CN107196033A - 一种不等分功率的定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种不等分功率的定向耦合器，所述不等分功率的定向耦合器包括：介质基板和设置在所述介质基板的其中一表面的电桥；其中，所述电桥包括有主线、副线、第一分支线、第二分支线和第三分支线；所述第一分支线电连接所述主线与副线的第一端部；所述第二分支线电连接所述主线与副线的第二端部；所述第三分支线的两端与所述主线与副线的中部位置电连接；所述第三分支线上设有夹角可调的L型分支线，调整第三分支线导纳，定向耦合器整体以第三分支线为左右非对称结构。从而在不使用更多级分支线、不增大电桥尺寸的情况下，提高阻抗匹配带宽，实现输出功率不等分，并且便于加工。

Description

一种不等分功率的定向耦合器

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种不等分功率的定向耦合器。

背景技术

定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用，如用来检测功率、频率和频谱；进行功率分配和合成。在迅速发展的微波集成电路和单片微波集成电路中，定向耦合器作为微波系统中的核心器件，在微波通信中扮演着不可或缺的角色，因此定向耦合器的性能成为制约系统性能和技术水平的关键。

常见的耦合器为三分支定向耦合器，其结构为左右对称结构，参见附图1，是三分支定向耦合器电路原理图，图中1、H、G分别为每段线的归一化特性导纳，当耦合器满足理想方向性和无反射时，各臂特性导纳之间关系如下：

该方程中，有两组解，但是G2和H得不到唯一解，该方程具有无穷多个解，即意味着G2和H可灵活选取设计，一方面需要考虑设计器件的工作频带，另一方面要考虑可加工性，选取的导纳合理。在一般设计中，为了增加工作带宽，或者为了提高定向耦合器的方向性以及驻波，使用多级分支线结构，但是这种设计方法会导致电桥面积增大，并且定向耦合器的最外端的分支线导纳越小，线宽也就越窄，导致加工困难，因此限制了频带的进一步展宽。

此外，上述三分支定向耦合器的两个输出端输出功率相等，但是在实际使用中为了实现对端口的能量分配，会需要一些不等分功率结构的耦合器，两个输出端输出不等分功率的信号。

发明内容

本发明一个实施例提供一种不等分功率的定向耦合器，目的旨在解决定向耦合器在不使用更多级分支线结构、不增大电桥尺寸的情况下，提高阻抗匹配带宽，输出功率不等分,以满足不同的射频信号分配、隔离和混合要求,并且便于加工的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一个实施例提供以下技术方案：

一种不等分功率的定向耦合器，所述定向耦合器包括有介质基板和设置在所述介质基板的其中一表面的电桥；其中，所述电桥包括有主线、副线、第一分支线、第二分支线和第三分支线；所述第一分支线电连接所述主线与副线的第一端部；所述第二分支线电连接所述主线与副线的第二端部；所述第三分支线的两端与所述主线与副线的中部位置电连接，通过调节该第三分支线的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。

进一步地，所述第三分支线上设有L型分支线，构成所述L型分支线的两臂分设于第三分支线的两侧，并且两者之间的夹角可调。

进一步地，所述L型分支线的两臂为开路线或短路线。

进一步地，所述L型分支线的两臂的长度相等或不等。

进一步地，所述电桥还包括两个输入端和两个输出端，所述两个输入端，分别电连接所述第一端部；所述两个输出端，分别电连接所述第二端部。

进一步地，所述电桥为微带线、带状线或波导结构。

进一步地，所述电桥还包括有阻抗匹配分支线，所述阻抗匹配分支线分别对称设置在所述第一端部，用于调节所述第一端部的阻抗匹配。

进一步地，所述电桥还包括有相位调节分支线，所述相位调节分支线分别对称设置在所述第一分支线与第三分支线之间的主线和副线上。

进一步地，所述电桥还包括有电抗补偿分支线，所述电抗补偿分支线分别对称设置在所述主线和副线的长度的1/2处。

进一步地，所述主线和所述副线为曲折形状或相互平行的直线结构，定向耦合器整体以第三分支线为中心轴的左右非对称结构。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.本方案基于常规的三支线定向耦合器改进，通过调节该第三分支线的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比，实现了在不使用更多级分支线、不增大电桥尺寸的情况下，提高阻抗匹配带宽，两个输出端输出功率不等分,以满足不同的射频信号分配、隔离和混合要求，并且便于加工。

2.L型分支线可设计为开路线或者短路线，其长度可相等或者不等，以便于根据设计需要灵活调整；另外，电桥可为微带线、带状线或波导结构，方便根据实际需要灵活选择。

3.在第一分支线与第三分支线之间的主线和副线上设置相位调节分支线，通过调整第三分支线和相位调节分支线，一方面用于满足宽频带阻抗匹配，另一方面可使整个工作频带相位平衡在四分之一波长，也即90°左右。

