CN103762408A - 一种端口无交叉的微带混合环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种端口无交叉的微带混合环，包括介质基板；所述介质基板表面设置有具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的微带网络；所述微带网络包括第一输入/输出微带线、第二输入/输出微带线、第三输入/输出微带线、第四输入/输出微带线、平行耦合线定向耦合器、横跨定向耦合器和二分之一波长微带线；所述平行耦合线定向耦合器的直通端与横跨定向耦合器的隔离端垂直连接；所述平行耦合线定向耦合器的隔离端通过二分之一波长微带线与横跨定向耦合器的直通端相连接；本发明输入端口与输出端口无交叉，且输入端口和输出端口分别位于两条传输线上，有效阻隔直流信号。

Description

一种端口无交叉的微带混合环
技术领域
本发明涉及一种微波器件，具体为一种端口无交叉的微带混合环。
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如平衡功率放大器、混频器、移相器、滤波器、天线阵系统等的重要组成部分，定向耦合器的主要功能是实现信号功率分配、合成及隔离。
按照输出端口信号相位差的不同，定向耦合器可以分为90°定向耦合器和0°/180°定向耦合器，其中混合环耦合器（简称混合环）是0°/180°定向耦合器的典型例子，它可将微波信号按照一定的功率比例同向或反向输出，也可将两路信号合成为和信号和差信号。在耦合器的一些应用场合中如混频器、调制解调器和高隔离功分器等，混合环因具有与平衡负载无关的良好隔离度而被广泛使用。
参考图1所示，其示出了传统的微带混合环结构，其包括一个二分之三波长的圆环形微带线19和四条长度相同的50欧姆输入/输出微带线15、16、17、18；所述二分之三波长的圆环形微带线19由四段圆弧微带线构成，其中端口12和端口13之间的圆弧微带线长度为四分之三波长，产生具有270°相移的信号，其它相邻两个端口之间的圆弧微带线长度为四分之一波长，即产生90°相移的信号。图1所示的混合环作为功分器使用时，从端口11输入的信号分成两路，分别沿二分之一波长圆弧微带线和全波长圆弧微带线到达端口13，由于路径长度相差二分之一波长，这两路信号产生180°的相位差，互相抵消，进而在端口13处实现隔离的目的，最终从端口12和端口14输出两路等幅同相的信号。同理，从端口14输入的信号分成两路，分别沿二分之一波长圆弧微带线和全波长圆弧微带线到达端口12，由于路径长度的差异，这两路信号同理产生180°的相位差，互相抵消，进而在端口12处实现隔离的目的，最终从端口11和端口13输出两路等幅同相的信号。
上述混合环作为功率合成器使用时，两路等幅同相信号同时从端口12和端口14输入，在端口11处将形成输入信号的和输出，在端口13处形成输入信号的差输出；同理，两路等幅同相信号同时从端口11和端口13输入，在端口12处将形成输入信号的和输出，在端口14处形成输入信号的差输出。上述混合环受微带线的相位-长度线性变化的特性限制，使得器件尺寸较大；当混合环作为功率合成器使用时，混合环的输入和输出端口交叉，需外加交叉电路与外部设备连接，当其应用于有源电路时，则需外加隔直电路以防止直流信号和交流信号混叠。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种体积小、具有阻隔直流特性的端口无交叉的微带混合环。
本发明的技术手段如下：
一种端口无交叉的微带混合环，包括介质基板；所述介质基板表面设置有具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的微带网络；所述微带网络包括第一输入/输出微带线、第二输入/输出微带线、第三输入/输出微带线、第四输入/输出微带线、平行耦合线定向耦合器、横跨定向耦合器和二分之一波长微带线；
