CN106374180B - 一种频率比可调的双频小频率比耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率比可调的双频小频率比耦合器，包括有圆形片和四段短截线，所述圆形片上设置有呈中心对称的四个输入输出端口，所述圆形片上相邻两个输入输出端口之间均设置有耦合口，所述耦合口用于圆形片与短截线之间的功率耦合。本发明采用四段短截线和圆形片耦合的结构同时实现双频功能和频率比调整，并且通过本发明中短截线的结构对两个重要的参数进行实时调整，从而满足常见微波和毫米波通信的小频率比应用需求；同时，还可通过改变圆形片结构的半径比实现功分比可控，使应用范围更广泛，例如上述不等功分的结构可以用在Doherty功率放大器上，用于提高其工作增益。本发明作为一种频率比可调的双频小频率比耦合器可广泛应用于微波领域。

Description

一种频率比可调的双频小频率比耦合器
技术领域
本发明涉及微波领域，尤其是一种频率比可调的双频小频率比耦合器。
背景技术
20世纪40年代，MIT辐射实验室发明和塑造了种类繁多的波导性耦合器和功分器，包括：E和H平面的波导T型结，多孔定向耦合器和波导魔T等耦合器。在20世纪60年代，才发明了多种采用带状线和微带线技术的耦合器，由于平面型传输线具有小型化和便于集成等优点，促进了新型微带线耦合器的开发，比如：分支线混合耦合器、正交耦合器等。
正交耦合器能够输出90°相位差和等功分的两路输出信号，常用于天线馈电网路、功率放大器和移相器等，是广泛用于微波和毫米波应用的无源电路之一。常用于实现正交耦合器的结构有三种：分支线、耦合线和片形。
如图1所示，分支线正交耦合器：分支线耦合器由主线、副线和两条分支线组成，其中分支线的长度和间距均为中心波长的1/4。基本运作如下：所有端口都是匹配的，从端口1输入的功率等功分地分配到端口2和端口3，这两个输出端口之间有90°相位差，没有功率耦合到端口4(隔离段)。
如图2所示，耦合线正交耦合器：当两个无屏蔽的传输线紧靠在一起时，由于各个传输线的电磁场作用相互作用，在传输线之间可以有功率耦合，这种传输线成为耦合传输线，通常由靠得很近的三个导体组成耦合线结构也能够实现耦合器功能。
如图3所示，片形正交耦合器：由圆形片和四个输入输出端口组成的电路结构，所有端口都匹配，端口1输入功率等功分分配到端口2和端口3，端口4作为隔离端没有功率输出。
随着微波通信技术的发展，研究新型的多频率多标准的微波元器件成为趋势。现有的双频甚至多频段技术能够使得通信系统的复杂性和成本明显降低。传统的三种耦合器结构在修改构型后都能够实现双频功能：分支线结构通过把短截线加载在原结构上能够实现双频结构；相应的，三段耦合线相连也能够实现双频结构；而对于扇形结构而言，通过在扇形内添加开口谐振环结构或者短截线结构实现双频功能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种高频段中小频率比以及频率比范围可控的耦合器。
本发明所采用的技术方案是：一种频率比可调的双频小频率比耦合器，包括有圆形片和四段短截线，所述圆形片上设置有呈中心对称的四个输入输出端口，所述圆形片上相邻两个输入输出端口之间均设置有耦合口，所述耦合口用于圆形片与短截线之间的功率耦合。
进一步，所述圆形片为两个半径为R1的四分之一圆和两个半径为R2的四分之一圆组成的中心对称结构，R1与R2的值不同，所述四个输入输出端口分别设置于相邻两个四分之一圆的连接处。
进一步，所述四段短截线上还设置有用于与圆形片外围耦合的一段短截线耦合环。
进一步，所述四段短截线通过平移调节与耦合口之间的距离。
本发明的有益效果是：本发明采用四段短截线和圆形片耦合的结构同时实现双频功能和频率比的调整，并且通过本发明中短截线的结构对两个重要的参数进行实时调整，从而可以满足常见微波和毫米波通信的小频率比应用需求；同时，还可通过改变圆形片结构的半径比实现功分比的的可控，使该结构的应用范围更广泛，例如上述不等功分结构可以用在Doherty功率放大器上，用于提高其工作增益。
附图说明
图1为现有技术中分支线正交耦合器结构示意图；
图2为现有技术中耦合线正交耦合器结构示意图；
图3为现有技术中片形正交耦合器结构示意图；
图4为本发明耦合器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
参照图4，一种频率比可调的双频小频率比耦合器，包括有圆形片和四段短截线，所述圆形片上设置有呈中心对称的四个输入输出端口，所述圆形片上相邻两个输入输出端口之间均设置有耦合口，所述耦合口用于圆形片与短截线之间的功率耦合。
其中第一端口P1输入的功率等功分地分配到第一端口P2和第一端口P3，第一端口P4作为隔离段并没有功率输出。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述圆形片为两个半径为R1的四分之一圆和两个半径为R2的四分之一圆组成的中心对称结构，R1与R2的值不同，所述四个输入输出端口分别设置于相邻两个四分之一圆的连接处，其中圆形片部分的半径R1与R2的比例用于控制功分比。
进一步作为优选的实施方式，所述四段短截线上还设置有用于与圆形片外围耦合的一段短截线耦合环，为了增强耦合效果，在传统短截线的基础上延长出耦合环状结构。
参照图4，其中短截线的宽度为W、长度为L，所述短截线耦合环的宽度为Wg，其中每段短截线耦合环向两边延长的在水平方向的长度为Lg，短截线与耦合口的耦合距离为S，耦合口的宽度Ws大于短截线的宽度W。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述四段短截线通过平移调节与耦合口之间的距离。
通过改变短截线的长度L和耦合距离S来实现频率比的可控，频率比的可控范围在1.08到2.0之间：
1、改变短截线长度L能够改变耦合器的频率比。随着短截线的长度增加，耦合器的频率比能够明显缩小，在HFSS仿真软件上进行电路仿真，随着长度参数L从10mm增加到12.5mm，低频谐振点的中心频率保持不变但是高频谐振点的中心频率从1.29减小到1.20，频率比明显变小。
2、改变短截线的耦合距离S能够改变耦合器的频率比，实现频率比的可控。随着短截线的耦合距离增加能够实现频率比逐步缩小，在HFSS仿真软件上进行电路仿真，随着耦合距离参数S的增加，耦合器的频率比从1.28缩小到1.13。
3、结合上述两者，通过同时改变短截线的长度L和耦合距离S可将最小频率比调整至1.08。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种频率比可调的双频小频率比耦合器，其特征在于：包括有圆形片和四段短截线，所述圆形片上设置有呈中心对称的四个输入输出端口，所述圆形片上相邻两个输入输出端口之间均设置有耦合口，所述耦合口用于圆形片与短截线之间的功率耦合,所述四段短截线通过平移调节与耦合口之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种频率比可调的双频小频率比耦合器，其特征在于：所述圆形片为两个半径为R1的四分之一圆和两个半径为R2的四分之一圆组成的中心对称结构，R1与R2的值不同，所述四个输入输出端口分别设置于相邻两个四分之一圆的连接处。
3.根据权利要求2所述的一种频率比可调的双频小频率比耦合器，其特征在于：所述四段短截线上还设置有用于与圆形片外围耦合的一段短截线耦合环。
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