CN111710950B - 平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat‑Race，端口1与耦合线1第一条线一端连接，耦合线1第一条线另一端与耦合线2第一条线一端连接，耦合线2第一条线另一端与端口4连接；耦合线4第二条线一端与耦合线1第一条线另一端和耦合线2第一条线一端连接，耦合线4第二条线另一端与耦合线4第一条线另一端短接，耦合线4第一条线一端开路；端口3与耦合线1第二条线一端连接，耦合线1第二条线另一端与耦合线3第二条线另一端连接，耦合线3第二条线一端与耦合线3第一条线一端短接，耦合线3第一条线另一端与耦合线2第二条线一端连接，耦合线2第二条线另一端与端口2连接。本发明能够提高混合环输出相位的稳定性。

Description

平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race
技术领域
本发明涉及耦合器技术领域，特别是涉及一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race。
背景技术
在通信系统中，射频器件是不可或缺的器件，例如，滤波器、功率分配器、耦合器等器件广泛应用于通信系统的设备中。射频器件的性能，会影响通信系统中设备的性能，进而影响通信的质量。因此，提升射频器件的性能是提升整个通信系统性能的关键一环。常见的四端口耦合器，可以将一路功率信号分成两路，即功率分配，也可以将两路功率信号分为一路，即功率合成。耦合器在平衡放大器、移相器、天馈系统、混频器、功率放大器等多种器件和系统中，有着重要的作用。
现有的传统混合环(耦合器)电路结构如图1所示，各端口之间通过微带线连接，其中，端口1与端口2之间、端口1与端口3之间，以及端口3与端口4之间微带线的电长度均为λ/4，端口2与端口4之间微带线的电长度为3λ/4，λ为中心频率对应的波长，中心频率大小为3.5GHz，在该工作频率下，环形部分微带线特性阻抗为
Figure BDA0002539848350000011
各端口到环形部分微带线的微带线特性阻抗为Z0。
现有的传统混合环工作在中心频率下性能稳定，但是工作频率一旦偏离中心频率，混合环电路结构对应的各端口之间微带线的电长度就会发生变化，导致混合环输出相位发生变化，进而影响混合环输出相位的稳定性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，以提高混合环输出相位的稳定性。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，包括：
四个端口，分别为端口1、端口2、端口3和端口4；
四条耦合线，分别为耦合线1、耦合线2、耦合线3和耦合线4，每一条耦合线由两条金属线组成；
所述端口1与所述耦合线1第一条线的一端连接，所述耦合线1第一条线的另一端与所述耦合线2第一条线的一端连接，所述耦合线2第一条线的另一端与所述端口4连接；
所述耦合线4第二条线的一端与所述耦合线1第一条线的另一端和所述耦合线2第一条线的一端连接，所述耦合线4第二条线的另一端与所述耦合线4第一条线的另一端短接，所述耦合线4第一条线的一端开路；
所述端口3与所述耦合线1第二条线的一端连接，所述耦合线1第二条线的另一端与所述耦合线3第二条线的另一端连接，所述耦合线3第二条线的一端与所述耦合线3第一条线的一端短接，所述耦合线3第一条线的另一端与所述耦合线2第二条线的一端连接，所述耦合线2第二条线的另一端与所述端口2连接。
可选的，所述耦合线3与所述耦合线1和所述耦合线2垂直。
可选的，所述耦合线4与所述耦合线1和所述耦合线2垂直。
可选的，所述混合环Rat-Race安装在单层电路板的顶层，所述单层电路板的底层为金属地面。
可选的，所述混合环Rat-Race布置于预设的介质基板上，所述预设的介质基板下表面覆盖金属形成金属地面。
可选的，当所述端口1作输入端口时，所述端口4为输出直通端口，所述端口3为输出耦合端口，所述端口2为隔离端口；当所述端口2作输入端口时，所述端口3为输出直通端口，所述端口4为输出耦合端口，所述端口1为隔离端口。
可选的，所述端口1、端口2、端口3和端口4连接头均为SMA连接头。
可选的，各所述端口分别与各所述耦合线之间的距离，各所述耦合线的长度，各所述耦合线的宽度，以及各所述耦合线对应的第一条线和第二条线之间的缝隙宽度，是根据所述混合环Rat-Race的性能指标确定的。
可选的，所述混合环Rat-Race的性能指标包括：所述混合环Rat-Race的工作频率以及所述混合环Rat-Race的耦合度。
