CN106207361A - 一种双维度可重构正交耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双维度可重构正交耦合器，包括：介质板、由基本分支线耦合器和十字形微带线构成的田字形结构的改进型分支耦合器、四个调频偏置电路构成的调频偏置单元和两个调功分比偏置电路构成的调功分比偏置单元；基本分支线耦合器的输入端口接入第一微波信号；各个调频偏置电路基于第一预设偏置电压和第一微波信号，调节串联臂和并联臂的等效电长度，同时，各个调功分比偏置电路基于第二预设偏置电压和第一微波信号，调节并联臂的等效阻抗，输出端口输出预设中心频率和预设功分比的第二微波信号。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

Description

一种双维度可重构正交耦合器

技术领域

本发明涉及微波射频技术领域，尤其涉及一种双维度可重构正交耦合器。

背景技术

在现代通信系统中，正交耦合器是一种非常重要的无源器件，被广泛应用于谐波混频器、移相器以及平衡放大器等射频电路中。正交耦合器是一种具有方向性的功率耦合器件，在对功率进行平均分配的同时，可得到相位差为90°的两路输出信号。另外，正交耦合器由于可根据需要调整中心频率或功分比，因此被广泛应用于相控阵雷达、移动通信领域。

现有的正交耦合器已实现可在固定的频率和功分比下工作，但灵活性及适应性很差。为解决上述问题，部分耦合器可实现中心频率或功分比可调，但由于中心频率和功分比不可以同时调节，灵活性和适应性一般。

有鉴于此，现有的正交耦合器不能同时调节中心频率和功分比，灵活性和适应性一般。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双维度可重构正交耦合器，以解决现有的技术方案不能同时调节中心频率和功分比，灵活性和适应性一般的问题。技术方案如下：

一种双维度可重构正交耦合器，包括：介质板(1)、设置于所述介质板(1)上的改进型分支耦合器(2)、调频偏置单元(3)和调功分比偏置单元(4)；

其中，所述改进型分支线耦合器(2)为由基本分支线耦合器(201)和十字形微带线(202)构成的田字形结构，所述调频偏置单元(3)包括4个调频偏置电路(31)，所述调功分比偏置单元(4)包括2个调功分比偏置电路(32)；

各个所述调频偏置电路(31)的输入端分别与所述基本分支线耦合器(201)中围成矩形的串联臂(2011)和并联臂(2012)的四个交点相连；各个所述调功分比偏置电路(32)的输入端分别与所述十字形微带线(202)中任意一个微带线的两线端相连；

所述基本分支线耦合器(201)的输入端口(Port1)接入第一微波信号；各个所述调频偏置电路(31)基于第一预设偏置电压和所述第一微波信号，调节所述串联臂(2011)和所述并联臂(2012)的等效电长度，同时，各个所述调功分比偏置电路(32)基于第二预设偏置电压和所述第一微波信号，调节所述并联臂(2012)的等效阻抗，得到预设中心频率和预设功分比的第二微波信号，并通过所述基本分支线耦合器(201)的第一输出端口(Port2)和第二输出端口(Port3)输出。

优选的，所述基本分支线耦合器(201)包括：四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)、所述串联臂(2011)和所述并联臂(2012)，其中，所述串联臂(2011)包括相互平行且结构一致的第一微带线(A1)和第二微带线(A2)，所述并联臂(2012)包括相互平行且结构一致的第三微带线(A3)和第四微带线(A4)；

所述四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)的一端分别分接于所述第一微带线(A1)和所述第二微带线(A2)的两端，且所述四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)的另一端分别设置有所述输入端口(Port1)、所述第一输出端口(Port2)、所述第二输出端口(Port3)和隔离端口(Port4)。

优选的，所述第一预设偏置电压的取值范围为1～25V。

优选的，所述第二预设偏置电压的取值范围为1～25V。

优选的，所述调频偏置电路(31)包括：第五微带线(A5)、第一隔直电容(301)、第一限流电阻(302)、第一变容二极管(303)和第一接地过孔(304)；

其中，所述第五微带线(A5)的输入端与所述基本分支线耦合器(201)中围成矩形的串联臂(2011)和并联臂(2012)的一个交点相连；所述第一隔直电容(301)的一端与所述第五微带线(A5)的输出端相连；所述第一限流电阻(302)的第一输入端与所述第一隔直电容(301)的另一端相连，第二输入端与第一电源阳极相连；所述第一变容二极管(303)的输入端与所述第一限流电阻(302)的输出端相连，输出端与所述第一接地过孔(304)相连。

