CN103165968A - 高方向性定向耦合器 - Google Patents

高方向性定向耦合器 Download PDF

Info

Publication number
CN103165968A
CN103165968A CN 201210521913 CN201210521913A CN103165968A CN 103165968 A CN103165968 A CN 103165968A CN 201210521913 CN201210521913 CN 201210521913 CN 201210521913 A CN201210521913 A CN 201210521913A CN 103165968 A CN103165968 A CN 103165968A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission line
coupling
combiner
coupler
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 201210521913
Other languages
English (en)
Inventor
C.汉娜
D.布兰德利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell International Inc
Original Assignee
Honeywell International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell International Inc filed Critical Honeywell International Inc
Publication of CN103165968A publication Critical patent/CN103165968A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/185—Edge coupled lines

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明涉及高方向性定向耦合器，具体涉及用于在微带传输线路上实现适当频率带宽上的高方向性（>20dB）耦合的系统和方法。示例性的耦合器（20）抵消了传输线路上的经耦合的异相反射功率信号，由此增大了方向性。

Description

高方向性定向耦合器
背景技术
刻蚀在微带上的标准R/F微波耦合器具有非常不好的方向性，通常为～5 dB。其他改进的微带耦合器可实现20 dB的方向性但涉及窄的刻蚀线宽和间距，而这需要严密的刻蚀公差，对于低成本、大批量生产而言，严密的刻蚀公差可能是无法实现的或不可重复的。而且，不能用标准线性模拟器对这些改进的设计进行分析以便获得适当的功能。仅仅可用更加复杂且昂贵的电磁（EM）模拟器来对其进行分析。在没有EM模拟器的情况下，具有改善的方向性的改进设计在任何成本高效或及时的方面都是不可行的。
发明内容
本发明解决了在不需要EM模拟、窄线宽/间距或者严密公差的情况下在微带传输线路上实现适当频率带宽上的高方向性（>20 dB）耦合的问题。本发明能够在任何类型的传输线路中实施。其尤其适合于微带传输线路。
一种示例性的耦合器装置包括组合器、第一和第二耦合单元，所述第一和第二耦合单元被连接在所述组合器和将要被测量的传输线路之间。所述第一和第二耦合单元包括：第一和第二耦合装置，所述第一和第二耦合装置与将要被测量的传输线路电连通；至少一个第一传输线路，所述至少一个第一传输线路被耦合在所述组合器和所述第一耦合装置之间；和至少一个第二传输线路，所述至少一个第二传输线路被耦合在所述组合器和所述第二耦合装置之间。所述至少一个第一传输线路和所述至少一个第二传输线路具有预定的阻抗和相位延迟值。基于所述将要被测量的传输线路的相位延迟值，所述至少一个第一传输线路的相位延迟值不同于所述至少一个第二传输线路的相位延迟值。
在本发明的一个方面，所述至少一个第一传输线路的阻抗约等于所述至少一个第二传输线路的阻抗。
在本发明的另一个方面，所述组合器具有远大于20 dB的隔离值。
在本发明的又一个方面，所述第一和第二耦合单元的每一个包括负载电阻器，所述负载电阻器被耦合在节点和电学地之间，所述节点位于所述第一和第二传输线路的端部和各自的耦合装置之间。所述组合器具有远小于20 dB的隔离值。
在本发明的又一个方面，所述至少一个第一传输线路包括第一和第二子传输线路，并且所述至少一个第二传输线路包括第一和第二子传输线路。所述第一子传输线路具有连接到所述耦合装置的第一端部。所述第一和第二耦合单元的每一个包括负载电阻器，所述负载电阻器被耦合到所述第一子传输线路的第二端部和所述第二子传输线路的第一端部。所述第二子传输线路的第二端部被耦合到所述耦合装置。所述第一或第二子传输线路中的至少一个的相位延迟是相等的。