本发明实施例提供的一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，端口1与耦合线1第一条线的一端连接，耦合线1第一条线的另一端与耦合线2第一条线的一端连接，耦合线2第一条线的另一端与端口4连接；耦合线4第二条线的一端与耦合线1第一条线的另一端和耦合线2第一条线的一端连接，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路；端口3与耦合线1第二条线的一端连接，耦合线1第二条线的另一端与耦合线3第二条线的另一端连接，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，耦合线3第一条线的另一端与耦合线2第二条线的一端连接，耦合线2第二条线的另一端与端口2连接。本发明中混合环Rat-Race的电路结构设计，可以使得混合环Rat-Race的工作频率偏离中心频率时，端口3和端口4的输出相位变化程度与工作频率的变化程度相等，进而端口3和端口4的输出相位差比较稳定，提高了混合环输出相位的稳定性。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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实施例。
图1为现有的传统混合环电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的电路整体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种介质基板和金属地面的结构尺寸示意图；
图5为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的电路整体尺寸示意图；
图6为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的端口1和端口3馈入耦合线1的转角处局部示意图；
图7为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的耦合线1、耦合线2与耦合线3、耦合线4连接处局部示意图；
图8为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的端口2和端口4馈入耦合线2的转角处局部示意图；
图9为本发明实施例中混合环Rat-Race在端口1输入时的散射参数仿真结果示意图；
图10为本发明实施例中混合环Rat-Race在端口2输入时的散射参数仿真结果示意图；
图11为本发明实施例中混合环Rat-Race在四个端口分别输入时的散射参数仿真结果示意图；
图12为本发明实施例中混合环Rat-Race在端口1输入时的输出相位差的仿真结果示意图；
图13为本发明实施例中混合环Rat-Race在端口2输入时的输出相位差的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有混合环的工作频率一旦偏离中心频率，混合环电路结构对应的各端口之间微带线的电长度就会发生变化，导致混合环输出相位发生变化，进而影响混合环输出相位的稳定性的问题，本发明实施例提供了一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，该混合环Rat-Race包括：
四个端口，分别为端口1、端口2、端口3和端口4；
四条耦合线，分别为耦合线1、耦合线2、耦合线3和耦合线4，每一条耦合线由两条金属线组成；
端口1与耦合线1第一条线的一端连接，耦合线1第一条线的另一端与耦合线2第一条线的一端连接，耦合线2第一条线的另一端与端口4连接；
耦合线4第二条线的一端与耦合线1第一条线的另一端和耦合线2第一条线的一端连接，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路；
端口3与耦合线1第二条线的一端连接，耦合线1第二条线的另一端与耦合线3第二条线的另一端连接，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，耦合线3第一条线的另一端与耦合线2第二条线的一端连接，耦合线2第二条线的另一端与端口2连接。
本发明实施例提供的一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，端口1与耦合线1第一条线的一端连接，耦合线1第一条线的另一端与耦合线2第一条线的一端连接，耦合线2第一条线的另一端与端口4连接；耦合线4第二条线的一端与耦合线1第一条线的另一端和耦合线2第一条线的一端连接，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路；端口3与耦合线1第二条线的一端连接，耦合线1第二条线的另一端与耦合线3第二条线的另一端连接，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，耦合线3第一条线的另一端与耦合线2第二条线的一端连接，耦合线2第二条线的另一端与端口2连接。本发明中混合环Rat-Race的电路结构设计，可以使得混合环Rat-Race的工作频率偏离中心频率时，端口3和端口4的输出相位变化程度与工作频率的变化程度相等，进而端口3和端口4的输出相位差比较稳定，提高了混合环输出相位的稳定性。
