CN106602197A - 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器 - Google Patents

基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器 Download PDF

Info

Publication number
CN106602197A
CN106602197A CN201611071063.1A CN201611071063A CN106602197A CN 106602197 A CN106602197 A CN 106602197A CN 201611071063 A CN201611071063 A CN 201611071063A CN 106602197 A CN106602197 A CN 106602197A
Authority
CN
China
Prior art keywords
line
microstrip line
microstrip
parallel coupled
port
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611071063.1A
Other languages
English (en)
Inventor
冯文杰
赵宇
车文荃
杨婉琛
商玉霞
尹蕊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201611071063.1A priority Critical patent/CN106602197A/zh
Publication of CN106602197A publication Critical patent/CN106602197A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型的基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器。该三频十字型耦合器包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属，上层微带结构包括七条微带线连接成的两节分支线结构、六对弯折的平行耦合线、六个金属化过孔和四条输入/输出端口微带馈线。中间的七条微带线连接成两个级联的环形结构，构成传统的单频十字型耦合器形式，在两级环形结构的四角和中间加载六对平行耦合线，并通过六个金属过孔连接到下层金属地形成短路耦合线，实现了该结构三频工作的需求。并且平行耦合线引入了传输零点，提高了各通带之间的隔离度。可见，该三频十字型耦合器实现了三个频段下信号交叉传输的需求，具有隔离度高、结构设计简单等优点，且电性能良好，易于实现电路集成与系统封装。