优选的，所述第一隔直电容(301)电容值为20pF。

优选的，所述第一变容二极管(303)电容值的取值范围为0.6～7pF。

优选的，所述调功分比偏置电路(32)包括：第六微带线(A6)、第二隔直电容(305)、第二限流电阻(306)、第二变容二极管(307)和第二接地过孔(308)；

其中，所述第六微带线(A6)的输入端与所述十字形微带线(202)中任意一个微带线的一个线端相连；所述第二隔直电容(305)的一端与所述第五微带线(A6)的输出端相连；所述第二限流电阻(306)的第一输入端与所述第二隔直电容(305)的另一端相连，第二输入端与第二电源阳极相连；所述第二变容二极管(307)的输入端与所述第二限流电阻(306)的输出端相连，输出端与所述第二接地过孔(308)相连。

优选的，所述第二隔直电容(305)电容值为20pF。

优选的，所述第二变容二极管(307)电容值的取值范围为0.6～7pF。

相较与现有技术，本发明实现的有益效果为：

以上本发明提供的一种双维度可重构正交耦合器，包括：介质板、由基本分支线耦合器和十字形微带线构成的田字形结构的改进型分支耦合器、四个调频偏置电路构成的调频偏置单元和两个调功分比偏置电路构成的调功分比偏置单元；基本分支线耦合器的输入端口接入第一微波信号；各个调频偏置电路基于第一预设偏置电压和第一微波信号，调节串联臂和并联臂的等效电长度，同时，各个调功分比偏置电路基于第二预设偏置电压和第一微波信号，调节并联臂的等效阻抗，输出端口输出预设中心频率和预设功分比的第二微波信号。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种双维度可重构正交耦合器；

图2为本发明实施例二公开的一种双维度可重构正交耦合器；

图3为本发明实施例二公开的另一种双维度可重构正交耦合器；

图4为本发明实施例二公开的另一种双维度可重构正交耦合器；

图5为本发明场景实施例示例一公开的S参数仿真及测试结果图；

图6为本发明场景实施例示例一公开的相位仿真及测试结果图；

图7为本发明场景实施例示例二公开的S参数仿真及测试结果图；

图8为本发明场景实施例示例二公开的相位仿真及测试结果图；

图9为本发明场景实施例示例三公开的S参数仿真及测试结果图；

图10为本发明场景实施例示例三公开的相位仿真及测试结果图；

图11为本发明场景实施例示例四公开的S参数仿真及测试结果图；

图12为本发明场景实施例示例四公开的相位仿真及测试结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一公开了一种双维度可重构正交耦合器，其结构示意图如图1所示，双维度可重构正交耦合器100包括：介质板1；

设置于介质板1上的改进型分支耦合器2、调频偏置单元3和调功分比偏置单元4；

其中，改进型分支线耦合器2为由基本分支线耦合器201和十字形微带线202构成的田字形结构，调频偏置单元3包括4个调频偏置电路31，调功分比偏置单元4包括2个调功分比偏置电路32；

各个调频偏置电路31的输入端分别与基本分支线耦合器201中围成矩形的串联臂2011和并联臂2012的四个交点相连；各个调功分比偏置电路32的输入端分别与十字形微带线202中任意一个微带线的两线端相连；

基本分支线耦合器201的输入端口Port1接入第一微波信号；各个调频偏置电路31基于第一预设偏置电压和第一微波信号，调节串联臂2011和并联臂2012的等效电长度，同时，各个调功分比偏置电路32基于第二预设偏置电压和第一微波信号，调节并联臂2012的等效阻抗，得到预设中心频率和预设功分比的第二微波信号，并通过基本分支线耦合器201的第一输出端口Port2和第二输出端口Port3输出。

