CN106684517B - 新型宽带3dB90°电桥 - Google Patents
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Abstract
新型宽带3dB90°电桥，属于微波毫米波集成电路功率分配/合成技术领域。端口一7和端口二8间连接第一微带线1，端口三9和端口四10间连接第二微带线2，第一微带线1和第二微带线2相互平行；在第一微带线1和第二微带线2间对称跨接第三微带线3和第四微带线4，第三微带线3和第四微带线4与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；在第一微带线1和第二微带线2的中心位置间连接第五微带线5，在第三微带线3和第四微带线4的中心位置间连接第六微带线6，第五微带线5与第一微带线1和第二微带线2相互垂直，第六微带线6与第三微带线3和第四微带线4相互垂直；第五微带线5与第六微带线6正交交叉。本发明具有宽频带、结构简单、易于加工等特点。
Description
技术领域
本发明涉及微波毫米波集成电路功率分配/合成技术领域，具体涉及一种适用于微波毫米波集成电路功率分配/合成技术领域的新型宽带3dB 90°电桥。
背景技术
微波毫米波系统的应用与发展很大程度上取决于其输出功率，但单个器件的输出功率总是有一定限度的，很难满足实际应用的需求。因此在要得到高功率输出的系统中，就需要使用多个放大器进行功率合成以满足所需要的大功率输出的要求或者反过来进行功率的分配。
随着微波毫米波微电子技术在系统应用的深入开展，微波毫米波功率合成/分配器在无线通信、雷达、遥控遥感、微波测量等领域中得到了越来越广泛的应用，因此设计宽频带、低损耗的功率合成/分配器具有日趋重大的实际意义与迫切性。传统的3dB电桥工作频带较窄，而lange耦合器虽然工作频带较宽，但lange耦合器要求交指间距很细，交指宽度很细，且需要金丝键合等这些复杂的加工工艺，结构复杂，不利于加工装配。
发明内容
本发明提供一种新型宽带3dB90°电桥，能够在较宽的工作频带的条件下完成功率分配/合成，并具有结构新颖、简单紧凑、易于加工装配等特点。
本发明的技术方案是：
一种新型宽带3dB90°电桥，包括端口一7、端口二8、端口三9和端口四10，其中端口一7为输入端口，端口二8和端口三9为输出端口，端口四10为隔离端口，所述端口一7和端口二8之间连接第一微带线1，所述端口三9和端口四10之间连接第二微带线2，所述第一微带线1和第二微带线2相互平行；
在第一微带线1靠近端口一7处和第二微带线2靠近端口四10处跨接第三微带线3，所述第三微带线3与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；
在第一微带线1靠近端口二8处和第二微带线2靠近端口三9处跨接第四微带线4，所述第四微带线4与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；
在第一微带线1和第二微带线2的中心位置之间连接第五微带线5，所述第五微带线5与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；
在第三微带线3和第四微带线4的中心位置之间连接第六微带线6，所述第六微带线6与第三微带线3和第四微带线4相互垂直，所述第五微带线5与第六微带线6正交交叉。
具体的，所述第一微带线1和第二微带线2的特性阻抗为50Ω，电长度为7π/6。
具体的，所述第三微带线3和第四微带线4的特性阻抗为100Ω，电长度为π/2。
具体的，所述第五微带线5的特性阻抗为50Ω，电长度为π/2。
具体的，所述第六微带线6的特性阻抗为100Ω，电长度为7π/6。
与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中正交交叉的第五微带线5和第六微带线6能够调整输出两路幅度不平衡度，还能调整整个电路的工作带宽；本发明提供的新型宽频带3dB90°电桥工作带宽相比于传统的3dB 90°微带二分支电桥要大的多，与lange耦合器的工作带宽相当；且与lange耦合器相比插入损耗更小；本发明结构新颖、简单紧凑、加工简单，适合在微波毫米波领域推广应用。
附图说明
图1是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥的结构示意图。
图2是T型节的等效电路。
图3是本发明提供的一种新型宽频带3dB90°电桥在L波段下的电磁仿真结果。
图4是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在S波段下的电磁仿真结果。
图5是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在C波段下的电磁仿真结果。
图6是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在X波段下的电磁仿真结果。
图7是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在Ku波段下的电磁仿真结果。
图8是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在K波段下的电磁仿真结果。
图9是本发明提供的一种新型宽频带3dB 90°电桥在Ka波段下的电磁仿真结果。
其中，图3至图9中的图(a)是指两个输出端口端口二8和端口三9的输出信号之间的相位差，图(b)中的S(1，1)是指输入端口即端口一7的回波损耗，S(1，2)是指由输入端口端口一7传播到一个输出端口即端口二8的传输系数，S(1，3)是指由输入端口端口一7传播到另一个输出端口即端口三9的传输系数，S(1，4)是指两个输出端口端口二8和端口三9的输出信号之间的隔离度。
具体实施方式