在本发明的又一个方面，所述将要被测量的传输线路位于发射器和天线之间。
附图说明
下面参照附图来详细描述本发明的优选和替代实施例。
图1-3是示意图，示出了根据本发明的实施例形成的不同构造；并且
图4示出了传输线路，具有电容器和电感器的等同方面。
具体实施方式
图1示出了示例性的微带耦合器20，其能够耦合传输线路Z1上的前向功率（Pf），而非常少地耦合沿着同一传输线路Z1的反射功率（Pr），从而实现高的方向性。
在一个实施例中，耦合器20用于探测沿着位于发射器26和天线28之间的微带传输线路Z1的Pf。耦合器20将所感测的功率值发送到功率探测器电路30。
功率探测器电路30将RF功率转换为与RF功率水平成比例的电压电平。然后，电压被发送到现场可编程门阵列（FPGA）以便进行处理。
耦合器20包括组合器40以及第一耦合器单元42和第二耦合器单元44。每个耦合器单元42、44包括耦合装置（例如电阻性、电感性或电容性装置）和预定长度的传输线路Z2、Z3。所述长度取决于组合器的类型（即，同相或积分型组合器）。例如，用片状电阻器或薄膜电阻器来实现电阻耦合，用片状电容器、印刷电容器或间隙电容器来实现电容耦合。组合器40具有适当高的隔离度（即，Wilkinson组合器、支线组合器、环形波导混合组合器或相当的组合器）。通常，大于20 dB被认为是高隔离值。
对于组合器是Wilkinson组合器（同相型组合器）的情况，假设微带传输线路的阻抗为如下Z1=Z2=Z3=50 Ohm，并且Zsh1和Zsh2具有0.029 pF的间隙电容值，实现了大约37 dB的耦合。而且，假设在特定频率f0处，各自微带传输线路的相位延迟为如下θ1=90o，θ2=90o，并且θ3=0o。f0是所传输信号的预期频率。
前向功率进入端口1并且在端口2处离开。少量的前向功率Pf被从Zsh1耦合离开，行进通过Z2并且以-90o入射在组合器上。前向功率Pf行进通过Z1，并且少量的Pf被从Zsh2耦合离开，行进通过Z3并且以-90o入射在组合器上。来自前向功率Pf的两个经耦合的信号同相地入射在组合器上，从而相加。
反射（或反向）功率Pr进入端口2并且在端口1处离开。少量的反射功率Pr被从Zsh2耦合离开，行进通过Z3并且以0o入射在组合器上。反射功率Pr行进通过Z1，并且少量被从Zsh1耦合离开，行进通过Z2并且以-180o入射在组合器上。来自反射功率Pr的两个经耦合的信号180o异相地入射在组合器40上，从而抵消。
方向性被定义为前向耦合功率减去反射耦合功率，通常表示为dB。理论分析指出，当使用Wilkinson组合器时，对于Z1、Z2、Z3、Zsh1和Zsh2的上述值，对于约19％的带宽，方向性将会≥20 dB。
当使用支线、环形波导或本领域普通技术人员能够确定的其他混合形式作为组合器时，将会需要θ1、θ2和θ3的定相位的不同值。Z1、Z2、Z3、Zsh1和Zsh2的不同值将会导致不同的耦合、方向性和带宽。所述值可以不同，但通常Z1=Z2=Z3并且Zsh1=Zsh2。
图2示出了具有组合器82的耦合器80，组合器82具有较低的隔离度（即，宽带电阻性“星形”或“T形”）。耦合器80的操作与图1所示的耦合器20基本相同。当组合器82的隔离度低于20 dB时，两个负载电阻器86、88改善了方向性。例如，当使用宽带电阻性“星形”组合器（隔离度～6 dB）时，耦合器80的方向性在没有负载电阻器86、88的情况下为～6.3 dB，并且在具有负载电阻器86、88的情况下为>20 dB。
图3示出了具有组合器92的耦合器90，组合器92具有较低的隔离度（即，宽带电阻性“星形”或“T形”）。耦合器90包括负载电阻器96、98，负载电阻器96、98被放置在第一微带传输线路100、102和第二微带传输线路104、108之间。这不同于图2所示的耦合器80；已经用λ/4传输线路100、102代替电阻器上的地线，传输线路100、102具有相同的相位延迟110、112（～90o）。λ是所接收信号的预期波长。λ/4传输线路将开路转换为短路，由此产生了虚拟接地。Zsh1和Zsh2具有极其高的阻抗，几乎为开路。该极其高的阻抗通过λ/4传输线路100、102转换为极其低的阻抗。
耦合器包括具有各自的相位延迟114、116的第二组微带传输线路104、108，其等于图2所示的传输线路Z2、Z3。子传输线路100、102的相位延迟是相等的并且大致为90度。传输线路104、108的相位延迟不是必须相等。
图4示出了与上述传输线路类似的传输线路可被其他电路部件替代并且仍然提供相同的能力。传输线路120是电路板上的具有特定宽带和长度的刻蚀迹线，其实现50 Ohm和90度相位延迟。对于给定值，在1 GHz的频率处，集总元件电路124在电学上是等同的。因此，尤其对于较低频率应用而言，集总元件电路或其他等同的传输线路可以替代上述传输线路。

Claims (10)

