CN102361151B

CN102361151B - 一种非对称共面波导横跨定向耦合器

Info

Publication number: CN102361151B
Application number: CN 201110346548
Authority: CN
Inventors: 王钟葆; 房少军; 刘宏梅
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: CN102361151A

Abstract

本发明公开了一种非对称共面波导横跨定向耦合器，包括平行耦合线、跨接电容、开路短截线、非对称共面波导输入输出馈线、地板和介质支撑板；所述地板分为上层地板和下层开槽地板；所述平行耦合线在下层开槽地板开槽处正上方；所述平行耦合线通过非对称共面波导输入输出馈线连接到连接端；所述介质支撑板用于支撑平行耦合线、跨接电容、开路短截线、非对称共面波导输入输出馈线和地板；所述平行耦合线由三节耦合段组成，左右两节耦合段的宽度比中间耦合段的宽度窄；所述跨接电容连接于每节耦合段的中间。本发明的方向性≥50dB、输出端口间幅度差≤0.5dB，远优于现有技术。本发明更适合采用普通印制电路板技术实现，具有易加工的特点。

Description

一种非对称共面波导横跨定向耦合器

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的定向耦合器，尤其涉及一种非对称共面波导横跨定向耦合器。

背景技术

在移动通信技术迅速发展的今天，定向耦合器已经成为许多微波电路的重要组成部分(如平衡功率放大器、混频器、移相器、滤波器、天线阵系统等)，其主要功能是实现信号功率分配/合成、功率取样/检测和天线阵的馈电等。定向耦合器实质上是在特定的频率范围内将输入信号功率按特定比例分成两个输出信号的四端口网络。耦合器有许多种类，各有其特点。平面电路耦合器是定向耦合器的一种用途广泛的实现形式，它能够由成熟的印制电路板技术实现，体积小，易于集成，在现代通信电路中需求很大，因此得到了空前发展。

定向耦合器作为一种四端口网络，按隔离端口相对于输入端口的位置，可分为同向、反向和横跨三种定向耦合器。如果输入端与直通端在同一条传输线上，耦合端与隔离端在另一条传输线上，且输入端与隔离端在同一侧，则构成同向耦合器；如果输入端与直通端在同一条传输线上，耦合端与隔离端在另一条传输线上，且输入端与耦合端在同一侧，则构成反向耦合器。如果输入端与隔离端在同一条传输线上，耦合端与直通端在另一条传输线上，且输入端与耦合端在同一侧，则构成横跨定向耦合器。由于与同向耦合器相似，横跨定向耦合器研究很少。但随着Butler矩阵和平衡放大器的广泛研究与应用，横跨定向耦合器的研究受到了关注。2009年12月Ching-Ian Shie在IEEE Tans.on MTT发表的论文首次给出了基于耦合微带线结构的横跨定向耦合器的物理实现。但与其他类型的定向耦合器相比，该定向耦合器输出端口间的幅度平衡度较差，中心频率处输出端口间幅度差约1.5dB。另外，该定向耦合器中使用的耦合微带线的线宽和线间距小于1mm，不利于加工。

共面波导是由微带传输线发展起来的一种重要的微波平面传输线。随着微波和毫米波集成电路特别是单片微波集成电路技术的飞速发展，共面波导这种新型集成介质传输系统受到了人们的广泛关注。与微带传输线相比，共面波导具有容易制作，容易实现无源、有源器件在微波电路中的串联和并联(不需要在基片上穿孔)，容易提高电路密度等优点，因此共面波导被广泛应用于微波、毫米波、光学和高温超导等集成电路中。非对称共面波导是在共面波导的基础上发展而成的一种新型传输线。非对称共面波导与两端器件相联时，具有更大的灵活性。与对称共面波导相比，非对称共面波导中心导带与两侧地之间的缝隙宽度是不同的，实际上，由于制作加工不可能达到理想化，生产出来的共面波导都是非对称的，因此采用非对称共面波导构建的耦合器，更具有实际意义。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，研制了一种具有高方向性、输出端口间幅度平衡度良好和易加工的非对称共面波导横跨定向耦合器。

本发明采用的技术方案如下：

一种非对称共面波导横跨定向耦合器，包括平行耦合线、跨接电容、开路短截线、非对称共面波导输入输出馈线、地板和介质支撑板；所述地板分为上层地板和下层开槽地板；所述平行耦合线在下层开槽地板开槽处正上方；所述平行耦合线与开路短截线相连；所述平行耦合线通过非对称共面波导输入输出馈线连接到连接端；所述介质支撑板用于支撑平行耦合线、跨接电容、开路短截线、非对称共面波导输入输出馈线和地板；所述平行耦合线由三节耦合段组成，左右两节耦合段的宽度比中间耦合段的宽度窄；所述跨接电容连接于每节耦合段的中间。

本发明所述开路短截线为圆形开路短截线。

本发明所述跨接电容和开路短截线连接于平行耦合线上可交换直通端口与隔离端口的位置。

本发明所述非对称共面波导输入输出馈线可将输入输出特性阻抗匹配到50欧姆。

本发明所述的上层地板和下层开槽地板之间通过电气化过孔连接到一起。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过实测可以达到如下技术指标：

频率范围：1.38～1.62GHz

耦合度：3.5±0.25dB

隔离度：≥20dB

方向性：≥50dB1.5GHz

输出端口间幅度差：≤0.5dB

输出端口间相位差：90±2.5°

输入电压驻波比：≤1.25∶1。

而现有技术的方向性只能达到40dB，输出端口间幅度差只能小于1.5dB。由此可见，本发明具有高方向性和良好的输出端口间幅度平衡度。

2、由于本发明在平行耦合线的正下方地板处开槽，可以增加平行耦合线的线宽和线间距使其大于1mm。而现有技术的线宽和线间距是小于1mm的。由此可见，本发明更适合采用普通印制电路板技术实现，具有易加工的特点。