4.因为在电桥的第三分支线和主线连接的T接头处具有“结电抗”效应，造成频率的偏移，所以在所述主线和副线的长度的1/2处设置电抗补偿分支线，可补偿该“结电抗”效应。

5.主线和副线设计为曲折形状，将加载段收缩到内部，可以缩小耦合器尺寸，利于定向耦合器小型化的发展。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。这些附图中，为了清楚起见，可能放大了结构和区域的尺寸及相对尺寸。

图1为三分支定向耦合器电路原理图；

图2为本发明一个实施例提供的定向耦合器电路原理图；

图3为本发明一个实施例提供的定向耦合器第一表面的电桥剖面示意图；

图4为本发明一个实施例提供的定向耦合器的一输入端有输入信号时输出端的功率分配频谱特性图；

图5为本发明一个实施例提供的定向耦合器的一输入端有输入信号时，两个输出端之间的相位差频谱特性图；

图6为本发明一个实施例提供的定向耦合器的输入端之间的隔离度曲线图；

图7为本发明一个实施例提供的定向耦合器剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下文详细说明本发明的具体实施方式。

图2为本发明基于图1改进之后的原理图，通过调整H和G2段，一方面满足宽频带阻抗匹配，另一方面可使整个工作频带相位平衡在四分之一波长，也即90°左右。此时左端H＝H1+H2，右端H＝H1+H3；中间G2'＝G2+G3，H1可与H3相等或者不等，G3可等于0或为不等于0的导纳。

根据改进之后的原理图，本发明一个实施例提供的一种不等分功率的定向耦合器，功率分配为2:1，包括有介质基板和设置在所述介质基板的其中一表面的电桥；其中，如图3所示，所述电桥包括有主线1、副线2、第一分支线3、第二分支线5和第三分支线7；所述第一分支线3电连接所述主线1与副线2的第一端部4；所述第二分支线5电连接所述主线1与副线2的第二端部6；所述第三分支线7电连接所述主线1与副线2的长度的1/2处，这里所述的电连接可以是通过导线、插针或其他导电端子实现电性连接，通过调节该第三分支线7的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。

本方案基于常规的三支线定向耦合器改进，通过调节该第三分支线7的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。实现了在不使用更多级分支线结构、不增大电桥尺寸的情况下，提高阻抗匹配带宽，输出功率不等分，以满足不同的射频信号分配、隔离和混合要求，并且便于加工。

进一步地，所述第三分支线7上设有L型分支线8，构成所述L型分支线8的两臂分设于第三分支线7的两侧，并且两者之间的夹角可调。通过调节L型分支线8的夹角，来调节第三分支线7的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。

进一步地，L型分支线8的设计可为开路线或者短路线，长度可相等或者不等，便于根据设计灵活调整。

进一步地，所述主线1和所述副线2为相互平行的直线结构，定向耦合器整体以第三分支线7为中心轴的左右非对称结构，所述电桥可以为微带线、带状线或波导结构，方便根据实际需要灵活选择。

进一步地，所述电桥还包括两个输入端901和902及两个输出端101和102，所述两个输入端901和902分别电连接所述第一端部4；所述两个输出端101和102分别电连接所述第二端部6。两个输入端901和902互为隔离端口，即当任意一个输入端901或902输入射频信号时，另一个输入端902或901接收不到射频信号。并且，任选一个输入端901或902输入射频信号时，两个输出端101和102输出功率不等的两路信号，该输入端901或902的同侧的输出端101或102比异侧输出端102或101相位超前90度，同侧输出端101或102比异侧输出端102或101功率大，功率比值为N:1(N＞1)，本实施例为2:1。

进一步地，所述电桥还包括有阻抗匹配分支线11，所述阻抗匹配分支线11分别对称设置在所述第一端部4，用于调节所述第一端部4的阻抗匹配。

进一步地，所述电桥还包括有相位调节分支线12，所述相位调节分支线12分别对称设置在所述第一分支线3与第三分支线之间7的主线1和副线2上，通过调整第三分支线和相位调节分支线，一方面用于满足宽频带阻抗匹配，另一方面可使整个工作频带相位平衡在四分之一波长，也即90°左右。

进一步地，所述电桥还包括有电抗补偿分支线13，所述电抗补偿分支线13分别对称设置在所述主线1和副线2的长度的1/2处，因在电桥的第三分支线7和主线1连接的T接头处具有“结电抗”效应，造成频率的偏移，所述电抗补偿分支线13可补偿该“结电抗”效应。

