CN102263315B

CN102263315B - 基于交指结构的3dB双分支定向耦合器

Info

Publication number: CN102263315B
Application number: CN 201110143384
Authority: CN
Inventors: 徐峰柳; 刘学观
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102263315A

Abstract

本发明公开了一种基于交指结构的3dB双分支定向耦合器，包括主线、副线、第一分支线、第二分支线，主线两端分别设有第一端口和第二端口，副线两端分别第有第三端口和第四端口，其特征在于：所述主线、副线、第一分支线和第二分支线分别由交指结构和交指结构两端的余留部分构成；主线余留部分外侧设有主线阻抗调节部分，副线余留部分外侧设有副线阻抗调节部分。交指结构的慢波特性缩小了耦合器的尺寸，横向交指结构的低通特性使其在很宽的频带内具有平稳而且接近于普通微带线的插损，因此，用它代替普通微带线保证了高频段特性的平稳，克服了现有技术中的不足。

Description

基于交指结构的3dB双分支定向耦合器

技术领域

本发明涉及一种3dB双分支定向耦合器；更具体的是，涉及一种基于交指结构的3dB双分支定向耦合器，该耦合器由于介入了交指结构，在保证特性不变的情况下缩小了所占面积。

背景技术

随着移动通信技术和卫星通信技术的发展，为了便于携带和移动，通信设备的小型化是未来的发展趋势。而移动通信所使用频段处于微波范围，因此实现微波电路的小型化，不仅在实用方面，而且在学术方面均有重要的研究价值。分支线定向耦合器作为功分器、混频器、功率合成器以及移相器被广泛用于微波集成电路以及单片集成电路中。在现代微波通信系统中，分支线耦合器是发展最快的无源器件之一，而小型化是发展中的重要课题之一。在过去的几年里，研究者们利用各种方法实现分支耦合器的小型化，目的就是缩小耦合器所占电路板面积，在保证耦合器性能的基础上，使微波电路小型化。

现有技术中，1997年，Iwata Sakagami等人在亚太微波会议上，发表论文“A Reduced Branch-line Coupler With Eight Stubs(一种带有八支节的小型分支线耦合器）”，提出了一种带有八个支节微带线的分支耦合器，实现了小型化，该耦合器中心频率为500MHz,在低频段和传统耦合器特性一致，但是在高频段存在着差异，因此这种改进方法只适用于低频段。2008年，纪生宝、张绍洲在无线电工程38卷第4期发表论文《微波3dB微带双分支定向耦合器的小型化》，用接开路线的方法对标准3dB微带双分支线定向耦合器进行小型化,该耦合器工作频率为2GHz,与标准3dB双分支线定向耦合器的S参量特性曲线相比,在低频和中心频率S参量特性曲线两者相一致,但到了高频部分S21、S31衰减很严重。由此可见，上述两种方法虽然达到了缩小尺寸的效果，但带来了高频部分的衰减。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种新型的3dB双分支定向耦合器，改变分支线的传统微带线结构，在缩小器件尺寸的同时，在较高的工作频率上达到与传统耦合器一样的特性曲线。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于交指结构的3dB双分支定向耦合器，包括主线、副线，在主线和副线之间设有第一分支线、第二分支线，主线两端分别设有第一端口和第二端口，副线两端分别设有第三端口和第四端口，所述主线由主线交指结构和交指结构两端的主线余留部分构成，所述副线由副线交指结构和交指结构两端的副线余留部分构成，所述第一分支线由第一分支线交指结构和交指结构两端的第一分支线余留部分构成，所述第二分支线由第二分支线交指结构和交指结构两端的第二分支线余留部分构成；所述主线余留部分外侧设有主线阻抗调节部分，副线余留部分外侧设有副线阻抗调节部分。

上文中，与传统3dB双分支定向耦合器相比，四个端口的尺寸保持不变，由于交指结构改变了主副线以及分支线的阻抗，因此通过调节余留主副线、分支线的宽度来使阻抗等同于原有阻抗。其中，主线阻抗调节部分和副线阻抗调节部分加于主副线余留部分上，使得主副线余留部分宽度变大，而分支线余留部分宽度变小才能使阻抗等同于原有阻抗。