3、通常平行耦合线的耦合度小于10dB，本发明通过在平行耦合线上跨接电容实现了紧耦合，其耦合度为3-6dB。

附图说明

图1是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器的结构视图；

图2是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器上表面视图；

图3是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器下表面视图；

图4是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器的隔离度、耦合度和插入损耗曲线；

图5是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器的输入电压驻波比；

图6是本发明非对称共面波导横跨定向耦合器输出端口间的相位差。

图中，1、介质支撑板，2、跨接电容，3、地板，4、开路短截线，5、非对称共面波导输入输出馈线，6、平行耦合线，7、电气化过孔，8、连接端，21、电容A，22、电容B，23、电容C，31、上层地板，32、下层开槽地板，41、圆形短截线A，42、圆形短截线B，43、圆形短截线C，44、圆形短截线D，51、非对称共面波导A，52、非对称共面波导B，53、非对称共面波导C，54、非对称共面波导D，61、耦合段A，62、耦合段B，63、耦合段C，81、连接端A，82、连接端B，83、连接端C，84、连接端D，311、地板A，312、地板B，313、地板C，314、地板D，321、矩形槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。如图1～3所示，一种非对称共面波导横跨定向耦合器，包括介质支撑板1、跨接电容2、地板3、开路短截线4、非对称共面波导输入输出馈线5、平行耦合线6、电气化过孔7和连接端8(其中连接端处设有连接器同外部装置进行连接，图中未画出连接器)。介质支撑板1用于支撑跨接电容2、地板3、开路短截线4、非对称共面波导输入输出馈线5、平行耦合线6；跨接电容2包括电容A21、电容B22和电容C23，在本实施方案中电容A21、电容B22和电容C23的电容值是相等的。地板3包括上层地板31和下层开槽地板32；上层地板由四部分组成，分别是地板A311、地板B312、地板C313和地板D314；下层地板32的中央设置了一个矩形槽321。开路短截线4由四个圆形短截线A41、圆形短截线B42、圆形短截线C43和圆形短截线D44。非对称共面波导输入输出馈线5包括非对称共面波导A51、非对称共面波导B52、非对称共面波导C53和非对称共面波导D54，与之相对应的是连接端A81、连接端B82、连接端C83和连接端D84。平行耦合线6在下层地板32开槽处的正上方，由三节耦合段组成，分别是耦合段A61、耦合段B62和耦合段C63；耦合段A61和耦合段C63的线宽度比耦合段B62的线宽度窄。为了避免电路中传输不应该有的波导模式，电气化过孔7设置在上层地板31和下层开槽地板32之间，连接上层地板31和下层开槽地板32；当定向耦合器作为单独器件使用时，采用连接端8与其他电路连接；当定向耦合器集成到射频、微波电路时，连接端8可省去；连接端A81设为输入端1；连接端B82设为耦合端2；连接端C83设为直通端3；连接端D84设为隔离端4，接50欧姆负载。

请参阅图4～6，本发明非对称共面波导横跨定向耦合器在工作频带1.38-1.62GHz内，隔离度大于20dB，输入电压驻波比小于1.25，耦合度为3.5±0.25dB，输出端口间幅度差小于0.5dB，输出端口间相位差为90±2.5°。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种非对称共面波导横跨定向耦合器，其特征在于：包括平行耦合线（6）、跨接电容（2）、开路短截线（4）、非对称共面波导输入输出馈线（5）、地板（3）和介质支撑板（1）；所述地板（3）分为上层地板（31）和下层开槽地板（32）；所述平行耦合线（6）在下层开槽地板（32）开槽处正上方；所述平行耦合线（6）通过非对称共面波导输入输出馈线（5）连接到连接端（8）；所述介质支撑板（1）用于支撑平行耦合线（6）、跨接电容（2）、开路短截线（4）、非对称共面波导输入输出馈线（5）和地板（3）；所述平行耦合线（6）由耦合段A（61）、耦合段B（62）和耦合段C（63）组成；所述耦合段A（61）和耦合段C（63）的线宽度均比耦合段B（62）的线宽度窄；所述跨接电容（2）分别连接于耦合段A（61）、耦合段B（62）和耦合段C（63）的中部；所述开路短截线（4）包括圆形短截线A（41）、圆形短截线B（42）、圆形短截线C（43）和圆形短截线D（44）；所述圆形短截线A（41）连接于耦合段A（61）的中部；所述圆形短截线B（42）连接于耦合段C（63）的中部；所述圆形短截线C（43）连接于耦合段A（61）的中部；所述圆形短截线D（44）连接于耦合段C（63）的中部。

2.根据权利要求1所述的一种非对称共面波导横跨定向耦合器，其特征在于：所述开路短截线（4）为圆形开路短截线。

3.根据权利要求1所述的一种非对称共面波导横跨定向耦合器，其特征在于：所述跨接电容（2）和开路短截线（4）连接于平行耦合线（6）上可交换直通端口与隔离端口的位置。

4.根据权利要求1所述的一种非对称共面波导横跨定向耦合器，其特征在于：所述非对称共面波导输入输出馈线（5）可将输入输出特性阻抗匹配到50欧姆。

5.根据权利要求1所述的一种非对称共面波导横跨定向耦合器，其特征在于：所述的上层地板（31）和下层开槽地板（32）之间通过电气化过孔（7）连接到一起。