需要说明的是，第一预设偏置电压的取值范围为1～25V，第二预设偏置电压的取值范围为1～25V。

由此可见，本发明采用介质板、改进型分支耦合器、调频偏置单元和调功分比偏置单元构成的双维度可重构正交耦合器。改进型分支耦合器为由基本分支线耦合器和十字形微带线构成的田字形结构；调频偏置单元由四个调频偏置电路构成；调功分比偏置单元由两个调功分比偏置电路构成。基本分支线耦合器的输入端口接入第一微波信号；各个调频偏置电路基于第一预设偏置电压和第一微波信号，调节串联臂和并联臂的等效电长度，同时，各个调功分比偏置电路基于第二预设偏置电压和第一微波信号，调节并联臂的等效阻抗，得到预设中心频率和预设功分比的第二微波信号。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

实施例二

基于上述本发明实施例一公开的双维度可重构正交耦合器和附图1，本发明实施例一还公开一种双维度可重构正交耦合器，其结构示意图如图2所示，基本分支线耦合器201具体包括：四条端口阻抗匹配线B1、B2、B3、B4、串联臂2011和并联臂2012；

其中，串联臂2011包括相互平行且结构一致的第一微带线A1和第二微带线A2，并联臂2012包括相互平行且结构一致的第三微带线A3和第四微带线A4；四条端口阻抗匹配线B1、B2、B3、B4的一端分别分接于第一微带线A1和第二微带线A2的两端，且四条端口阻抗匹配线B1、B2、B3、B4的另一端分别设置有输入端口Port1、第一输出端口Port2、第二输出端口Port3和隔离端口Port4。

需要说明的是，第一微波信号通过输入端口Port1进入双维度可重构正交耦合器，得到的预设中心频率和预设功分比的第二微波信号通过第一输出端口Port2和第二输出端口Port3输出，输出的相位差为90°。

由此可见，改进型分支耦合器由基本分支线耦合器和设置于基本分支耦合器中的十字形微带线构成，呈田字形结构。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

基于上述本发明实施例一公开的双维度可重构正交耦合器和附图1，本发明实施例一还公开一种双维度可重构正交耦合器，其结构示意图如图3所示，调频偏置电路31包括：第五微带线A5、第一隔直电容301、第一限流电阻302、第一变容二极管303和第一接地过孔304；

其中，第五微带线A5的输入端与基本分支线耦合器201中围成矩形的串联臂2011和并联臂2012的一个交点相连；第一隔直电容301的一端与第五微带线A5的输出端相连；第一限流电阻302的第一输入端与第一隔直电容301的另一端相连，第二输入端与第一电源阳极相连；第一变容二极管303的输入端与第一限流电阻302的输出端相连，输出端与第一接地过孔304相连。

需要说明的是，第一隔直电容301电容值为20pF；第一变容二极管303包括但不局限于型号JDV2S71E的变容二极管，具体视实际情况而定；第一变容二极管303电容值的取值范围为0.6～7pF；第一限流电阻302的阻值可选的为47KΩ，具体视实际情况而定。

由此可见，调频偏置单元终中的四个调频偏置电路均由第五微带线、第一隔直电容、第一限流电阻、第一变容二极管和第一接地过孔构成。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

基于上述本发明实施例一公开的双维度可重构正交耦合器和附图1，本发明实施例一还公开一种双维度可重构正交耦合器，其结构示意图如图4所示，调功分比偏置电路32包括：第六微带线A6、第二隔直电容305、第二限流电阻306、第二变容二极管307和第二接地过孔308；

其中，第六微带线A6的输入端与十字形微带线202中任意一个微带线的一个线端相连；第二隔直电容305的一端与第五微带线A6的输出端相连；第二限流电阻306的第一输入端与第二隔直电容305的另一端相连，第二输入端与第二电源阳极相连；第二变容二极管307的输入端与第二限流电阻306的输出端相连，输出端与第二接地过孔308相连。

需要说明的是，第二隔直电容305电容值为20pF；第二变容二极管307包括但不局限于型号JDV2S71E的变容二极管，具体视实际情况而定；第二变容二极管307电容值的取值范围为0.6～7pF；第二限流电阻306的阻值可选的为47KΩ，具体视实际情况而定。