下面进行具体说明，如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的电路结构示意图，该混合环Rat-Race可以包括：四个端口，分别为端口1、端口2、端口3和端口4；以及四条耦合线，分别为耦合线1、耦合线2、耦合线3和耦合线4，每一条耦合线由两条金属线组成。
其中，端口1与耦合线1第一条线的一端连接，耦合线1第一条线的另一端与耦合线2第一条线的一端连接，耦合线2第一条线的另一端与端口4连接。
耦合线4第二条线的一端与耦合线1第一条线的另一端和耦合线2第一条线的一端连接，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路。
端口3与耦合线1第二条线的一端连接，耦合线1第二条线的另一端与耦合线3第二条线的另一端连接，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，耦合线3第一条线的另一端与耦合线2第二条线的一端连接，耦合线2第二条线的另一端与端口2连接。
本发明实施例中，混合环Rat-Race的四个端口分别通过四条耦合线连接，其中，每一条耦合线可以由两条金属线组成，这两条金属线的长度可以是相同的，每一耦合线的两条金属线中间有缝隙，具体金属线的长度以及缝隙的宽度，本领域技术人员可根据需求进行设置。
示例性的，如图3所示，将每一耦合线的第一条线表示为b线，将每一耦合线的第二条线表示为a线。那么，各端口与各耦合线之间的连接可以为：端口1与耦合线1的b线左端连接，耦合线1的b线右端与耦合线2的b线左端连接，耦合线2的b线右端与端口4连接；耦合线4的a线上端与耦合线1的b线右端和耦合线2的b线左端连接，耦合线4的a线下端与耦合线4的b线下端短接，耦合线4的b线上端开路；端口3与耦合线1的a线左端连接，耦合线1的a线右端与耦合线3的a线下端连接，耦合线3的a线上端与耦合线3的b线上端短接，耦合线3的b线下端与耦合线2的a线左端连接，耦合线2的a线右端与端口2连接。图3中虚线框C表示端口1、端口3与耦合线1的局部连接处，虚线框D表示耦合线1、耦合线2、耦合线3和耦合线4的局部连接处，虚线框E表示端口2、端口4与耦合线2的局部连接处。
本发明实施例中，耦合线1的偶模、奇模阻抗可以分别表示为Ze1和Zo1，电长度表示为θ1，耦合线2的偶模、奇模阻抗可以分别表示为Ze2和Zo2，电长度表示为θ2，耦合线3的偶模、奇模阻抗可以分别表示为Ze3和Zo3，电长度表示为θ3，耦合线4的偶模、奇模阻抗可以分别表示为Ze4和Zo4，电长度表示为θ4。具体各参数的值随混合环Rat-Race的工作频率和耦合度而变化。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，在与端口3相连的耦合线1第二条线和与端口2相连的耦合线2第二条线之间串联接入耦合线3，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，且耦合线3与耦合线1和耦合线2垂直设置，可以实现混合环Rat-Race的端口1作为输入时输出反相，以及端口2作为输入时输出同相的特点。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，在与端口1相连的耦合线1第一条线和与端口4相连的耦合线2第一条线之间并联接入耦合线4，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路，且耦合线4与耦合线1和耦合线2垂直设置，可以使得混合环Rat-Race的输出相位更为平滑。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，可以将混合环Rat-Race安装在单层电路板的顶层，该单层电路板的底层可以设置为金属地面。
示例性的，本发明实施例中，可以将混合环Rat-Race焊接于单层电路板上。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，可以将混合环Rat-Race布置于预设的介质基板上，该预设的介质基板下表面可以覆盖金属以形成金属地面。