所述平行耦合线定向耦合器的输入端通过第一输入/输出微带线与第一端口相连接；所述横跨定向耦合器的输入端通过第二输入/输出微带线与第二端口相连接；所述平行耦合线定向耦合器的直通端与横跨定向耦合器的隔离端垂直连接；所述平行耦合线定向耦合器的耦合端通过第三输入/输出微带线与第三端口相连接；所述横跨定向耦合器的耦合端通过第四输入/输出微带线与第四端口相连接；所述平行耦合线定向耦合器的隔离端通过二分之一波长微带线与横跨定向耦合器的直通端相连接；
进一步地，所述横跨定向耦合器包括平行耦合线和跨接电容；所述平行耦合线由第一耦合段、第二耦合段和第三耦合段组成；所述跨接电容有3个，且分别连接于第一耦合段、第二耦合段和第三耦合段的中部；
进一步地，所述第一输入/输出微带线、第二输入/输出微带线、第三输入/输出微带线、第四输入/输出微带线、以及二分之一波长微带线的特性阻抗均为50欧姆。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种端口无交叉的微带混合环，所述平行耦合线定向耦合器的直通端和隔离端，与横跨定向耦合器的直通端和隔离端的位置相反，保证了本发明所述微带混合环作为功率合成器使用时，输入端口与输出端口无交叉，且输入端口和输出端口分别位于两条传输线上，有效阻隔直流信号；另外，本发明与现有技术的微带混合环相比，还具有低成本、易加工、体积小的特点，适于广泛推广。
同时，本发明提供的一种端口无交叉的微带混合环，通过实测能够达到如下技术指标：
频率范围：2.14～2.63GHz
耦合度：3.1±0.2dB
隔离度：≥15dB
回波损耗：≤15dB
输出端口相位差：0±3°，180±4°。
附图说明
图1是传统的微带混合环结构示意图；
图2是本发明所述端口无交叉的微带混合环的结构示意图；
图3是本发明所述平行耦合线定向耦合器的结构示意图；
图4是本发明所述横跨定向耦合器的结构示意图；
图5是本发明所述端口无交叉的微带混合环的S参数测试曲线图；
图6是本发明所述端口无交叉的微带混合环的相位差测试曲线图。
图中：2、介质基板，3、平行耦合线定向耦合器，4、二分之一波长微带线，5、横跨定向耦合器，6、第三输入/输出微带线，7、第一输入/输出微带线，8、第二输入/输出微带线，9、第四输入/输出微带线，21、第一端口，22、第二端口，23、第三端口，24、第四端口，31、平行耦合线定向耦合器的耦合端，32、平行耦合线定向耦合器的隔离端，33、平行耦合线定向耦合器的输入端，34、平行耦合线定向耦合器的直通端，51、横跨定向耦合器的直通端，52、横跨定向耦合器的耦合端，53、横跨定向耦合器的隔离端，54、横跨定向耦合器的输入端，55、跨接电容，56、第一耦合段，57、第二耦合段，58、第三耦合段。
具体实施方式
如图2至图4所示的一种端口无交叉的微带混合环，其包括介质基板2；所述介质基板2表面设置有具有第一端口21、第二端口22、第三端口23和第四端口24的微带网络；所述微带网络包括第一输入/输出微带线7、第二输入/输出微带线8、第三输入/输出微带线6、第四输入/输出微带线9、平行耦合线定向耦合器3、横跨定向耦合器5和二分之一波长微带线4；所述平行耦合线定向耦合器的输入端33通过第一输入/输出微带线7与第一端口21相连接；所述横跨定向耦合器的输入端54通过第二输入/输出微带线8与第二端口22相连接；所述平行耦合线定向耦合器的直通端34与横跨定向耦合器的隔离端53垂直连接；所述平行耦合线定向耦合器的耦合端31通过第三输入/输出微带线6与第三端口23相连接；所述横跨定向耦合器的耦合端52通过第四输入/输出微带线9与第四端口24相连接；所述平行耦合线定向耦合器的隔离端32通过二分之一波长微带线4与横跨定向耦合器的直通端51相连接；进一步地，所述横跨定向耦合器5包括平行耦合线和跨接电容55；所述平行耦合线由第一耦合段56、第二耦合段57和第三耦合段58组成；所述跨接电容55有3个，且分别连接于第一耦合段56、第二耦合段57和第三耦合段58的中部；进一步地，所述第一输入/输出微带线7、第二输入/输出微带线8、第三输入/输出微带线6、第四输入/输出微带线9、以及二分之一波长微带线4的特性阻抗均为50欧姆。
