CN104538720A - 一种带状线90°混合接头 - Google Patents

Abstract

本发明属于90°混合接头技术领域，公开了一种带状线90°混合接头。本发明的带状线90°混合接头包括两层平行的信号传输线，底层的信号传输线是直通信号线，直通信号线两端分别是带状线90°混合接头的输入端和直通端，上层信号传输线是耦合线，耦合信号线两端分别是带状线90°混合接头是耦合端和隔离端；直通信号线和耦合信号线采用蛇形走线，相邻两根单支节走线间隔等于信号传输线线宽的2倍。采用本发明体积较小，长宽比例合适，更加坚固，可靠性好。

Description

一种带状线90°混合接头

技术领域

本发明涉及90°混合接头技术领域，尤其涉及一种带状线90°混合接头。

背景技术

90°混合接头是一个四端口无源电路，常常被用在射频信号的功率分配与合成。在用作功率分配时，信号从输入端输入，从直通端和耦合端输出，隔离端接负载。在用作功率合成时，信号从输入端和隔离端输入，从耦合端输出，直通端接负载。典型的功率合成放大电路如图1所示，90°混合接头在功率放大之前将一路信号分成幅度一致，相位正交的两路信号，分别进入各自功率放大器，放大后的两路信号再进入90°混合接头，合成一路信号输出，输出信号功率是一路信号功率的2倍。由于超短波频率低，波长长，工作在超短波频段的传统带状线90°混合接头体积大，难以使用。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种体积小的带状线90°混合接头。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种带状线90°混合接头，包括两层平行的信号传输线，底层的信号传输线是直通信号线，直通信号线两端分别是带状线90°混合接头的输入端和直通端，上层信号传输线是耦合线，耦合信号线两端分别是带状线90°混合接头是耦合端和隔离端；直通信号线和耦合信号线采用蛇形走线，相邻两根单支节走线间隔等于信号传输线线宽的2倍。

进一步，所述蛇形走线单支节长度L1和相邻两根单支节走线间隔S1确定如下：

$Z_0=\frac{80}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\ln \left(\frac{19h}{4w}\right)(1-\frac{h}{4(h+h_1)})$

nL1+(n-1)S1＝L

S1＝2w

其中，Z₀为信号传输线特性阻抗，h₁为直通信号线与耦合信号线的间隔，h为信号传输线到接地平面的介质厚度，ε_r为介质介电常数，w为信号传输线线宽，n为蛇形走线信号传输线支节数，L为带状线90°混合接头信号耦合区内的信号线长度，且L为中心工作频率波长λ的四分之一。

优选地，信号传输线特性阻抗Z₀，取值为50Ω，直通信号线与耦合信号线的间隔h₁取值0.127mm，信号传输线到接地平面的介质厚度h取值1mm。

采用本发明技术有益效果：

由于本发明带状线90°混合接头的信号传输线采用蛇形走线，长度不足传统带状线90°混合接头的十分之一，所以体积较小。而且本发明带状线90°混合接头长宽比例合适，更加坚固，可靠性好。

附图说明

图1为典型的功率合成放大电路示意图。

图2为本发明带状线90°混合接头组成示意图。

图3为本发明带状线90°混合接头剖面示意图。

图4为本发明带状线90°混合接头输入端到直通端传输线结构图。

图5为本发明带状线90°混合接头耦合端到隔离端传输线结构图。

图6为本发明带状线90°混合接头输入端到直通端的功率传输特性示意图。

图7为本发明带状线90°混合接头输入端到耦合端的功率传输特性示意图。

图8为本发明带状线90°混合接头传输线为6支节示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图2、3所示，本发明所述的带状线90°混合接头包括两层平行的信号传输线，底层的信号传输线是直通信号线，直通信号线两端分别是带状线90°混合接头的输入端和直通端，上层信号传输线是耦合线，耦合信号线两端分别是带状线90°混合接头是耦合端和隔离端。如图4、5所示，直通信号线和耦合信号线采用蛇形走线，相邻两根单支节走线间隔等于信号传输线线宽的2倍。

完成电路设计时，各参数确定如下：

$Z_0=\frac{80}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\ln \left(\frac{19h}{4w}\right)(1-\frac{h}{4(h+h_1)})---\left(1\right)$

