CN108767410A - 一种小型化超宽带3dB定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化超宽带3dB定向耦合器，耦合器的左边从前至后依次间隔设有端口P3和端口P1，耦合器的右边从前至后依次间隔设有端口P4和端口P2，耦合器的前面设有侧印地GND2，耦合器的后面设有侧印地GND1，耦合器的下面设有接地屏蔽层G3，耦合器的上面设有接地屏蔽层G1；耦合器包括接地屏蔽层G2、折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5、折叠宽边耦合线L6，所述折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5和折叠宽边耦合线L6均呈“S”形走线。本发明尺寸更小、能补偿电磁场的不连续性、能有效拓展带宽、可提高器件的耦合度。
Description
技术领域
本发明涉及微波器件，尤其涉及一种小型化超宽带3dB定向耦合器。
背景技术
随着现代电子对抗系统、测量仪器系统的发展，微波系统覆盖了越来越宽的频带，随着人们对便携化、集成化要求的不断提高，作为微波系统中广泛使用的定向耦合器的性能要求也越来越高，描述这种部件性能的主要技术指标有工作频率范围、输入输出电压驻波比、插入损耗、隔离度、幅度平衡、相位平衡特性、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。虽然现有的定向耦合器能够满足一定的应用要求，但是其仍然存在尺寸偏大、电磁场连续性差、带宽较窄、耦合度低等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种尺寸更小、能补偿电磁场的不连续性、能有效拓展带宽、可提高耦合度的小型化超宽带3dB定向耦合器。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种小型化超宽带3dB定向耦合器，其包括耦合器、端口P1、端口P2、端口P3、端口P4、侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1和接地屏蔽层G3，耦合器的左边从前至后依次间隔设有端口P3和端口P1，耦合器的右边从前至后依次间隔设有端口P4和端口P2，耦合器的前面设有侧印地GND2，耦合器的后面设有侧印地GND1，耦合器的下面设有接地屏蔽层G3，耦合器的上面设有接地屏蔽层G1；耦合器包括接地屏蔽层G2、连接引线Lin1、连接引线Lin2、连接引线Lin3、连接引线Lin4、折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5、折叠宽边耦合线L6、连接柱H1、连接柱H2、连接柱H3、连接柱H4、连接柱H5、连接柱H6、连接柱H7、连接柱H8、连接柱H9和连接柱H10，所述折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5和折叠宽边耦合线L6均呈“S”形走线；折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5为从左至右依次设置；折叠宽边耦合线L1的下边依次间隔设有接地屏蔽层G2和折叠宽边耦合线L6；折叠宽边耦合线L1包括上层折叠线L11和下层折叠线L12，折叠宽边耦合线L2包括上层折叠线L21和下层折叠线L22，折叠宽边耦合线L3包括上层折叠线L31和下层折叠线L32，折叠宽边耦合线L4包括上层折叠线L41和下层折叠线L42，折叠宽边耦合线L5包括上层折叠线L51和下层折叠线L52，折叠宽边耦合线L6包括上层折叠线L61和下层折叠线L62；下层折叠线L12的一端通过连接引线Lin1连接端口P1，另一端通过连接柱H2与下层折叠线L22的一端连接，下层折叠线L22的另一端通过连接柱H4与下层折叠线L32的一端连接，下层折叠线L32的另一端通过连接柱H6与下层折叠线L42的一端连接，下层折叠线L42的另一端通过连接柱H8与下层折叠线L52的一端连接，下层折叠线L52的另一端通过连接柱H10与下层折叠线L62的一端连接，下层折叠线L62另一端通过连接引线Lin3连接端口P3，上层折叠线L51的一端通过连接引线Lin2连接端口P2，另一端通过连接柱H7与上层折叠线L41的一端连接，上层折叠线L41的另一端通过连接柱H5与上层折叠线L31的一端连接，上层折叠线L31的另一端通过连接柱H3与上层折叠线L21的一端连接，上层折叠线L21的另一端通过连接柱H1与上层折叠线L11的一端连接，上层折叠线L11的另一端通过连接柱H9与上层折叠线L61的一端连接，上层折叠线L61的另一端通过连接引线Lin4连接端口P4；接地屏蔽层G2将折叠宽边耦合线L6与折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5隔离开，侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1、接地屏蔽层G2和接地屏蔽层G3均连接在一起。
优选地，所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3和所述端口P4均为表面贴装的50欧姆阻抗的端口。