针对本发明一个实施例提供的定向耦合器图2利用仿真软件建立模型，在1.7-2.2GHz频段，定义901和902为输入端，101和102为输出端。如图4所示，为本发明一个实施例提供的一个定向耦合器的一输入端901或902输入信号时输出端101和102的功率分配频谱特性图。在901输入信号时，101输出信号幅度为1.7dB左右，约为输入信号的2/3；102输出信号幅度为4.7dB左右，约为输入信号的1/3。在902输入信号时，101输出信号幅度为4.7dB左右，约为输入信号的1/3；102输出信号幅度为1.7dB左右，约为输入信号的2/3。可见与输入端901或902同侧的输出端101或102输出功率为输入信号的2/3，异侧的输出端102或101为1/3。根据上述分析可知，所述定向耦合器实现了功率分配为2:1的功率不等分。需要指出的是，该功率比可根据不同的使用要求调整设计。

图5是本发明一个实施例提供的定向耦合器的一输入端901或902输入信号时，两个输出端101和102之间的相位差频谱特性图。可见，两输出端101和102相位差为90度，符合设计要求。

图6是本发明一个实施例提供的定向耦合器的输入端901和902之间的隔离度曲线图，在仿真实例中观察901和902两个输入端之间的隔离度均在26.6dB以上，因此满足隔离度的设计要求。

图7是本发明又一个实施例提供的另一种定向耦合器剖面示意图，所述定向耦合器主线1和所述副线2采用蛇形线结构，此时G3导纳调整为0，第三分支线7可不用加载枝节线；H2和H3导纳经过高隔离度优化调整为不相等，H2对应的702开路线、H3对应的802开路线加载段收缩到内部，可以缩小耦合器尺寸，利于所述定向耦合器小型化的发展。

综上所述，本方案基于常规的三支线定向耦合器改进，通过调节该第三分支线7的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比，实现了在不使用更多级分支线、不增大电桥尺寸的情况下，提高阻抗匹配带宽，输出功率不等分，以满足不同的射频信号分配、隔离和混合要求，并且便于加工。

所述第三分支线7上设有L型分支线8，构成所述L型分支线8的两臂分设于第三分支线7的两侧，并且两者之间的夹角可调，通过调节L型分支线8的夹角，来调节第三分支线7的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。

L型分支线8可设计为开路线或者短路线，其长度可相等或者不等，以便于根据设计需要灵活调整；另外，电桥可为微带线、带状线或波导结构，方便根据实际需要灵活选择。

在第一分支线3与第三分支线7之间的主线1和副线2上分别对称设置相位调节分支线12，通过调整第三分支线7和相位调节分支线12，一方面用于满足宽频带阻抗匹配，另一方面可使整个工作频带相位平衡在四分之一波长，也即90°左右。

因为在电桥的第三分支线7和主线1连接的T接头处具有“结电抗”效应，造成频率的偏移，所以在所述主线1和副线2的长度的1/2处设置电抗补偿分支线13，可补偿该“结电抗”效应。

主线1和副线2采用曲折形状，将加载段收缩到内部，可以缩小耦合器尺寸，利于定向耦合器小型化的发展。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不等分功率的定向耦合器，其特征在于：包括有介质基板和设置在所述介质基板的其中一表面的电桥；其中，

所述电桥包括有主线、副线、第一分支线、第二分支线和第三分支线；

所述第一分支线电连接所述主线与副线的第一端部；

所述第二分支线电连接所述主线与副线的第二端部；

所述第三分支线的两端与所述主线与副线的中部位置电连接，通过调节该第三分支线的导纳，以调整定向耦合器的输出功率比。

2.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述第三分支线上设有L型分支线，构成所述L型分支线的两臂分设于第三分支线的两侧，并且两者之间的夹角可调。

3.根据权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于：所述L型分支线的两臂为开路线或短路线。

4.根据权利要求2所述的定向耦合器，其特征在于：所述L型分支线的两臂的长度相等或不等。

5.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述电桥还包括两个输入端和两个输出端，

所述两个输入端，分别电连接所述第一端部；

所述两个输出端，分别电连接所述第二端部。

6.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述电桥为微带线、带状线或波导结构。

7.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述电桥还包括有阻抗匹配分支线，所述阻抗匹配分支线分别对称设置在所述第一端部，用于调节所述第一端部的阻抗匹配。

8.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述电桥还包括有相位调节分支线，所述相位调节分支线分别对称设置在所述第一分支线与第三分支线之间的主线和副线上。

9.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述电桥还包括有电抗补偿分支线，所述电抗补偿分支线分别对称设置在所述主线和副线的长度的1/2处。

10.根据权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于：所述主线和所述副线为曲折形状或相互平行的直线结构，定向耦合器整体以第三分支线为中心轴的左右非对称结构。