示例性的，本发明实施例中，单层电路板可以是预设的介质基板，该预设的介质基板可以是：Rogers高频电路板、或Neltec高频电路板、或Taconic高频电路板、或Arlon高频电路板、或FR4环氧树脂电路板、或F4B聚四氟乙烯玻璃布板等。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，可以通过选择输入端口，以实现混合环Rat-Race输出信号的同相和反相特性。具体的，当端口1作输入端口时，端口4可以为输出直通端口，端口3可以为输出耦合端口，端口2可以为隔离端口；当端口2作输入端口时，端口3可以为输出直通端口，端口4可以为输出耦合端口，端口1可以为隔离端口。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，混合环Rat-Race的端口1、端口2、端口3和端口4连接头可以为SMA连接头。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，混合环Rat-Race的工作频率示例性的可以为3.1GHz-4GHz，在该工作频率范围内，可以实现混合环Rat-Race的输出相位差平滑稳定变化。
示例性的，当混合环Rat-Race的工作频率在3.1GHz-4GHz范围内时，混合环Rat-Race的同相输出相位差在-5°至5°的范围内，反相输出相位差在180°±5°的范围内。而工作频率在3.5GHz±0.2GHz的范围内时，同相输出相位差和反相输出相位差的波动不超过2°。
在端口2作为输入时，混合环Rat-Race的工作频率在中心频率(3.5GHz)附近，端口3和端口4输出的相位大约为0度。当工作频率升高时，端口3和端口4输出的相位都升高，当工作频率降低时，端口3和端口4输出的相位都降低，当工作频率在中心频率附近时，端口3和端口4输出的相位变化程度的绝对值随工作频率变化程度成正比。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，本发明实施例中，混合环Rat-Race各端口分别与各耦合线之间的距离，各耦合线的长度，各耦合线的宽度，以及各耦合线对应的第一条线和第二条线之间的缝隙宽度等，可以根据混合环Rat-Race的性能指标确定的，混合环Rat-Race的性能指标可以包括：混合环Rat-Race的工作频率以及混合环Rat-Race的耦合度等。
示例性的，本领域技术人员，可以根据混合环Rat-Race的工作频率以及混合环Rat-Race的耦合度，设计介质基板和金属地面的尺寸，以及设计混合环Rat-Race各端口分别与各耦合线之间的距离，各耦合线的长度，各耦合线的宽度，以及各耦合线对应的第一条线和第二条线之间的缝隙宽度等，还可以根据介质基板的材料设计混合环Rat-Race各端口的宽度等。
本发明实施例提供的一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，端口1与耦合线1第一条线的一端连接，耦合线1第一条线的另一端与耦合线2第一条线的一端连接，耦合线2第一条线的另一端与端口4连接；耦合线4第二条线的一端与耦合线1第一条线的另一端和耦合线2第一条线的一端连接，耦合线4第二条线的另一端与耦合线4第一条线的另一端短接，耦合线4第一条线的一端开路；端口3与耦合线1第二条线的一端连接，耦合线1第二条线的另一端与耦合线3第二条线的另一端连接，耦合线3第二条线的一端与耦合线3第一条线的一端短接，耦合线3第一条线的另一端与耦合线2第二条线的一端连接，耦合线2第二条线的另一端与端口2连接。本发明中混合环Rat-Race的电路结构设计，可以使得混合环Rat-Race的工作频率偏离中心频率时，端口3和端口4的输出相位变化程度与工作频率的变化程度相等，进而端口3和端口4的输出相位差比较稳定，提高了混合环输出相位的稳定性。
本发明实施例中，选取混合环Rat-Race的工作频率为3.1GHz-4GHz，中心频率为3.5GHz，耦合度为2.1dB，介质基板为Rogers高频电路板，混合环Rat-Race四个端口的特征阻抗均为50欧姆为例进行说明，介质基板和金属地面的尺寸，混合环Rat-Race各端口的宽度，以及各端口分别与各耦合线之间的距离等设计如下：
如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种介质基板和金属地面的结构尺寸示意图。介质基板Rogers高频电路板的介电常数为3.48，厚度1.524mm，介质损耗0.0037，介质基板下表面覆盖金属，作为金属地面。介质基板横向宽度La为38.075mm，纵向宽度Lb为36mm。介质基板的四个角被挖去，其中左上、左下、右上三个角横向挖去深度L1为11.8mm，纵向挖去深度L2为7.775mm，右下角横向挖去深度L1为11.8mm，纵向挖去深度L3为7.475mm。金属地面的平面尺寸与介质基板相同。