由此可见，调功分比偏置单元终中的两个调功分比偏置电路均由第六微带线、第二隔直电容、第二限流电阻、第二变容二极管和第二接地过孔构成。基于上述双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率和功分比连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

基于上述本发明实施例公开的一种双维度可重构正交耦合器，以下通过具体的应用场景示例进一步进行说明：

示例一

为获取中心频率为0.7GHz、功分比为0dB高频信号的应用场景，S参数仿真及测试结果图如图5所示，相位仿真及测试结果图如图6所示；

第一预设偏置电压为2.3V，第二预设偏置电压为7.3V时，改进型分支线耦合器2的输入端口Port1接入第一微波信号，调频偏置单元3中的各个调频偏置电路31基于2.3V的第一预设偏置电压和第一微波信号调节改进型分支线耦合器2的串联臂和并联臂的等效电长度；同时，调频偏置单元3中的各个调功分比偏置电路32，基于7.3V的第二预设偏置电压和第一微波信号，调节改进型分支线耦合器2的并联臂的等效阻抗；由于，不同等效电长度对应不同的工作频率，不同等效阻抗对应不同的功分比，进而通过改变等效电长度和等效阻抗使得输出端口输出中心频率为0.7GHz、功分比为0dB微波信号。

示例二

为获取中心频率为0.7GHz、功分比为6dB高频信号的应用场景，S参数仿真及测试结果图如图7所示，相位仿真及测试结果图如图8所示；

第一预设偏置电压为2.9V，第二预设偏置电压为1.5V时，改进型分支线耦合器2的输入端口Port1接入第一微波信号，调频偏置单元3中的各个调频偏置电路31基于2.9V的第一预设偏置电压和第一微波信号调节改进型分支线耦合器2的串联臂和并联臂的等效电长度；同时，调频偏置单元3中的各个调功分比偏置电路32，基于1.5V的第二预设偏置电压和第一微波信号，调节改进型分支线耦合器2的并联臂的等效阻抗；由于，不同等效电长度对应不同的工作频率，不同等效阻抗对应不同的功分比，进而通过改变等效电长度和等效阻抗使得输出端口输出中心频率为0.7GHz、功分比为6dB高频信号。

示例三

为获取中心频率为1.0GHz、功分比为0dB高频信号的应用场景，S参数仿真及测试结果图如图9所示，相位仿真及测试结果图如图10所示；

第一预设偏置电压为11V，第二预设偏置电压为23V时，改进型分支线耦合器2的输入端口Port1接入第一微波信号，调频偏置单元3中的各个调频偏置电路31基于11V的第一预设偏置电压和第一微波信号调节改进型分支线耦合器2的串联臂和并联臂的等效电长度；同时，调频偏置单元3中的各个调功分比偏置电路32，基于23V的第二预设偏置电压和第一微波信号，调节改进型分支线耦合器2的并联臂的等效阻抗；由于，不同等效电长度对应不同的工作频率，不同等效阻抗对应不同的功分比，进而通过改变等效电长度和等效阻抗使得输出端口输出中心频率为1.0GHz、功分比为0dB高频信号。

示例四

为获取中心频率为1.0GHz、功分比为6dB高频信号的应用场景，S参数仿真及测试结果图如图11所示，相位仿真及测试结果图如图12所示；

第一预设偏置电压为16.8V，第二预设偏置电压为5.6V时，改进型分支线耦合器2的输入端口Port1接入第一微波信号，调频偏置单元3中的各个调频偏置电路31基于16.8V的第一预设偏置电压和第一微波信号调节改进型分支线耦合器2的串联臂和并联臂的等效电长度；同时，调频偏置单元3中的各个调功分比偏置电路32，基于5.6V的第二预设偏置电压和第一微波信号，调节改进型分支线耦合器2的并联臂的等效阻抗；由于，不同等效电长度对应不同的工作频率，不同等效阻抗对应不同的功分比，进而通过改变等效电长度和等效阻抗使得输出端口输出中心频率为1.0GHz、功分比为6dB高频信号。

综上所述，本发明场景实施例示例一至示例四提供的双维度可重构正交耦合器，实现了中心频率在0.7GHz～1.0GHz范围内连续可调，且在该频段范围内的功分比在0dB～6dB范围内连续可调，达到了中心频率和功分比可重构、信号正交输出且易加工的目的。