本发明提供的一种新型宽带3dB90°电桥如图1所示，包括端口一7、端口二8、端口三9和端口四10，其中端口一7为输入端口，端口二8和端口三9为输出端口，端口四10为隔离端口，所述端口一7和端口二8之间连接第一微带线1，所述端口三9和端口四10之间连接第二微带线2，所述第一微带线1和第二微带线2相互平行；在第一微带线1靠近端口一7处和第二微带线2靠近端口四10处跨接第三微带线3，所述第三微带线3与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；在第一微带线1靠近端口二8处和第二微带线2靠近端口三9处跨接第四微带线4，所述第四微带线4与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；在第一微带线1和第二微带线2的中心位置之间连接第五微带线5，所述第五微带线5与第一微带线1和第二微带线2相互垂直；在第三微带线3和第四微带线4的中心位置之间连接第六微带线6，所述第六微带线6与第三微带线3和第四微带线4相互垂直，所述第五微带线5与第六微带线6正交交叉。
该新型宽带3dB 90°电桥通过引入一个正交交叉结构来扩大工作带宽，与传统3dB90°电桥相比扩大了工作带宽，并具有端口驻波良好，端口隔离度高，两路输出幅度不平衡度好等优点，实现了在较宽的工作频带的条件下，完成功率分配/合成的功能。
进一步的是，工作带宽的扩大可以通过以下方面进行分析：一个微带T型节的等效电路图如图2所示，这个电纳制约着带宽，由于本发明提供的新型宽频带3dB 90°电桥出现了多个T型节，总体上会起到抵消电纳的作用，从而增加了工作带宽。
进一步的是，连接于端口一7和端口二8之间的第一微带线1与连接于端口三9和端口四10之间的第二微带线2为微带线主支路；第三微带线3和第四微带线4为分支微带线；正交交叉的第五微带线5和第六微带线6起着调整输出两路幅度不平衡度的作用，另外还起到调整整个电路的工作带宽的作用。
实施例：选取新型宽带3dB90°电桥分别在L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段下进行仿真。实例中，基片采用Duroid5880，厚度为0.254毫米；微带线采用铜，厚度为0.018mm，外围的腔体采用硬铝。
如图3至图9分别为本发明提供的新型宽带3dB90°电桥分别在L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段下在电磁仿真中的仿真示意图，总结以上仿真结果，我们可以发现其在各个频段内的幅度不平衡度不超过0.8dB，端口的回波损耗与输出端口之间的隔离度也均在-17dB以下，相对带宽在30.6％～46.7％之间，均能收到不错的效果。
在该实施例中，处于Ka波段的新型宽带3dB 90°电桥工作频率为28GHz-39GHz。
如图9(a)所示为本发明提供的一种新型宽频带3dB90°电桥在Ka波段(28GHz-39GHz)下的S(1，2)与S(1，3)相位差仿真结果，图9(b)所示在Ka波段(28GHz-39GHz)下的S(1，1)、S(1，2)、S(1，3)、S(1，4)幅度仿真结果，整个新型宽带3dB 90°电桥的S(1，1)在-20dB以下，隔离度S(1，4)在-20dB以下，S(1，2)在-3.46dB～-2.83dB范围内，S(1，3)在-3.44dB～-2.89dB范围内；S(1，2)与S(1，3)输出幅度不平衡度不超过0.6dB，S(1，2)与S(1，3)的输出相位差在90°左右，相对带宽为
总结L波段到Ka波段的新型宽带3dB90°电桥，其相对带宽处于30.6％～46.7％的范围内，第一微带线1、第二微带线2和第六微带线6的电长度在7π/6左右，第三微带线3、第四微带线4和第五微带线5的电长度在π/2左右，第一微带线1和第二微带线2的特性阻抗大约为50Ω，第三微带线3和第四微带线4的特性阻抗大约为100Ω，第五微带线5的特性阻抗大约为50Ω，第六微带线6的特性阻抗大约为100Ω。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.新型宽带3dB90°电桥，包括端口一(7)、端口二(8)、端口三(9)和端口四(10)，所述端口一(7)和端口二(8)之间连接第一微带线(1)，所述端口三(9)和端口四(10)之间连接第二微带线(2)，所述第一微带线(1)和第二微带线(2)相互平行；
在第一微带线(1)靠近端口一(7)处和第二微带线(2)靠近端口四(10)处跨接第三微带线(3)，所述第三微带线(3)与第一微带线(1)和第二微带线(2)相互垂直；
在第一微带线(1)靠近端口二(8)处和第二微带线(2)靠近端口三(9)处跨接第四微带线(4)，所述第四微带线(4)与第一微带线(1)和第二微带线(2)相互垂直；
其特征在于，在第一微带线(1)和第二微带线(2)的中心位置之间连接第五微带线(5)，所述第五微带线(5)与第一微带线(1)和第二微带线(2)相互垂直；
在第三微带线(3)和第四微带线(4)的中心位置之间连接第六微带线(6)，所述第六微带线(6)与第三微带线(3)和第四微带线(4)相互垂直，所述第五微带线(5)与第六微带线(6)正交交叉；
所述第一微带线(1)和第二微带线(2)的特性阻抗为50Ω，电长度为7π/6；
所述第三微带线(3)和第四微带线(4)的特性阻抗为100Ω，电长度为π/2；
所述第五微带线(5)的特性阻抗为50Ω，电长度为π/2；
所述第六微带线(6)的特性阻抗为100Ω，电长度为7π/6；
所述第一微带线(1)、第二微带线(2)、第三微带线(3)、第四微带线(4)、第五微带线(5)和第六微带线(6)相互形成多个能够相互抵消的T型节用于增大所述3dB90°电桥的工作带宽。
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