优选地，所述耦合器、所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3、所述端口P4、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述接地屏蔽层G1和所述接地屏蔽层G3均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。
本发明公开的小型化超宽带3dB定向耦合器中，耦合器所包括的六条折叠宽边耦合线均采用蛇形走线，这种走线方式有助于实现高度集成以及缩小耦合器尺寸，同时，各耦合线间的连接处引入圆弧过度，能有效补偿因弯曲引起的电磁场连续性不足。其次，折叠宽边耦合线L1～折叠宽边耦合线L6的长度均是四分之一波长，有助于获得更大的耦合能量。再次，上下两层折叠线呈正对称排布，两线之间发生能量耦合并构成一个单节耦合器，折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5连接在一起构成对称多节耦合器，本发明利用五节串联的耦合线与单节耦合线级联的结构可得到更宽的带宽，使得耦合器不仅满足了超宽带特性，而且大大增加了耦合器的耦合度。
附图说明
图1为本发明定向耦合器的侧视图。
图2为本发明定向耦合器的俯视图。
图3为本发明定向耦合器的性能测试曲线图。
图4为本发明定向耦合器的直通与耦合端口相位差曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种小型化超宽带3dB定向耦合器，结合图1和图2所示，其包括耦合器、端口P1、端口P2、端口P3、端口P4、侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1和接地屏蔽层G3，耦合器的左边从前至后依次间隔设有端口P3和端口P1，耦合器的右边从前至后依次间隔设有端口P4和端口P2，耦合器的前面设有侧印地GND2，耦合器的后面设有侧印地GND1，耦合器的下面设有接地屏蔽层G3，耦合器的上面设有接地屏蔽层G1；
耦合器包括接地屏蔽层G2、连接引线Lin1、连接引线Lin2、连接引线Lin3、连接引线Lin4、折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5、折叠宽边耦合线L6、连接柱H1、连接柱H2、连接柱H3、连接柱H4、连接柱H5、连接柱H6、连接柱H7、连接柱H8、连接柱H9和连接柱H10，所述折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5和折叠宽边耦合线L6均呈“S”形走线；
折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5为从左至右依次设置；折叠宽边耦合线L1的下边依次间隔设有接地屏蔽层G2和折叠宽边耦合线L6；
折叠宽边耦合线L1包括上层折叠线L11和下层折叠线L12，折叠宽边耦合线L2包括上层折叠线L21和下层折叠线L22，折叠宽边耦合线L3包括上层折叠线L31和下层折叠线L32，折叠宽边耦合线L4包括上层折叠线L41和下层折叠线L42，折叠宽边耦合线L5包括上层折叠线L51和下层折叠线L52，折叠宽边耦合线L6包括上层折叠线L61和下层折叠线L62；
下层折叠线L12的一端通过连接引线Lin1连接端口P1，另一端通过连接柱H2与下层折叠线L22的一端连接，下层折叠线L22的另一端通过连接柱H4与下层折叠线L32的一端连接，下层折叠线L32的另一端通过连接柱H6与下层折叠线L42的一端连接，下层折叠线L42的另一端通过连接柱H8与下层折叠线L52的一端连接，下层折叠线L52的另一端通过连接柱H10与下层折叠线L62的一端连接，下层折叠线L62另一端通过连接引线Lin3连接端口P3，上层折叠线L51的一端通过连接引线Lin2连接端口P2，另一端通过连接柱H7与上层折叠线L41的一端连接，上层折叠线L41的另一端通过连接柱H5与上层折叠线L31的一端连接，上层折叠线L31的另一端通过连接柱H3与上层折叠线L21的一端连接，上层折叠线L21的另一端通过连接柱H1与上层折叠线L11的一端连接，上层折叠线L11的另一端通过连接柱H9与上层折叠线L61的一端连接，上层折叠线L61的另一端通过连接引线Lin4连接端口P4；
接地屏蔽层G2将折叠宽边耦合线L6与折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5隔离开，侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1、接地屏蔽层G2和接地屏蔽层G3均连接在一起。
上述小型化超宽带3dB定向耦合器中，耦合器所包括的六条折叠宽边耦合线均采用蛇形走线，这种走线方式有助于实现高度集成以及缩小耦合器尺寸，同时，各耦合线间的连接处引入圆弧过度，能有效补偿因弯曲引起的电磁场连续性不足。其次，折叠宽边耦合线L1～折叠宽边耦合线L6的长度均是四分之一波长，有助于获得更大的耦合能量。再次，上下两层折叠线呈正对称排布，两线之间发生能量耦合并构成一个单节耦合器，折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5连接在一起构成对称多节耦合器，本发明利用五节串联的耦合线与单节耦合线级联的结构可得到更宽的带宽，使得耦合器不仅满足了超宽带特性，而且大大增加了耦合器的耦合度。
