CN104466336B - 用于4g移动通信的宽带定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于4G移动通信的宽带定向耦合器，涉及一种通信技术领域使用的耦合器。本发明耦合器包括介质基板、底层金属地板、顶层微带分支线耦合单元、顶层微带并联L型匹配网络单元以及底层缺陷地结构单元，通过在微带分支线耦合器的各端口连接微带并联L型开路枝节匹配单元拓宽耦合器的带宽，耦合器接地板中缺陷地结构的加入，进一步拓宽了耦合器带宽。本发明的频段覆盖了国内三大运营商的LTE频段，可用于4G移动通信。本发明宽带耦合单元结构简单，具有对称性；尺寸适中，制作成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术领域使用的耦合器，具体指一种用于4G移动通信的宽带定向耦合器。
背景技术
随着TD-LTE(即：分时长期演进技术)商用牌照和FDD-LTE(即：长期演进技术)试验牌照的发放，中国正式进入4G通信时代。未来国内4G移动通信趋势将是TD-LTE和FDD-LTE融合组网，覆盖TD-LTE和FDD-LTE频段的宽带耦合器则是实现组网的关键部件之一。
目前国内TD-LTE频段的分配：中国移动为1880-1900MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中国联通为2300-2320MHz、2555-2575MHz；中国电信为2370-2390MHz、2635-2655MHz。FDD-LTE频段的分配：中国电信为1755-1785MHz和1850-1880MHz；中国联通为1955-1980MHz和2145-2170MHz。根据这些情况，一个覆盖了1.75～2.75GHz频段的宽带耦合器可以在TD-LTE和FDD-LTE融合组网中得到运用。
针对国内4G移动通信中TD-LTE与FDD-LTE两种制式融合组网时耦合器的频带覆盖问题，提出一种结构简单、具有宽频特性、便于制作的定向耦合器，为国内4G移动通信的耦合器开发提供技术储备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于4G移动通信的宽带定向耦合器，本发明的耦合器体积适中、结构简单，能有效地实现与射频电路的融合。
本发明采用如下技术方案：
一种宽带定向耦合器，包括介质基板、底层金属地板、顶层微带分支线耦合单元、顶层微带并联L型匹配网络单元以及底层缺陷地结构单元；
所述底层金属地板单元与底层缺陷地结构单元，印刷设置在介质基板的底层；
所述顶层微带分支线耦合单元与顶层微带并联L型匹配网络单元，印刷设置在介质基板的顶层，顶层微带并联L型匹配网络单元与顶层微带分支线耦合单元各输入端相连，顶层微带并联L型匹配网络单元是一个微带并联L型开路枝节匹配电路；
底层缺陷地结构单元与顶层微带并联L型匹配网络单元上下对应，并且分别为四组；所述底层缺陷地结构通过在底层金属地板上刻蚀得到。所述介质基板的材质是介电常数为4.4的环氧玻璃布层压板FR4。
底层金属地板，用于接地；顶层微带分支线耦合单元，用以实现直通、耦合及隔离功能；顶层微带并联L型匹配网络单元用以拓宽耦合器带宽；底层缺陷地结构单元进一步增加耦合器的工作带宽。
本发明耦合器共有四个端口，其端口A(输入端)加入信号，根据需要在端口B(直通端)和端口C(耦合端)按照一定比例分配，端口D(隔离端)没有信号到达，加载匹配负载。
作为优选，本发明的耦合器所述的底层缺陷地结构为五个哑铃型的缺陷地结构串联得到。
本发明的宽带定向耦合器利用印刷电路板工艺或集成电路工艺制作，在介质基板上设计顶层宽带耦合电路和底层接地板，通过上述手段保证顶层微带并联L型匹配网络单元与底层缺陷地结构单元的上下对称，调整耦合器的工作特性，实现耦合器的频率覆盖和宽频特性。
本发明有益效果：
本发明耦合器采用经典微带分支线耦合器，具有体积小，易于与其他射频电路集成的优点。通过在微带分支线耦合器的各端口连接微带并联L型开路枝节匹配单元拓宽耦合器的带宽，再通过在接地板上刻蚀与匹配单元相对应的缺陷地结构进一步拓宽耦合器带宽以达到覆盖全部4G频段的效果。本发明耦合器的介质板采用常见的环氧玻璃布层压板(FR4)，成本低，具有很强的实用性。
本发明的耦合器的匹配网络中加入阶梯结构，给调节耦合器的性能带来了较大的灵活性。
本发明的耦合器接地板中缺陷地结构的加入，极大拓宽了耦合器的带宽。
本发明的耦合器结构完全对称，结构简单，制作工艺简易；具有宽频工作特性，且体积适中、成本低廉。
