换器，第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器按分组不同交替排列且依次 首尾连接形成环状结构，同时从第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器的连接处引出 端口，从而实现双频禪合器；其中，所述第一双频阻抗变换器包括两个第一双阻抗传输线和 第二双阻抗传输线，所述第一双阻抗传输线设置于第二双阻抗传输线的两端形成对称型= 节式阶梯阻抗传输线；所述第二双频阻抗变换器包括第=双阻抗传输线和第四双阻抗传输 线，所述第=双阻抗传输线设置于第四双阻抗传输线的两端形成对称型=节式阶梯阻抗传 输线。
[0009] 优选的：所述第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器按分组不同交替排列且 依次首尾连接形成环状方形结构。
[0010] 优选的：所述第一双频阻抗变换器的两个频率点处均等效为K阻抗变换器；所述 第二双频阻抗变换器的两个频率点处均等效为K阻抗变换器。
[0011] 优选的：所述双频阻抗变换器的参数：
阳01引其中，0fi，0。分别是传输线在频率f1，f2处的电长度，且0fz/efi=f2化二m，m为工作频率比，r=Z2/Z1，Zi, 0 1是两端的阻抗传输线的特征阻抗和电长度，Z2, 0 2是中 间的阻抗传输线的特征阻抗和电长度是K变换器的阻抗值。
[0014] 优选的：两组双频阻抗变换器之间的频率比为5. 2,其中一组的传输线的特征阻 抗45. 2Q、27. 7Q，对应的电长度29.OdegOL0GHz、29.OdegOLOGHz;另一组传输线的特征 阻抗64.OQ、39. 1Q，对应的电长度29.OdegOL0GHz、29.OdegOLOGHz;出口端的特征阻抗 50Q。
[0015] 本发明提供的一种基于阶梯型阻抗变换器的双频禪合器，相比现有技术，具有W 下有益效果：
[0016] (1).本发明可W实现双频禪合器，而且其结构新颖；
[0017] (2).双频禪合器的结构简单，整体尺寸较小，有利于电路的集成设计；
[0018] (3).两频点处的匹配性好，插入损耗较低，隔离度高。
【附图说明】
[0019] 图1传统正交3地定向禪合器结构图。
[0020] 图2经典的单频阻抗变换器的结构图。
[0021] 图3双频阶梯阻抗型变换器的结构图。
[0022] 图4基于阶梯阻抗型变换器的双频禪合器结构图.
[0023] 图5双频禪合器（频比为5. 2)的插入损耗悅1，S31)和回波损耗（Sll)曲线图.
[0024] 图6双频禪合器（频比为5. 2)的插入损耗（S21，S31)的相位曲线图. 阳02引图7双频禪合器（频比为5.。的隔离度（S41)曲线图。
【具体实施方式】
[00%] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0027] 一种基于阶梯型阻抗变换器的双频禪合器，如图4所示，包括第一、第二组双频阻 抗变换器，第一组双频阻抗变换器包括两个第一双频阻抗变换器，第二组双频阻抗变换器 包括两个第二双频阻抗变换器，所述第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器按分组不 同交替排列且依次首尾连接形成环状方形结构，同时从第一双频阻抗变换器和第二双频阻 抗变换器的连接处引出端口任1，？2, ？4)，从而实现双频禪合器；其中，如图3所示，所述 第一双频阻抗变换器包括两个第一双阻抗传输线和第二双阻抗传输线，所述第一双阻抗传 输线设置于第二双阻抗传输线的两端形成对称型=节式阶梯阻抗传输线；所述第二双频阻 抗变换器包括第=双阻抗传输线和第四双阻抗传输线，所述第=双阻抗传输线设置于第四 双阻抗传输线的两端形成对称型=节式阶梯阻抗传输线。
[0028] 所述第一双频阻抗变换器的两个频率点处均等效为K阻抗变换器；所述第二双频 阻抗变换器的两个频率点处均等效为K阻抗变换器。
[0029] 图1给出了传统正交3地定向禪合器结构图。其中，阻抗变换器如图2所示，是设 计的核屯、，其既要满足阻抗变换功能，实现各端口阻抗匹配，减小功率的反射损耗，也要满 足相位偏移功能，实现直通臂和禪合臂信号的正交性。其网络特性可用矩阵参数来表示。
[0030] 其ABCD矩阵为：
[0032] 其中是K变换器的阻抗值，j为虚数单位，A为K变换器的传输矩阵。
[0033] 图3是双频K阻抗变换器的结构图。双频阻抗变换器由对称型=节阶梯阻抗传输 线构成的，其在两个频率点处均可等效为K阻抗变换器，即可通过图3结构与原始K变换器 的等效关系来分析。
[0036] 其中，Zi, 0 1是两端的阻抗传输线的特征阻抗和电长度，Z2, 0 2是中间的阻抗传输 线的特征阻抗和电长度，At为图3结构的传输矩阵，A1，Bi,Cl,化为传输矩阵元素。
[0037]为简化分析可令01=02,r=Z2/Z1，考虑到在两个频率点fi，f2= mf1处，两矩 阵参数相等即Ai=At，经推导可获得W下方程：