根据公式(1)确定信号传输线线宽w，其中，Z₀为信号传输线特性阻抗，一般取值为50Ω；h₁为直通信号线与耦合信号线的间隔，由可用介质板的最小厚度确定，一般取值0.127mm：h为信号传输线到接地平面的介质厚度，一般选1mm；ε_r为介质介电常数。

nL1+(n-1)S1＝L     (2)

S1＝2w          (3)

根据公式(2)与公式(3)确定蛇形走线单支节长度L1，与相邻两根单支节走线间隔S1。其中蛇形走线单支节与相邻两根单支节走线间隔如图5所示。例如：如图8所示，图8为支节数为6的蛇形走线信号传输线。在公式(2)与公式(3)中，n为蛇形走线信号传输线支节数，n根据需要的电路尺寸决定，n越大，带状线90°混合接头的长度越小，宽度越大；w为公式(1)计算出的信号传输线线宽；L为带状线90°混合接头信号耦合区内的信号线长度，且L为中心工作频率波长λ的四分之一，如图4、5所示，虚线范围内是信号耦合区。

计算出蛇形走线单支节长度L1和相邻两根单支节走线间隔S1，完成电路设计。

射频信号从带状线90°混合接头输入端进入，从带状线90°混合接头直通端和耦合端输出，输入端到直通端的功率传输特性如图6所示，输入端到耦合端的功率传输特性如图7所示。在中心工作频率上，耦合区域内信号线长度是四分之一波长，耦合度最大，因此在此频率上耦合端输出功率最大，直通端输出功率最小，随频率远离中心工作频率，耦合逐渐减弱，耦合端输出功率减小，直通端输出功率增大，在高、低两个频率点上，耦合端和隔离端输出功率相等，经过这两个频率后，直通端输出功率大于耦合端输出功率。信号从输入端到直通端的传输路径比到耦合端的传输路径多四分之一波长，因此直通端和隔离端信号相位相差90°。

设计一个30MHz～88MHz的带状线90°混合接头为例：

信号传输线到接地平面的介质厚度h＝1mm，直通信号线与耦合信号线的间隔h₁＝0.127mm，介质介电常数ε_r＝3.5，蛇形走线信号传输线支节数n＝24，计算可得信号传输线线宽w＝0.9mm，蛇形走线单支节长度L1＝3cm，相邻两根单支节走线间隔S1＝1.8mm。本发明30MHz～88MHz90°混合接头电路长6.5cm，宽3cm，高2.127mm。

采用传统方法设计一个30MHz～88MHz90°混合接头，信号传输线到接地平面的介质厚度h＝1mm，直通信号线与耦合信号线的间隔h₁＝0.127mm，介质介电常数ε_r＝3.5。则电路长度77cm，电路宽1cm，高2.127mm。

可见，本发明带状线90°混合接头长度不足传统带状线90°混合接头的十分之一，且传统电路长宽比例大，容易受损折断。而本发明带状线90°混合接头不仅体积小，而且长宽比例合适，更加坚固，可靠性好。

Claims (3)

1.一种带状线90°混合接头，其特征在于：包括两层平行的信号传输线，底层的信号传输线是直通信号线，直通信号线两端分别是带状线90°混合接头的输入端和直通端，上层信号传输线是耦合线，耦合信号线两端分别是带状线90°混合接头是耦合端和隔离端；直通信号线和耦合信号线采用蛇形走线，相邻两根单支节走线间隔等于信号传输线线宽的2倍。

2.根据权利要求1所述的带状线90°混合接头，其特征在于：所述蛇形走线单支节长度L1和相邻两根单支节走线间隔S1确定如下：

$Z_0=\frac{80}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\ln \left(\frac{19h}{4w}\right)(1-\frac{h}{4(h+h_1)})$

nL1+(n-1)S1＝L

S1＝2w

其中，Z₀为信号传输线特性阻抗，h₁为直通信号线与耦合信号线的间隔，h为信号传输线到接地平面的介质厚度，ε_r为介质介电常数，w为信号传输线线宽，n为蛇形走线信号传输线支节数，L为带状线90°混合接头信号耦合区内的信号线长度，且L为中心工作频率波长λ的四分之一。

3.根据权利要求2所述的带状线90°混合接头，其特征在于：信号传输线特性阻抗Z₀，取值为50Ω，直通信号线与耦合信号线的间隔h₁取值0.127mm，信号传输线到接地平面的介质厚度h取值1mm。