上述技术方案中，每一所述交指结构为横向低通型交指结构，其端口为一根终端线的两端。而传统交指结构端口分别连接在两根终端线上，为纵向带通型交指结构。选择横向低通型交指结构是因为横向交指结构能充分利用传统耦合器中间的空心部分，提高空间利用率，另外其低通特性能保证在较宽的频带范围内不会引起谐振，且插损较小。交指结构尺寸参数包括：终端线宽度、指长、指宽、指间距、指末与终端线间距。考虑到布局和阻抗设计，可以采用两种尺寸规格的交指结构，分别用于主副线和分支线，它们具有不同的指长和指宽，其它参数一样。

优选的技术方案，所述的各交指结构分别设在主线、副线、第一分支线和第二分支线的中部。

上述技术方案中，采用微带线制成，主副线和分支线余留部分、阻抗调节部分以及交指结构部分为微带线上层，介质板采用低介电常数物质，地为完整地。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明利用横向低通型交指结构代替传统耦合器的主副线以及分支线，由于交指结构具有慢波特性，要得到特定电长度，交指结构所需物理长度小于传统微带线所需物理长度，因此，利用交指结构能缩小耦合器的尺寸。另外，横向低通型交指结构具有低通特性，在很宽的频带内具有平稳而且接近于普通微带线的插损，因此，用它代替普通微带线不会引起高频特性的变化，克服了现有技术中的不足。

附图说明

图1是本发明实施例一的正面结构示意图。

图2是传统耦合器正面结构示意图。

图3是实施例一中横向低通型交指结构正面结构放大示意图。

图4是传统耦合器特性曲线图。

图5是实施例一的耦合器特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：如图1所示，本实施例包括：传统3dB双分支定向耦合器余留部分、阻抗调节部分和交指结构部分。

本实施例所述的传统3dB双分支定向耦合器余留部分包括：第一端口2，第二端口16，第三端口12，第四端口6，主线余留部分1、17，副线余留部分7、11，分支线余留部分3、5、13、15。四个端口尺寸保持不变，为50Ω传输线。分支线余留部分为了抵抗交指结构对阻抗的影响减小至1.5mm。

阻抗调节部分包括：主线阻抗调节部分18、20，副线阻抗调节部分8、10。阻抗调节部分相当于增加了主副线宽度，使之扩展为6mm。

交指部分包括主副线交指结构9、19，分支线交指结构4、14。

图2为一款传统的3dB双分支定向耦合器，是本实施例欲改进的目标。

如图3所示，本实施例所述的横向低通型交指结构主要有以下几个参数：终端线宽度Wt、指宽w、指长l、指间距D、指末与终端线间距Ge，端口为一根终端线的两端。用在本实施例的交指结构分成两种尺寸规格，分别用于主副线和分支线，它们具有不同的指长和指宽，其它参数一样。用于主副线的交指结构指长4.8mm、指宽0.3mm，用于分支线的交指结构指长2.2mm、指宽0.7mm，两种规格交指结构终端线宽1mm，指间距0.2mm，指末与终端线间距0.3mm。

本实施例采用的介质板为高0.8mm，介电常数为2.55的FR4基板。

本实施例与传统耦合器实物相比面积缩小至63%。

如图4所示，传统耦合器中心频率为2.5GHz，带宽为200MHz，在带宽内，S11、S14低于-20dB，S12、S13为3dB。

如图5所示，本实施例中心频率为2.5GHz，带宽为200MHz，在带宽内，S11、S14低于-20dB，S12、S13为3dB，与传统耦合器即改进目标特性曲线吻合，在高频部分特性稳定，克服了现有技术的缺点。

Claims

1. 一种基于交指结构的3dB双分支定向耦合器，包括主线、副线，在主线和副线之间设有第一分支线、第二分支线，主线两端分别设有第一端口和第二端口，副线两端分别设有第三端口和第四端口，其特征在于：所述主线由主线交指结构和交指结构两端的主线余留部分构成，所述副线由副线交指结构和交指结构两端的副线余留部分构成，所述第一分支线由第一分支线交指结构和交指结构两端的第一分支线余留部分构成，所述第二分支线由第二分支线交指结构和交指结构两端的第二分支线余留部分构成；所述主线余留部分外侧设有主线阻抗调节部分，副线余留部分外侧设有副线阻抗调节部分；每一所述交指结构为横向低通型交指结构，其端口为一根终端线的两端。

2. 根据权利要求1所述的基于交指结构的3dB双分支定向耦合器，其特征在于：所述的各交指结构分别设在主线、副线、第一分支线和第二分支线的中部。