[0039] 其中，0fi,目f2分别是传输线在频率f1,fz处的电长度，且9fz/目fi二f2/"fi二m， m为工作频率比。
[0040] 对于两个工作频率分别为IGHz和5. 2GHz(频率比为5. 2)的双频禪合器，结构如 图4所示，通过数值分析求解（4)式子，从而来获取当Zt= 50Q，35. 35Q时合适的阶梯阻 抗型变换器结构的电长度和特性阻抗参数，最终获得的各传输线的特性阻抗和电长度参数 如下表所示：
[0041 ]
[0042] 其中，Z。是端口的阻抗。
[0043] 图5-图7表征了对工作频比为5. 2的双频禪合器进行仿真的性能曲线，其中Sll 曲线为端口 1反射特性曲线，S21和S31曲线为直通特性曲线和禪合特性曲线，S32为隔离 曲线。两个频点相应的S参数为：
[0044]fi= 1.OGHz,IS。I= -52.8dB,ISziI=ISsiI= -3.OdB,IS" =-52.8地，ZS21-ZS31= 90。
[0045]fz= 5. 2GHz,IS。I= -41. 7dB,ISziI=ISsiI= -3.OdB,IS" =-41. 7dB,ZS21-ZS31= 90。
[0046] 本发明采用对称型=节阶梯阻抗传输线构成双频阻抗变换器，该双频阻抗变换 器，既要使得在两个工作频点处实现各端口阻抗匹配，减小功率的反射损耗，又要满足相 位偏移功能，实现直通臂和禪合臂信号的正交性从而实现双频3地定向禪合器。该双频禪 合器的电路结构简单，工作频率比可调，整体尺寸较小，由于没有加载任何枝节线等谐振单 元，因而工作带宽较宽，其可W使用微带线，带状线等平面传输线形式实现，成本较低。
[0047] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，其特征在于：包括第一、第二组双频阻 抗变换器，第一组双频阻抗变换器包括两个第一双频阻抗变换器，第二组双频阻抗变换器 包括两个第二双频阻抗变换器，第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器按分组不同交 替排列且依次首尾连接形成环状结构，同时从第一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器 的连接处引出端口，从而实现双频耦合器；其中，所述第一双频阻抗变换器包括两个第一双 阻抗传输线和第二双阻抗传输线，所述第一双阻抗传输线设置于第二双阻抗传输线的两端 形成对称型三节式阶梯阻抗传输线；所述第二双频阻抗变换器包括第三双阻抗传输线和第 四双阻抗传输线，所述第三双阻抗传输线设置于第四双阻抗传输线的两端形成对称型三节 式阶梯阻抗传输线。2. 根据权利要求1所述的基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，其特征在于：所述第 一双频阻抗变换器和第二双频阻抗变换器按分组不同交替排列且依次首尾连接形成环状 方形结构。3. 根据权利要求1所述的基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，其特征在于：所述第 一双频阻抗变换器的两个频率点处均等效为K阻抗变换器；所述第二双频阻抗变换器的两 个频率点处均等效为K阻抗变换器。4. 根据权利要求1所述的基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，其特征在于：所述双 频阻抗变换器的参数：其中，Qfl，分别是传输线在频率fi，f2处的电长度，且θ f2/9fi=fVfi=m，mS 工作频率比，r = zyzp Zi，Θ 1是两端的阻抗传输线的特征阻抗和电长度，ζ2, Θ 2是中间的 阻抗传输线的特征阻抗和电长度，4是Κ变换器的阻抗值。5. 根据权利要求1所述的基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，其特征在于：两组双 频阻抗变换器之间的频率比为5. 2,其中一组的传输线的特征阻抗45. 2 Ω、27. 7 Ω，对应的 电长度29. OdegOl. 0GHz、29. OdegOl. OGHz ;另一组传输线的特征阻抗64. Ο Ω、39. 1 Ω，对应 的电长度 29. OdegOl. 0GHz、29. OdegOl. 0GHz ;出口端的特征阻抗 50 Ω。
【专利摘要】本发明公开了一种基于阶梯型阻抗变换器的双频耦合器，包括两组双频阻抗变换器，每组双频阻抗变换器包括两个双频阻抗变换器，这四个双频阻抗变换器按分组不同交替排列且依次首尾连接形成环状结构，同时从这四个双频阻抗变换器的连接处引出端口，从而实现双频耦合器；其中，所述双频阻抗变换器由对称型三节式阶梯阻抗传输线构成，本发明的耦合器不仅解决了双频耦合器实现结构尺寸较大，工作带宽较窄的问题，同时可以使用微带线，带状线等平面传输线形式实现，成本较低。
【IPC分类】H01P5/08
【公开号】CN105337012
【申请号】CN201510643111
【发明人】缪细洋, 刘云, 朱爽, 蒋帅
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月30日