Description

基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器
技术领域
本发明涉及一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，具体涉及一种结构简单、隔离度高、可实现三个频段信号交叉传输的十字型耦合器。
背景技术
随着微波/毫米波集成电路的发展，电路愈发复杂，在布线过程中，经常遇到两条微带线互相交叉、信号通道在物理结构上彼此交叉传输的情况。平面十字型耦合器为这种交叉提供了解决方案。平面十字型耦合器，能够实现两路信号彼此交叉传输，同时保持这两路信号之间相互隔离，并且所有端口均匹配。因此，十字型耦合器适用于两条微带线或集成共面波导中的信号交叉传输的情况；另外，十字型耦合器是巴特勒矩阵不可或缺的组成元件，广泛应用于天线阵列系统的馈电网络等。
为支持多标准工作，现代收发机系统要求无源器件支持多频工作以便减小电路尺寸和设计成本。许多学者研究设计出了可多频工作的十字型耦合器，如将传统的单频两节分支线结构平面耦合器扩展到三节分支线结构实现双频工作；将传统单频分支线结构平面耦合器中的垂直传输线的长度设计为平行传输线长度的两倍；将单频传输线换成多频传输线模块，如T型双频传输线替换单频平面耦合器结构中的单频传输线,将其扩展到双频应用；以及在传统结构基础上加载开路短路分支线等方式来实现双频需求。上述实现双频十字型耦合器的几种方法其缺点为：(1)大多采用不等长的微带线，各通带的频点公式难以推导计算；(2)各个通带之间的隔离度不高。而现阶段对于三频十字型耦合器的研究设计还很少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；该三频耦合器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口位于介质基板的上层，所述第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别位于介质基板的左边、上边、右边、下边四个侧边；四条50欧姆的微带线分别与对应的四个端口相连，端口四条50欧姆的微带线分别为第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线，所述相邻的两条微带线相互垂直；
七条50欧姆微带线连接成两节分支线结构，这七条50欧姆的微带线分别为第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线和第十一微带线，其中第五、第六、第七、第八微带线按顺时针方向顺次连接，形成第一个方形环状的结构；第九微带线与第六微带线平行相连，第十、第十一微带线顺次连接到第九微带线，与第七微带线共同形成第二个方形环状结构；上述两个方形环状结构构成两节分支线结构；
该两级方形分支线结构的第五微带线与端口第一微带线相连，第九微带线与端口第二微带线相连，第十微带线与端口第三微带线相连，第八微带线与端口第四微带线相连；六对平行耦合线分别连接在两节分支线结构的四角及两级连接处，这六对平行耦合线分别为第一平行耦合线、第二平行耦合线、第三平行耦合线、第四平行耦合线、第五平行耦合线和第六平行耦合线，并且对所述的六对平行耦合线进行了弯折，上层微带结构的六对平行耦合器通过六个金属化过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，所述六个金属化过孔分别为第一金属化过孔、第二金属化过孔、第三金属化过孔、第四金属化过孔、第五金属化过孔和第六金属化过孔。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：1)本发明实现了三个频段的信号交叉传输；2)本发明基于四分之一波长平行耦合线，而非通常采用的不等长的支节线，使得结构更加简单，推导计算也更加简便；3)由于传输零点的引入，三个通带之间均具有高的隔离度。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器的原理图。
图2是本发明三频十字型耦合器奇偶模分析的等效电路图，其中图2(a)为偶-偶模等效电路图，图2(b)为偶-奇模等效电路图，图2(c)为奇-偶模等效电路图，图2(d)为奇-奇模等效电路图。
图3是本发明三频十字型耦合器的传输特性曲线与隔离端口4的特性曲线。
图4是本发明三频十字型耦合器的回波损耗曲线与隔离端口2的特性曲线。
具体实施方式
本发明公开了一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；该三频耦合器的第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4位于介质基板的上层，所述第一端口P1、第二端口P2、第三端口P3和第四端口P4分别位于介质基板的左边、上边、右边、下边四个侧边；四条50欧姆的微带线分别与对应的四个端口相连，这四条50欧姆的微带线分别为第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3和第四微带线4，所述相邻的两条微带线相互垂直；
