CN102185576A

CN102185576A - 集总参数正交耦合器

Info

Publication number: CN102185576A
Application number: CN201110044335XA
Authority: CN
Inventors: 马方玥; 刘赛尔; 隋文泉
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明公开了一种集总参数正交耦合器，包括九个电容和四个电感，四个电感和三个电容连接成双回路，各连接点通过电容接地，构成二级感性耦合结构。本发明的集总参数正交耦合器，其占用面积小，可以在非常宽的频带内保持很好的输出幅度平衡度和输出相位平衡度，适用于频段为8-12GHz的信号电路。

Description

集总参数正交耦合器

技术领域

本发明属于通信电路元件领域，具体涉及一种集总参数正交耦合器。

背景技术

在现代通信系统中，射频电路或者微波电路，如平衡放大器，镜像抑制混频器，常常需要用到正交耦合器。一般情况下，正交耦合器常常用四分之一波长传输线结构来实现，比如常用的分支线耦合器和兰格耦合器。但是，如果耦合器的工作频率小于20GHz，四分之一波长传输线结构就会占用太多的芯片面积。

发明内容

本发明提供了一种集总参数正交耦合器，其占用面积小，且具有较宽的适用频段，从而解决了现有技术所存在的占用面积大的技术问题。集总参数是指设计中用电容和电感的串并联来模拟各种参数。

一种集总参数正交耦合器，包括九个电容和四个电感，其中，第一电感、第二电感、第九电容、第四电感、第三电感和第七电容依次连接成回路，所述第七电容和所述第一电感连接于第一连接点，所述第一电感和所述第二电感连接于第二连接点，所述第二电感和所述第九电容连接于第三连接点，所述第九电容和所述第四电感连接于第六连接点，所述第四电感和所述第三电感连接于第五连接点，所述第三电感和所述第七电容连接于第四连接点；第一电容跨接在所述第一连接点和地之间，第二电容跨接在所述第二连接点和地之间，第三电容跨接在所述第三连接点和地之间，第四电容跨接在所述第四连接点和地之间，第五电容跨接在所述第五连接点和地之间，第六电容跨接在所述第六连接点和地之间，第八电容跨接在所述第二连接点和第五连接点之间，所述第一连接点连接第一端口，所述第三连接点连接第二端口，所述第四连接点连接第四端口，所述第六连接点连接第三端口。

优选的技术方案中，所述第一电容、第三电容、第四电容、第六电容具有相同的电容值，所述第二电容、第五电容的电容值是第一电容的电容值的两倍。

优选的技术方案中，所述第七电容和第九电容具有相同的电容值，所述第八电容的电容值是第七电容的电容值的两倍。

优选的技术方案中，所述第一电感和所述第三电感构成电压比为1的第一变压器；所述第二电感和所述第四电感构成电压比为1的第二变压器，从而增加电路的平衡性，使得各路传输的信号幅度可以相等，这样第二端口和第四端口的幅度值可以实现相等，相位能够准确偏差90度。

本发明采用二级感性耦合结构，可以在非常宽的频带内保持很好的输出幅度平衡度和输出相位平衡度，并且具有较小的体积，占用面积小。本发明的集总参数正交耦合器特别适用于频段为8-12GHz的信号电路。

附图说明

图1是本发明的集总参数正交耦合器的一种电路结构图；

图2是对图1中的第二端口和第四端口相位测试结果图；

图3是图1中各端口的端口反射系数测试结果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

一种集总参数正交耦合器，如图1所示，包括九个电容和四个电感，第一电感L1、第二电感L2、第九电容C9、第四电感L4、第三电感L3和第七电容C7依次连接成回路，第七电容C7和第一电感L1连接于第一连接点，第一电感L1和第二电感L2连接于第二连接点，第二电感L2和第九电容C9连接于第三连接点，第九电容C9和第四电感L4连接于第六连接点，第四电感L4和第三电感L3连接于第五连接点，第三电感L3和第七电容C7连接于第四连接点，第一电容C1跨接在第一连接点和地之间，第二电容C2跨接在第二连接点和地之间，第三电容C3跨接在第三连接点和地之间，第四电容C4跨接在第四连接点和地之间，第五电容C5跨接在第五连接点和地之间，第六电容C6跨接在第六连接点和地之间，第八电容C8跨接在第二连接点和第五连接点之间，第一连接点连接第一端口31，第三连接点连接第二端口32，第四连接点连接第四端口34，第六连接点连接第三端口33。