如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的电路整体尺寸示意图。各端口宽度均表示为WS尺寸大小为3.70mm，端口1和端口3左边缘距离介质基板左边缘、以及端口2和端口4右边缘距离介质基板右边缘L4为4.3mm。端口1距离耦合线1的b线L5为8.775mm，端口3距离耦合线1的a线L5为8.775mm，端口2距离耦合线2的a线L20为8.625mm，端口4距离耦合线2的b线L6为8.925mm。端口1和端口3通过宽度WS为3.70mm的纵向微带线，经过转角馈入横向的耦合线1，端口2和端口4通过宽度WS为3.70mm的纵向微带线，经过转角馈入横向的耦合线2。耦合线1的a线和b线宽W1均为1.4mm，耦合线1的a线和b线之间缝隙宽度g1为0.1mm，耦合线2的a线和b线宽W2均为1.5mm，耦合线2的a线和b线之间缝隙宽度g2为0.2mm。
端口1右边缘距离耦合线4的a线左边缘L8为10.9mm，端口3右边缘距离耦合线3的a线左边缘L7为9.3mm，端口2左边缘距离耦合线3的b线右边缘L9为6.525mm。耦合线3与耦合线1和耦合线2垂直，耦合线1的a线上边缘距离耦合线3的上端L10为12mm，耦合线3的a线和b线宽W3均为2.25mm，耦合线3的a线和b线之间缝隙宽度g3为1.75mm，耦合线3的a线和b线上端通过宽度W5为0.3mm的线连接。耦合线4与耦合线1和耦合线2垂直，耦合线1的b线下边缘距离耦合线4的下端L11为13.2mm，耦合线4的a线和b线宽W4均为1.1mm，耦合线4的a线和b线之间缝隙宽度g4为0.35mm，耦合线4的a线和b线下端通过宽度W5为0.3mm的线连接，耦合线4下端到耦合线4的b线上端距离L21为12.8mm。
如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的端口1和端口3馈入耦合线1的转角处局部示意图。端口3馈入耦合线1的a线的转角处切去直角三角形，纵向长度L13为1.4mm，横向长度L15为3.7mm。端口1馈入耦合线1的b线的转角处切去直角三角形和直角梯形，直角三角形纵向长度L12为2.87mm，横向长度L14为2.78mm，直角梯形高L16为0.35mm，上底L15为3.7mm，下底L14为2.78mm。
如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的耦合线1、耦合线2与耦合线3、耦合线4连接处局部示意图。耦合线1的a线连接耦合线3的a线的拐角处切去直角三角形，纵向长度L19为0.8mm，横向长度L18为1.39mm。
如图8所示，图8为本发明实施例提供的一种混合环Rat-Race的端口2和端口4馈入耦合线2的转角处局部示意图。端口2馈入耦合线2的a线的转角处切去直角三角形和直角梯形，直角三角形纵向长度L12为2.87mm，横向长度L14为2.78mm，直角梯形高L16为0.35mm，上底L15为3.7mm，下底L14为2.78mm。端口4馈入耦合线2的b线的转角处切去直角三角形和直角梯形，直角三角形纵向长度L12为2.87mm，横向长度L14为2.78mm，直角梯形高L16为0.35mm，上底L15为3.7mm，下底L14为2.78mm，L17＝L15-L14。
本发明实施例中，对以工作频率为3.1GHz-4GHz，中心频率为3.5GHz设计的上述混合环Rat-Race进行仿真，仿真结果如下：
当端口1输入时，混合环Rat-Race的散射参数仿真结果如图9所示，该散射参数可以包括：回波损耗、隔离系数、耦合传输系数以及直通传输系数。在工作频率3.5GHz下，得到混合环Rat-Race端口1的回波损耗S11为-21.68dB,回波损耗S11小于-15dB对应混合环Rat-Race的工作频率为3.28GHz至4.03GHz。在工作频率3.5GHz下，混合环Rat-Race的端口2输出传输系数(隔离系数)S21为-25.95dB,在混合环Rat-Race的工作频率为3.28GHz至4.03GHz时，隔离系数S21小于-20dB。在工作频率3.5GHz下，混合环Rat-Race的端口1到端口3的耦合传输系数(耦合度，或端口3输出传输系数)S31为-2.13dB，端口1到端口4的直通传输系数(端口4输出传输系数)S41为-4.84dB。实际应用中，混合环Rat-Race的耦合度在2.13dB左右，隔离系数S21小于-20dB时，混合环Rat-Race的方向性和隔离性能都比较好。可见，本发明实施例中，混合环Rat-Race的方向性和隔离性能都比较好。
当端口2输入时，混合环Rat-Race的散射参数仿真结果如图10所示。在工作频率3.5GHz下，得到混合环Rat-Race的端口2回波损耗S22为-38.08dB,回波损耗S22小于-15dB对应混合环Rat-Race的工作频率为2.65GHz至4.09GHz。在工作频率3.5GHz下，混合环Rat-Race的端口1输出传输系数(隔离系数)S12为-25.95dB,隔离系数S12小于-20dB对应混合环Rat-Race的工作频率为3.24GHz至4.17GHz。回波损耗S22小于-15dB，且隔离系数S12小于-20dB对应混合环Rat-Race的工作频率为3.24GHz至4.09GHz。在工作频率3.5GHz下，混合环Rat-Race的端口2到端口3的直通传输系数(端口3输出传输系数)S32为-4.63dB，端口2到端口4的耦合传输系数(端口4输出传输系数)S42为-2.17dB。实际应用中，混合环Rat-Race的耦合度在2.17dB左右，隔离系数S21小于-20dB时，混合环Rat-Race的方向性和隔离性能都比较好。可见，本发明实施例中，混合环Rat-Race的方向性和隔离性能都比较好。