七条50欧姆微带线连接成两节分支线结构，这七条50欧姆的微带线分别为第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7、第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10和第十一微带线11，其中第五、第六、第七、第八微带线按顺时针方向顺次连接，形成第一个方形环状的结构；第九微带线与第六微带线平行相连，第十、第十一微带线顺次连接到第九微带线，与第七微带线7共同形成第二个方形环状结构；上述两个方形环状结构构成两节分支线结构；
该两级方形分支线结构的第五微带线5与50欧姆微带线1相连，第九微带线9与50欧姆微带线2相连，第十微带线10与50欧姆微带线3相连，第八微带线8与50欧姆微带线4相连；六对平行耦合线分别连接在两节分支线结构的四角及两级连接处，这六对平行耦合线分别为第一平行耦合线12、第二平行耦合线13、第三平行耦合线14、第四平行耦合线15、第五平行耦合线16和第六平行耦合线17，并且对所述的六对平行耦合线进行了弯折，上层微带结构的六对平行耦合器通过六个金属化过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，所述六个金属化过孔分别为第一金属化过孔18、第二金属化过孔19、第三金属化过孔20、第四金属化过孔21、第五金属化过孔22和第六金属化过孔23。
所述端口处的第一微带线1和第三微带线3具有相同的长度、宽度，第二微带线2和第四微带线4具有相同的长度、宽度；所述50欧姆微带线第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7、第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10和第十一微带线11具有相同的长度、宽度，长度为中心频率波长的四分之一。
所述第一平行耦合线12、第二平行耦合线13、第三平行耦合线14、第四平行耦合线15、第五平行耦合线16和第六平行耦合线17均具有相同的长度、宽度，长度为中心频率波长的四分之一，耦合线之间的耦合间距相同均为0.4mm～0.7mm，所述第一金属化过孔18、第二金属化过孔19、第三金属化过孔20、第四金属化过孔21、第五金属化过孔22和第六金属化过孔23均具有相同的直径。
所述介质基板的介电常数为2～16，介质基板的高度为0.1～4mm。
本发明基于四分之一波长平行耦合线，而非通常采用的不等长的支节线，使得结构更加简单。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本发明基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，在传统单频两节分支线结构的十字型耦合器基础上加载四分之一波长平行耦合线，并通过金属化过孔接地，实现了三个频段下信号交叉传输的十字型耦合器。并且，平行耦合线的应用引入了传输零点，使得各个通带之间获得较高的隔离度。整个介质基板的尺寸，150mm*100mm*1.0mm，介质基板的介电常数为2.65。
图1中微带线1、3的长度为24.2mm，宽度为2.68mm，微带线2、4的长度为23.92mm、宽度为2.68mm，微带线5、7、10的长度为46.8mm，宽度为2.68mm，微带线6、8、9、11的长度为50.8mm、宽度为2.68mm。平行耦合线12～17的长度为53.5mm，宽度为0.45mm，之间的耦合间距相同均为0.51mm。四个金属化过孔18～23的直径均为0.8mm。
图2(a)-(d)是所述三频十字型耦合器奇偶模分析的等效电路图，其等效输入导纳Yee，Yeo，Yoe，Yoo可表示为：
其中，Z1是耦合器微带线5、10的特性阻抗，Z2是耦合器微带线6、8、9、11的特性阻抗，Y3是耦合器微带线7的特性导纳，θ是耦合器微带线的电长度，Ze，Zo为平行耦合线的奇偶模阻抗，YC为短路平行耦合线的输入导纳。根据十字型耦合器的特性可以推出奇偶模导纳满足Yee＝Yoo，Yeo＝Yoe，将上述五式代入可以计算出三个通带的中心频率与两节分支线结构微带线的特性阻抗/导纳以及平行耦合线的奇偶模阻抗之间的关系。
图3和图4给出了利用所述参数设计的耦合器的仿真结果，该三频十字型耦合器分别工作在0.71/1.0/1.32GHz。图3是三频十字型耦合器的传输特性曲线与隔离端口4的特性曲线，图4是三频十字型耦合器的回波损耗曲线与隔离端口2的特性曲线。由图3和图4可知，在三个通带的工作频点，输出插入损耗最大值分别为-0.35dB，-0.51dB和-0.57dB。在频率范围0.64～0.71GHz，0.96～1.02GHz和1.30～1.39GHz内，回波损耗高于15dB。在频率范围0.64～0.72GHz，0.95～1.03GHz和1.31～1.39GHz内，端口2的隔离高于15dB。在频率范围0.7～0.72GHz，0.98～1.01GHz和1.31～1.33GHz内，端口4的隔离高于15dB。
因此，本发明提出的三频十字型耦合器，通过在传统单频十字型耦合器的结构基础上加载四分之一波长平行耦合线，并通过金属化过孔接地，实现了三个频段下信号传输的十字型耦合器。采用等长的耦合线而非以往通常采用的不等长支节线，使得分析推导与计算各通带的频率变得更加简便。并且，平行耦合线的应用引入了传输零点，使得各个通带之间获得较高的隔离度。