第一电容C1、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6具有相同的电容值，第二电容C2、第五电容C5的电容值是第一电容C1的电容值的两倍。第七电容C7、第九电容C9具有相同的电容值，第八电容C8的电容值是第七电容C7的电容值的两倍。第一电感L1和第三电感L3构成电压比为1的第一变压器，第二电感L2和第四电感L4构成电压比为1的第二变压器。本实施例中，上述各元件的参数值选择如下：

C1＝C3＝C4＝C6＝56.9fF，C2＝C5＝113.8fF，C7＝C9＝142fF，C8＝284fF；L1＝L2＝L3＝L4＝0.836nH；电感间的互感M＝0.597nH。

第一端口31为输入端口的情况下：如果第二端口32是隔离口，则此耦合器为转换方向耦合器；如果第三端口33为隔离口，则此耦合器为反向耦合器；如果第四端口34为隔离端口，则此耦合器为平行耦合器。

图2是本实施例的第二端口32和第四端口34的输出信号相位关系，可以看到在8-12GHz范围内两路信号的相位差为90度。

图3是本实施例的各端口的端口反射系数曲线。Sij的含义是：能量从j口注入，在i口测得的能量。S11为从第一端口31反射的能量与输入能量比值的平方根；S21为第二端口32匹配时，第一端口31到第二端口32的正向传输系数；S31定义为第三端口33匹配时，第一端口31到第三端口33的正向传输系数；S41定义为第四端口34匹配时，第一端口31到第四端口34的正向传输系数。图3中可以看到在8-12GHz范围内第二端口32和第四端口34的幅度几乎相等，而第一端口31的回波系数非常小，第三端口33的输出也非常小。

因此，本实施例可以很好地满足8-12GHz内的信号的耦合，在具有较大带宽的情况下保持了很好的输出幅度平衡度和输出相位平衡度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电容、电感等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种集总参数正交耦合器，其特征在于，包括九个电容和四个电感，其中，第一电感、第二电感、第九电容、第四电感、第三电感和第七电容依次连接成回路，所述第七电容和所述第一电感连接于第一连接点，所述第一电感和所述第二电感连接于第二连接点，所述第二电感和所述第九电容连接于第三连接点，所述第九电容和所述第四电感连接于第六连接点，所述第四电感和所述第三电感连接于第五连接点，所述第三电感和所述第七电容连接于第四连接点；第一电容跨接在所述第一连接点和地之间，第二电容跨接在所述第二连接点和地之间，第三电容跨接在所述第三连接点和地之间，第四电容跨接在所述第四连接点和地之间，第五电容跨接在所述第五连接点和地之间，第六电容跨接在所述第六连接点和地之间，第八电容跨接在所述第二连接点和第五连接点之间，所述第一连接点连接第一端口，所述第三连接点连接第二端口，所述第四连接点连接第四端口，所述第六连接点连接第三端口。

2.根据权利要求1所述的集总参数正交耦合器，其特征在于，所述第一电容、第三电容、第四电容、第六电容具有相同的电容值，所述第二电容、第五电容的电容值是第一电容的电容值的两倍。

3.根据权利要求1所述的集总参数正交耦合器，其特征在于，所述第七电容和第九电容具有相同的电容值，所述第八电容的电容值是第七电容的电容值的两倍。

4.根据权利要求1～3任一所述的集总参数正交耦合器，其特征在于，所述第一电感和所述第三电感构成电压比为1的第一变压器；所述第二电感和所述第四电感构成电压比为1的第二变压器。