1.一种功率耦合器装置（20），包括：
组合器（40）；
第一和第二耦合单元（42，44），所述第一和第二耦合单元（42，44）被连接在所述组合器和将要被测量的传输线路之间，所述第一和第二耦合单元包括：
       第一和第二耦合装置，所述第一和第二耦合装置与将要被测量的传输线路电连通；
       至少一个第一传输线路，所述至少一个第一传输线路被耦合在所述组合器和所述第一耦合装置之间；和
       至少一个第二传输线路，所述至少一个第二传输线路被耦合在所述组合器和所述第二耦合装置之间，
其中，所述至少一个第一传输线路和所述至少一个第二传输线路具有预定的阻抗和相位延迟值；
其中，基于所述将要被测量的传输线路的相位延迟值，所述至少一个第一传输线路的相位延迟值不同于所述至少一个第二传输线路的相位延迟值。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个第一传输线路的阻抗约等于所述至少一个第二传输线路的阻抗。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述组合器具有大于20 dB的隔离值。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二耦合单元的每一个包括：
负载电阻器，所述负载电阻器被耦合在节点和电学地之间，所述节点位于所述第一和第二传输线路的端部和各自的耦合装置之间。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述组合器具有小于20 dB的隔离值。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个第一传输线路包括第一和第二子传输线路，并且所述至少一个第二传输线路包括第一和第二子传输线路，其中，所述第一子传输线路具有连接到所述耦合器的第一端部，
其中，所述第一和第二耦合单元的每一个包括：
       负载电阻器，所述负载电阻器被耦合到所述第一子传输线路的第二端部和所述第二子传输线路的第一端部，其中，所述第二子传输线路的第二端部被耦合到所述耦合装置，
其中，所述第一或第二子传输线路中的至少一个的相位延迟是相等的。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述组合器具有小于20 dB的隔离值。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述将要被测量的传输线路位于发射器和天线之间。
9.一种用于感测传输线路上的前向功率信号的方法，所述方法包括：
在所述传输线路上的第一位置处，将第一功率信号耦合到第一耦合器传输线路；
在所述传输线路上的第二位置处，将第二功率信号耦合到第二耦合器传输线路；
在所述第一耦合器传输线路处，导致经耦合的第一功率信号的第一相位延迟；
在所述第二耦合器传输线路处，导致经耦合的第二功率信号的第二相位延迟；
组合经耦合的第一和第二功率信号，由此提供所述前向功率信号的经感测的功率，
其中，所述第一和第二相位延迟是不同的。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述传输线路位于发射器和天线之间。
CN 201210521913 2011-12-08 2012-12-07 高方向性定向耦合器 Pending CN103165968A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/315,024 US8981871B2 (en) 2011-12-08 2011-12-08 High directivity directional coupler
US13/315,024 2011-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103165968A true CN103165968A (zh) 2013-06-19

Family

ID=47429562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201210521913 Pending CN103165968A (zh) 2011-12-08 2012-12-07 高方向性定向耦合器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8981871B2 (zh)
EP (1) EP2602861B1 (zh)
CN (1) CN103165968A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9698463B2 (en) 2014-08-29 2017-07-04 John Mezzalingua Associates, LLC Adjustable power divider and directional coupler
EP3220477B1 (en) * 2016-03-17 2018-08-15 AKG Acoustics GmbH Directional coupler and power splitter made therefrom

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6345901A (ja) 1986-08-12 1988-02-26 Fujitsu Ltd 方向性結合器
JPH08162812A (ja) * 1994-12-07 1996-06-21 Fujitsu Ltd 高周波結合器
US8072288B2 (en) 2007-04-16 2011-12-06 Mitsubishi Electric Corporation Directional coupler

Also Published As

Publication number Publication date
US20130147576A1 (en) 2013-06-13
EP2602861A1 (en) 2013-06-12
US8981871B2 (en) 2015-03-17
EP2602861B1 (en) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6483397B2 (en) Tandem six port 3:1 divider combiner
WO2015160689A1 (en) Directional coupler system
US7663449B2 (en) Divider/combiner with coupled section
KR101631690B1 (ko) 격리 특성이 우수한 고출력용 전력 분배기/결합기
CN103022616A (zh) 基于低温共烧陶瓷技术的双频四路功率分配器
US9864143B2 (en) Directional coupling-type multi-drop bus
US9178263B1 (en) Divider/combiner with bridging coupled section
CN206076497U (zh) 同极化微带双工天线阵列
Yazdanbakhsh et al. Microstrip Butler matrix design and realization for 7 T MRI
CN103165968A (zh) 高方向性定向耦合器
CN110719133A (zh) 一种相控阵天线校准网络
US20100225416A1 (en) Multi-Section Velocity Compensated Microstrip Directional Coupler
Arshad et al. 0 dB coupler employing slot technique on planar microstrip
KR20150057673A (ko) 격리 특성이 높은 방향성 결합기
Diewald et al. PCB-side matching networks for coaxial connectors
Beyers et al. A general isolation network for N-way power combiners/dividers
EP3026441A1 (en) Apparatus for measuring RF power and associated methods
CN104137330A (zh) 用于交叉传输线路的耦合结构
CN106410352B (zh) 一种功率分配器和功率分配器中器件参数的获取方法
CN105811059A (zh) 一种高功率分配比三端口微带功分器
Zavodny et al. 16-port power combiner
Ding et al. On-chip millimeter wave Rat-race Hybrid and Marchand Balun in IBM 0.13 um BiCMOS technology
CN104064959B (zh) 小型化的微带功分器
US11611136B2 (en) Power divider/combiner
KR102321714B1 (ko) Rf 전력 분배기

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130619