Claims (4)

1.一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，其特征在于，包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；该三频耦合器的第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)和第四端口(P4)位于介质基板的上层，所述第一端口(P1)、第二端口(P2)、第三端口(P3)和第四端口(P4)分别位于介质基板的左边、上边、右边、下边四个侧边；四条50欧姆的微带线分别与对应的四个端口相连，这四条50欧姆的微带线分别为第一微带线(1)、第二微带线(2)、第三微带线(3)和第四微带线(4)，所述相邻的两条微带线相互垂直；
七条50欧姆微带线连接成两节分支线结构，这七条50欧姆的微带线分别为第五微带线(5)、第六微带线(6)、第七微带线(7)、第八微带线(8)、第九微带线(9)、第十微带线(10)和第十一微带线(11)，其中第五、第六、第七、第八微带线按顺时针方向顺次连接，形成第一个方形环状的结构；第九微带线与第六微带线平行相连，第十、第十一微带线顺次连接到第九微带线，与第七微带线(7)共同形成第二个方形环状结构；上述两个方形环状结构构成两节分支线结构；
该两级方形分支线结构的第五微带线(5)与50欧姆微带线(1)相连，第九微带线(9)与50欧姆微带线(2)相连，第十微带线(10)与50欧姆微带线(3)相连，第八微带线(8)与50欧姆微带线(4)相连；六对平行耦合线分别连接在两节分支线结构的四角及两级连接处，这六对平行耦合线分别为第一平行耦合线(12)、第二平行耦合线(13)、第三平行耦合线(14)、第四平行耦合线(15)、第五平行耦合线(16)和第六平行耦合线(17)，并且对所述的六对平行耦合线进行了弯折，上层微带结构的六对平行耦合器通过六个金属化过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，所述六个金属化过孔分别为第一金属化过孔(18)、第二金属化过孔(19)、第三金属化过孔(20)、第四金属化过孔(21)、第五金属化过孔(22)和第六金属化过孔(23)。
2.根据权利要求1所述的基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，其特征在于，所述端口处的第一微带线(1)和第三微带线(3)具有相同的长度、宽度，第二微带线(2)和第四微带线(4)具有相同的长度、宽度；所述50欧姆微带线第五微带线(5)、第六微带线(6)、第七微带线(7)、第八微带线(8)、第九微带线(9)、第十微带线(10)和第十一微带线(11)具有相同的长度、宽度，长度为中心频率波长的四分之一。
3.根据权利要求1所述的基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，其特征在于，所述第一平行耦合线(12)、第二平行耦合线(13)、第三平行耦合线(14)、第四平行耦合线(15)、第五平行耦合线(16)和第六平行耦合线(17)均具有相同的长度、宽度，长度为中心频率波长的四分之一，耦合线之间的耦合间距相同均为0.4mm～0.7mm，所述第一金属化过孔(18)、第二金属化过孔(19)、第三金属化过孔(20)、第四金属化过孔(21)、第五金属化过孔(22)和第六金属化过孔(23)均具有相同的直径。
4.根据权利要求1所述的基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，其特征在于，介质基板的介电常数为2～16，介质基板的高度为0.1～4mm。
CN201611071063.1A 2016-11-29 2016-11-29 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器 Pending CN106602197A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611071063.1A CN106602197A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611071063.1A CN106602197A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106602197A true CN106602197A (zh) 2017-04-26