混合环Rat-Race四个端口分别输入时的散射参数仿真结果如图11所示。在工作频率3.5GHz下，混合环Rat-Race的端口1、端口2、端口3和端口4分别对应的回波损耗S11、S22、S33、S44均小于-17dB，S11、S22、S33、S44同时小于-15dB对应混合环Rat-Race的工作频率为3.36GHz至4GHz。实际应用中，混合环Rat-Race的回波损耗越小，表示混合环Rat-Race各端口阻抗匹配性能越好。可见，本发明实施例中，混合环Rat-Race各端口阻抗匹配性能较好。
当端口1输入时，混合环Rat-Race的输出相位差仿真结果如图12所示。端口1输入时，在混合环Rat-Race的工作频率为3.5GHz时，端口3与端口4的输出相位差为178.38°，在混合环Rat-Race的工作频率为3.05GHz至4GHz时，对应的端口3与端口4的输出相位差均在175°至180°之间，在混合环Rat-Race的工作频率为3.3GHz至3.7GHz时，对应的端口3与端口4的输出相位差均在177°至179°之间。可见，本发明实施例中，端口1输入时，端口3与端口4的输出相位差近似为反相，且在工作频段内波动极小。
当端口2输入时，混合环Rat-Race的输出相位差仿真结果如图13所示。端口2输入时，在混合环Rat-Race的工作频率为3.5GHz时，端口3与端口4的输出相位差为1.58°，在混合环Rat-Race的工作频率为3GHz至4GHz时，对应端口3与端口4的输出相位差均在-2°至3°之间，在混合环Rat-Race的工作频率为3.3GHz至3.7GHz时，对应端口3与端口4的输出相位差均在0.5°至2.5°之间。可见，本发明实施例中，端口2输入时，端口3与端口4的输出相位差近似为同相，且在工作频段内波动极小。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种平滑同相与反相特性的耦合线混合环Rat-Race，其特征在于，所述混合环Rat-Race包括：
四个端口，分别为端口1、端口2、端口3和端口4；
四条耦合线，分别为耦合线1、耦合线2、耦合线3和耦合线4，每一条耦合线由两条金属线组成；
所述耦合线3与所述耦合线1和所述耦合线2垂直；
所述耦合线4与所述耦合线1和所述耦合线2垂直；
所述端口1与所述耦合线1第一条线的一端连接，所述耦合线1第一条线的另一端与所述耦合线2第一条线的一端连接，所述耦合线2第一条线的另一端与所述端口4连接；
所述耦合线4第二条线的一端与所述耦合线1第一条线的另一端和所述耦合线2第一条线的一端连接，所述耦合线4第二条线的另一端与所述耦合线4第一条线的另一端短接，所述耦合线4第一条线的一端开路；
所述端口3与所述耦合线1第二条线的一端连接，所述耦合线1第二条线的另一端与所述耦合线3第二条线的另一端连接，所述耦合线3第二条线的一端与所述耦合线3第一条线的一端短接，所述耦合线3第一条线的另一端与所述耦合线2第二条线的一端连接，所述耦合线2第二条线的另一端与所述端口2连接。
2.根据权利要求1所述的混合环Rat-Race，其特征在于，所述混合环Rat-Race安装在单层电路板的顶层，所述单层电路板的底层为金属地面。
3.根据权利要求2所述的混合环Rat-Race，其特征在于，所述混合环Rat-Race布置于预设的介质基板上，所述预设的介质基板下表面覆盖金属形成金属地面。
4.根据权利要求1所述的混合环Rat-Race，其特征在于，当所述端口1作输入端口时，所述端口4为输出直通端口，所述端口3为输出耦合端口，所述端口2为隔离端口；当所述端口2作输入端口时，所述端口3为输出直通端口，所述端口4为输出耦合端口，所述端口1为隔离端口。
5.根据权利要求1所述的混合环Rat-Race，其特征在于，所述端口1、端口2、端口3和端口4连接头均为SMA连接头。
6.根据权利要求1所述的混合环Rat-Race，其特征在于，各所述端口分别与各所述耦合线之间的距离，各所述耦合线的长度，各所述耦合线的宽度，以及各所述耦合线对应的第一条线和第二条线之间的缝隙宽度，是根据所述混合环Rat-Race的性能指标确定的。
7.根据权利要求6所述的混合环Rat-Race，其特征在于，所述混合环Rat-Race的性能指标包括：所述混合环Rat-Race的工作频率以及所述混合环Rat-Race的耦合度。
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