本发明所述平行耦合线定向耦合器的直通端和隔离端，与横跨定向耦合器的直通端和隔离端的位置相反，保证了本发明所述微带混合环作为功率合成器使用时，当两路等幅同相信号从第一端口21和第二端口22同时输入时，此时第一端口21和第二端口22作为输入端口；当信号从第一端口21沿着第一输入/输出微带线7至平行耦合线定向耦合器的输入端33后，信号被分成两路，其中一路信号由平行耦合线定向耦合器的耦合端31沿着第三输入/输出微带线6输出，另一路信号通过平行耦合线定向耦合器的直通端34传送到横跨定向耦合器5上，通过横跨定向耦合器的直通端51沿着第四输入/输出微带线9输出，这两路信号等幅同相。当信号从第二端口22沿着第二输入/输出微带线8至横跨定向耦合器5，信号被分成两路，其中一路信号由横跨定向耦合器的耦合端52沿着第四输入/输出微带线9输出，另一路信号通过横跨定向耦合器的直通端51沿着二分之一波长微带线4传送到平行耦合线定向耦合器3上，再通过平行耦合线定向耦合器的直通端34沿着第三输入/输出微带线6输出，这两路信号等幅反相，即第三端口23处将形成输入信号的和输出，第四端口24处将形成输入信号的差输出，此时，第三端口23和第四端口24作为输出端口，由此看出本发明输入端口与输出端口无交叉，且输入端口和输出端口分别位于两条传输线上，有效阻隔直流信号；另外，本发明与现有技术的微带混合环相比，还具有低成本、易加工、体积小的特点，适于广泛推广。
图5示出了本发明所述端口无交叉的微带混合环的S参数测试曲线图；图6示出了本发明所述端口无交叉的微带混合环的相位差测试曲线图，如图5和图6所示，本发明提供的一种端口无交叉的微带混合环，通过实测能够达到如下技术指标：
频率范围：2.14～2.63GHz
耦合度：3.1±0.2dB
隔离度：≥15dB
回波损耗：≤15dB
输出端口相位差：0±3°，180±4°。
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 (3)

1.一种端口无交叉的微带混合环，其特征在于包括介质基板（2）；所述介质基板（2）表面设置有具有第一端口（21）、第二端口（22）、第三端口（23）和第四端口（24）的微带网络；所述微带网络包括第一输入/输出微带线（7）、第二输入/输出微带线（8）、第三输入/输出微带线（6）、第四输入/输出微带线（9）、平行耦合线定向耦合器（3）、横跨定向耦合器（5）和二分之一波长微带线（4）；
所述平行耦合线定向耦合器的输入端（33）通过第一输入/输出微带线（7）与第一端口（21）相连接；所述横跨定向耦合器的输入端（54）通过第二输入/输出微带线（8）与第二端口（22）相连接；所述平行耦合线定向耦合器的直通端（34）与横跨定向耦合器的隔离端（53）垂直连接；所述平行耦合线定向耦合器的耦合端（31）通过第三输入/输出微带线（6）与第三端口（23）相连接；所述横跨定向耦合器的耦合端（52）通过第四输入/输出微带线（9）与第四端口（24）相连接；所述平行耦合线定向耦合器的隔离端（32）通过二分之一波长微带线（4）与横跨定向耦合器的直通端（51）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种端口无交叉的微带混合环，其特征在于所述横跨定向耦合器（5）包括平行耦合线和跨接电容（55）；所述平行耦合线由第一耦合段（56）、第二耦合段（57）和第三耦合段（58）组成；所述跨接电容（55）有3个，且分别连接于第一耦合段（56）、第二耦合段（57）和第三耦合段（58）的中部。
3.根据权利要求1所述的一种端口无交叉的微带混合环，其特征在于所述第一输入/输出微带线（7）、第二输入/输出微带线（8）、第三输入/输出微带线（6）、第四输入/输出微带线（9）、以及二分之一波长微带线（4）的特性阻抗均为50欧姆。
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