Family

ID=58593836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611071063.1A Pending CN106602197A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106602197A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196033A (zh) * 2017-06-20 2017-09-22 京信通信系统（中国）有限公司 一种不等分功率的定向耦合器
CN107240752A (zh) * 2017-07-02 2017-10-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器
CN108417941A (zh) * 2018-03-15 2018-08-17 南京理工大学 基于环形谐振器的平衡-非平衡滤波功分器
CN109066102A (zh) * 2018-06-29 2018-12-21 中国联合网络通信集团有限公司 波束形成网络、子天线阵列和用于铁路系统的双波束天线
CN109428143A (zh) * 2017-08-24 2019-03-05 南京理工大学 基于180°理想反相器的三频平衡式耦合器
CN109755712A (zh) * 2019-03-01 2019-05-14 南京邮电大学 一种基于ltcc结构的切比雪夫二阶支线定向耦合器
CN110828956A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 上海华为技术有限公司 一种可重构交叉耦合器
CN110994104A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 锐石创芯(重庆)科技有限公司 一种可切换耦合频率的耦合器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204538169U (zh) * 2015-03-26 2015-08-05 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种频率和相位可重构的混合耦合器
CN105720345A (zh) * 2016-01-28 2016-06-29 南京理工大学 高选择性的宽带十字型耦合器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204538169U (zh) * 2015-03-26 2015-08-05 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种频率和相位可重构的混合耦合器
CN105720345A (zh) * 2016-01-28 2016-06-29 南京理工大学 高选择性的宽带十字型耦合器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HE ZHU等: "Broadband microwave crossover using parallel-coupled microstrip lines and short-ended stubs"", 《IEEE》 *
PEI-LING CHI等: ""Novel Dual-Band and Arbitrary Output-Phase Crossover Based on Two-Section Couplers"", 《2015 ASIA-PACIFIC MICROWAVE CONFERENCE (APMC)》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107196033A (zh) * 2017-06-20 2017-09-22 京信通信系统（中国）有限公司 一种不等分功率的定向耦合器
CN107196033B (zh) * 2017-06-20 2022-11-04 京信通信技术(广州)有限公司 一种不等分功率的定向耦合器
CN107240752A (zh) * 2017-07-02 2017-10-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器
CN107240752B (zh) * 2017-07-02 2020-07-03 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种基于贴片加载技术的小型化宽带支线耦合器
CN109428143A (zh) * 2017-08-24 2019-03-05 南京理工大学 基于180°理想反相器的三频平衡式耦合器
CN109428143B (zh) * 2017-08-24 2021-02-12 南京理工大学 基于180°理想反相器的三频平衡式耦合器
CN108417941A (zh) * 2018-03-15 2018-08-17 南京理工大学 基于环形谐振器的平衡-非平衡滤波功分器
CN109066102A (zh) * 2018-06-29 2018-12-21 中国联合网络通信集团有限公司 波束形成网络、子天线阵列和用于铁路系统的双波束天线
CN110828956A (zh) * 2018-08-08 2020-02-21 上海华为技术有限公司 一种可重构交叉耦合器
CN110828956B (zh) * 2018-08-08 2021-10-01 上海华为技术有限公司 一种可重构交叉耦合器
CN109755712A (zh) * 2019-03-01 2019-05-14 南京邮电大学 一种基于ltcc结构的切比雪夫二阶支线定向耦合器
CN110994104A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 锐石创芯(重庆)科技有限公司 一种可切换耦合频率的耦合器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106602197A (zh) 基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器
KR20140124155A (ko) 광대역 특성을 가지는 평면형 ｒｆ 크로스오버 구조
US10461393B2 (en) Bidirectional coupler, monitor circuit, and front-end circuit
CN104091990A (zh) 一种多路基片集成波导滤波功分器
DE102005037040A1 (de) Elektrisches Bauelement
CN204809372U (zh) 三等分Gysel型功分器/合路器
US8106721B2 (en) Multilayer complementary-conducting-strip transmission line structure with plural interlaced signal lines and mesh ground planes
CN110212273B (zh) 基于基片集成波导的双频双工器
KR20070089579A (ko) 스터브 소자를 이용한 다단 마이크로스트립 브랜치 라인결합기
US6778037B1 (en) Means for handling high-frequency energy
CN106856260B (zh) 一种小型化的宽带双极化天线馈电网络
CN107069172A (zh) 一种超宽带新型平面魔t
CN114006139A (zh) 一种基于htcc的超宽带毫米波垂直互联结构
CN111525222B (zh) 基于交叉型慢波传输线的小型化共面波导等分功分器
KR101590907B1 (ko) 새로운 강 결합 방법을 이용한 방향성 결합기
CN104577353A (zh) 一种x波段基片集成波导四元阵列天线
KR102138445B1 (ko) 소형 버틀러 매트릭스 장치 및 이를 포함하는 빔포밍 안테나 장치
CN107978831B (zh) 一种弱耦合电桥及基于该电桥的双频共轴阵列天线
SE520792C2 (sv) Fyrports hybridmikrostripkrets av Langetyp
Heyen et al. Vertical feedthroughs for millimeter-wave LTCC modules
CN108736123A (zh) 一种紧凑型悬置微带高隔离多路功率合成器
CN114421106A (zh) 一种小尺寸低损耗的太赫兹收发前端多层集成封装结构
CN205564942U (zh) 一种超宽带巴伦
CN210535799U (zh) 耦合器
CN106602198A (zh) 基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170426

RJ01 Rejection of invention patent application after publication