附图说明
图1是本发明耦合器的顶层立体图。
图2是本发明耦合器的底层立体图。
图3是本发明耦合器的俯视图。
图4是本发明耦合器的仰视图。
图5是本发明耦合器底层缺陷地结构单元与顶层微带并联L型匹配网络单元上下对应情况示意图。
图6是本发明耦合器的输入端回波损耗特性图。
图7是本发明耦合器的插入损耗示意图。
图8是本发明耦合器的耦合度示意图。
图9是本发明耦合器的隔离度示意图。
图10是本发明耦合器直通端的相位示意图。
图11是本发明耦合器耦合端的相位示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明技术方案作进一步的详细描述：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明耦合器结构如下：耦合器制作在介质基板1上，由顶层宽带耦合单元与底层接地单元构成；顶层宽带耦合单元由顶层微带分支线耦合单元3和顶层微带并联L型匹配网络单元5构成，底层接地单元由底层金属地板单元2和底层缺陷地结构单元4构成。
如图3所示，四个端口6可以随意设定输入端、直通端、耦合端和隔离端。如图5所示，端口A(输入端)加入信号，根据需要在端口B(直通端)和端口C(耦合端)按照一定比例分配，端口D(隔离端)没有信号到达，加载匹配负载。
底层缺陷地结构单元与顶层微带并联L型匹配网络单元上下对应，如图5所示。
本发明的宽带耦合器，顶层微带并联L型匹配网络单元5由L型微带线构成。底层缺陷地结构单元4由五个哑铃型的缺陷地结构串联而成。具体结构尺寸如下：L型微带线两分支线长度分别为40毫米和35毫米，宽度都为0.5毫米；缺陷地结构单元的宽度为2.5毫米，长度为35毫米。
介质基板1按照相对介质常数为4.4、厚度为0.8毫米设计。
利用电磁仿真软件计算的耦合器输入端回波损耗，结果如图6所示：用于4G移动通信的宽带耦合器在1.75～2.75GHz内的输入端的回波损耗都能小于-10dB。1.75～2.75GHz频段覆盖了国内TD-LTE与FDD-LTE频段。
耦合器的插入损耗如图7所示，耦合器的耦合度如图8所示。根据附图7和附图8可见，耦合器在1.75～2.75GHz频段内直通端与耦合端输出的功率大致相等。
耦合器的隔离度如图9所示，耦合器在1.75～2.75GHz频段内有良好的隔离度。
耦合器直通端相位如图10所示，耦合端的相位如图11所示。耦合器在1.75～2.75频段内直通端与耦合端的相位差约为±90°。
本发明的宽带耦合器性能良好，覆盖TD-LTE与FDD-LTE频段及WLAN的2.4GHz处频段，而且结构简单，易于加工制作。
Claims (1)
1.一种宽带定向耦合器，其特征在于：包括介质基板(1)、底层金属地板(2)、顶层微带分支线耦合单元(3)、底层缺陷地结构单元(4)、顶层微带并联L型匹配网络单元(5)，底层缺陷地结构单元(4)与顶层微带并联L型匹配网络单元(5)位置上下对应，所述底层缺陷地结构单元(4)与顶层微带并联L型匹配网络单元(5)均为四组；
所述底层金属地板(2)与底层缺陷地结构单元(4)印刷设置在介质基板(1)的底层；
所述顶层微带分支线耦合单元(3)与顶层微带并联L型匹配网络单元(5)印刷设置在介质基板(1)的顶层，顶层微带并联L型匹配网络单元(5)与顶层微带分支线耦合单元(3)的各输入端相接，顶层微带并联L型匹配网络单元(5)是一个微带并联L型开路枝节匹配电路；
所述介质基板(1)的材质是环氧玻璃布层压板；
所述底层缺陷地结构单元(4)为哑铃型串联缺陷；
所述顶层微带并联L型匹配网络单元(5)中加入阶梯结构；
所述宽带定向耦合器的顶层微带并联L型匹配网络单元(5)由L型微带线构成，底层缺陷地结构单元(4)由五个哑铃型的缺陷地结构串联而成，其具体结构尺寸为：L型微带线两分支线长度分别为40毫米和35毫米，宽度都为0.5毫米；缺陷地结构单元的宽度为2.5毫米，长度为35毫米；
所述介质基板(1)按照相对介质常数为4.4、厚度为0.8毫米设计；
用于4G移动通信的宽带定向耦合器在1.75～2.75GHz内的输入端的回波损耗都能小于-10dB，1.75～2.75GHz频段覆盖了国内TD-LTE与FDD-LTE频段；
所述耦合器在1.75～2.75GHz频段内直通端与耦合端输出的功率相等；
所述耦合器在1.75～2.75GHz频段内有隔离度。
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