以上对本发明所提供的一种双维度可重构正交耦合器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种双维度可重构正交耦合器，其特征在于，包括：介质板(1)、设置于所述介质板(1)上的改进型分支耦合器(2)、调频偏置单元(3)和调功分比偏置单元(4)；

其中，所述改进型分支线耦合器(2)为由基本分支线耦合器(201)和十字形微带线(202)构成的田字形结构，所述调频偏置单元(3)包括4个调频偏置电路(31)，所述调功分比偏置单元(4)包括2个调功分比偏置电路(32)；

各个所述调频偏置电路(31)的输入端分别与所述基本分支线耦合器(201)中围成矩形的串联臂(2011)和并联臂(2012)的四个交点相连；各个所述调功分比偏置电路(32)的输入端分别与所述十字形微带线(202)中任意一个微带线的两线端相连；

所述基本分支线耦合器(201)的输入端口(Port1)接入第一微波信号；各个所述调频偏置电路(31)基于第一预设偏置电压和所述第一微波信号，调节所述串联臂(2011)和所述并联臂(2012)的等效电长度，同时，各个所述调功分比偏置电路(32)基于第二预设偏置电压和所述第一微波信号，调节所述并联臂(2012)的等效阻抗，得到预设中心频率和预设功分比的第二微波信号，并通过所述基本分支线耦合器(201)的第一输出端口(Port2)和第二输出端口(Port3)输出。

2.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述基本分支线耦合器(201)包括：四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)、所述串联臂(2011)和所述并联臂(2012)，其中，所述串联臂(2011)包括相互平行且结构一致的第一微带线(A1)和第二微带线(A2)，所述并联臂(2012)包括相互平行且结构一致的第三微带线(A3)和第四微带线(A4)；

所述四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)的一端分别分接于所述第一微带线(A1)和所述第二微带线(A2)的两端，且所述四条端口阻抗匹配线(B1、B2、B3、B4)的另一端分别设置有所述输入端口(Port1)、所述第一输出端口(Port2)、所述第二输出端口(Port3)和隔离端口(Port4)。

3.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一预设偏置电压的取值范围为1～25V。

4.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述第二预设偏置电压的取值范围为1～25V。

5.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述调频偏置电路(31)包括：第五微带线(A5)、第一隔直电容(301)、第一限流电阻(302)、第一变容二极管(303)和第一接地过孔(304)；

其中，所述第五微带线(A5)的输入端与所述基本分支线耦合器(201)中围成矩形的串联臂(2011)和并联臂(2012)的一个交点相连；所述第一隔直电容(301)的一端与所述第五微带线(A5)的输出端相连；所述第一限流电阻(302)的第一输入端与所述第一隔直电容(301)的另一端相连，第二输入端与第一电源阳极相连；所述第一变容二极管(303)的输入端与所述第一限流电阻(302)的输出端相连，输出端与所述第一接地过孔(304)相连。

6.根据权利要求5所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一隔直电容(301)电容值为20pF。

7.根据权利要求5所述的正交耦合器，其特征在于，所述第一变容二极管(303)电容值的取值范围为0.6～7pF。

8.根据权利要求1所述的正交耦合器，其特征在于，所述调功分比偏置电路(32)包括：第六微带线(A6)、第二隔直电容(305)、第二限流电阻(306)、第二变容二极管(307)和第二接地过孔(308)；

其中，所述第六微带线(A6)的输入端与所述十字形微带线(202)中任意一个微带线的一个线端相连；所述第二隔直电容(305)的一端与所述第五微带线(A6)的输出端相连；所述第二限流电阻(306)的第一输入端与所述第二隔直电容(305)的另一端相连，第二输入端与第二电源阳极相连；所述第二变容二极管(307)的输入端与所述第二限流电阻(306)的输出端相连，输出端与所述第二接地过孔(308)相连。

9.根据权利要求8所述的正交耦合器，其特征在于，所述第二隔直电容(305)电容值为20pF。

10.根据权利要求8所述的正交耦合器，其特征在于，所述第二变容二极管(307)电容值的取值范围为0.6～7pF。