本实施例中，所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3和所述端口P4均为表面贴装的50欧姆阻抗的端口。
进一步地，所述耦合器、所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3、所述端口P4、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述接地屏蔽层G1和所述接地屏蔽层G3均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。
本发明优选采用多层低温共烧陶瓷工艺实现，其中，低温共烧陶瓷材料和金属图形在大约900℃温度下烧结而成，从而具有非常高的可靠性和温度稳定性。由于采用了三维立体集成、多层折叠结构以及外表面金属屏蔽接地的封装，使得器件成本更低，器件尺寸仅为12mm×7mm×2.3mm，适合在微波技术领域推广应用，并具有较好的应用前景。
请参照图3和图4，经过HFSS仿真软件测试得出，本发明定向耦合器的中心频率为2GHZ，带宽为0.5GHz～3.5GHz，带宽比为7，输入端口回波损耗优于17dB，直通与耦合端相位相差90°(±3°)，端口间的隔离度均大于18dB，与该频段同类产品相比的尺寸更小，有助于无线电子系统向小型化、轻重量化、高可靠性发展。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种小型化超宽带3dB定向耦合器，其特征在于：包括耦合器、端口P1、端口P2、端口P3、端口P4、侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1和接地屏蔽层G3，耦合器的左边从前至后依次间隔设有端口P3和端口P1，耦合器的右边从前至后依次间隔设有端口P4和端口P2，耦合器的前面设有侧印地GND2，耦合器的后面设有侧印地GND1，耦合器的下面设有接地屏蔽层G3，耦合器的上面设有接地屏蔽层G1；
耦合器包括接地屏蔽层G2、连接引线Lin1、连接引线Lin2、连接引线Lin3、连接引线Lin4、折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5、折叠宽边耦合线L6、连接柱H1、连接柱H2、连接柱H3、连接柱H4、连接柱H5、连接柱H6、连接柱H7、连接柱H8、连接柱H9和连接柱H10，所述折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4、折叠宽边耦合线L5和折叠宽边耦合线L6均呈“S”形走线；
折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5为从左至右依次设置；折叠宽边耦合线L1的下边依次间隔设有接地屏蔽层G2和折叠宽边耦合线L6；
折叠宽边耦合线L1包括上层折叠线L11和下层折叠线L12，折叠宽边耦合线L2包括上层折叠线L21和下层折叠线L22，折叠宽边耦合线L3包括上层折叠线L31和下层折叠线L32，折叠宽边耦合线L4包括上层折叠线L41和下层折叠线L42，折叠宽边耦合线L5包括上层折叠线L51和下层折叠线L52，折叠宽边耦合线L6包括上层折叠线L61和下层折叠线L62；
下层折叠线L12的一端通过连接引线Lin1连接端口P1，另一端通过连接柱H2与下层折叠线L22的一端连接，下层折叠线L22的另一端通过连接柱H4与下层折叠线L32的一端连接，下层折叠线L32的另一端通过连接柱H6与下层折叠线L42的一端连接，下层折叠线L42的另一端通过连接柱H8与下层折叠线L52的一端连接，下层折叠线L52的另一端通过连接柱H10与下层折叠线L62的一端连接，下层折叠线L62另一端通过连接引线Lin3连接端口P3，上层折叠线L51的一端通过连接引线Lin2连接端口P2，另一端通过连接柱H7与上层折叠线L41的一端连接，上层折叠线L41的另一端通过连接柱H5与上层折叠线L31的一端连接，上层折叠线L31的另一端通过连接柱H3与上层折叠线L21的一端连接，上层折叠线L21的另一端通过连接柱H1与上层折叠线L11的一端连接，上层折叠线L11的另一端通过连接柱H9与上层折叠线L61的一端连接，上层折叠线L61的另一端通过连接引线Lin4连接端口P4；
接地屏蔽层G2将折叠宽边耦合线L6与折叠宽边耦合线L1、折叠宽边耦合线L2、折叠宽边耦合线L3、折叠宽边耦合线L4和折叠宽边耦合线L5隔离开，侧印地GND1、侧印地GND2、接地屏蔽层G1、接地屏蔽层G2和接地屏蔽层G3均连接在一起。
2.如权利要求1所述的一种小型化超宽带3dB定向耦合器，其特征在于：所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3和所述端口P4均为表面贴装的50欧姆阻抗的端口。
3.如权利要求1所述的一种小型化超宽带3dB定向耦合器，其特征在于：所述耦合器、所述端口P1、所述端口P2、所述端口P3、所述端口P4、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述接地屏蔽层G1和所述接地屏蔽层G3均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。
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