CN111786067A - 适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，包括第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构；所述第一高宝线传输结构包括依次连接的第一共面波导信号线、第一转接结构、第一高宝线传输主体、第一高宝线耦合主体、第二高宝线传输主体、第二转接结构和第二共面波导信号线；所述第二高宝线传输结构包括依次连接的第三共面波导信号线、第三转接结构、第三高宝线传输主体、第二高宝线耦合主体、第四高宝线传输主体、第四转接结构和第四共面波导信号线；所述第一高宝线耦合主体相对于第二高宝线耦合主体对称设置。其结构简单，无需使用复杂的多节结构就可实现宽带性能，可以降低加工难度与成本，且利于系统集成。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构。
背景技术
定向耦合器广泛应用于有源射频系统，起信号监测、功率分配与合成等作用。在射频前端系统中，常常被用在射频功率放大器的输出端，完成发射信号和反射信号的功率检测，可以用于判断功放输出的匹配情况，起保护功放的作用。随着这些器件与系统的宽频带化，对定向耦合器的工作带宽和插损性能都提出很高要求。
定向耦合器的设计可以通过若干种方式实现，最常见的三种拓扑结构分别是射频变压器、电阻桥和耦合传输线。其中，耦合传输线的结构因和其他结构相比具有体积小、重量轻、容易与固态电路集成等优点而被广泛采用。
现有的定向耦合器存在以下问题：
1、在耦合传输线结构定向耦合器中，常用到的一般是微带线和带状线结构，但随着频率的攀升，传输线的损耗随之显著增加，恶化耦合器的插损性能。
2、在传统的微带线和带状线结构中，为扩展定向耦合器的工作带宽，常采用多节耦合的方式。但多节定向耦合器不同节数相衔接处的不连续所带来的寄生参数会恶化耦合器的性能，并且多节耦合电路设计复杂，对电路加工要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，无需采用多节结构就可实现宽带性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，包括第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构；所述第一高宝线传输结构包括依次连接的第一共面波导信号线、第一转接结构、第一高宝线传输主体、第一高宝线耦合主体、第二高宝线传输主体、第二转接结构和第二共面波导信号线；所述第二高宝线传输结构包括依次连接的第三共面波导信号线、第三转接结构、第三高宝线传输主体、第二高宝线耦合主体、第四高宝线传输主体、第四转接结构和第四共面波导信号线；所述第一高宝线耦合主体相对于第二高宝线耦合主体对称设置。
进一步的，所述第一高宝线传输结构相对于第二高宝线传输结构对称设置。
进一步的，所述第一高宝线传输主体、第二高宝线传输主体、第三高宝线传输主体和第四高宝线传输主体均为弯折结构。
进一步的，所述第一高宝线传输主体、第二高宝线传输主体的宽度值与所述第一高宝线耦合主体的宽度值相等，所述第三高宝线传输主体、第四高宝线传输主体的宽度值与所述第二高宝线耦合主体的宽度值相等。
进一步的，所述第一转接结构、第二转接结构、第三转接结构和第四转接结构的宽度值渐变设置。
进一步的，所述第一共面波导信号线和第二共面波导信号线的两侧分别设有第一接地部，所述第一转接结构和第二转接结构的两侧分别设有第二接地部。
进一步的，所述第一接地部与第二接地部一体成型设置。
进一步的，所述第三共面波导信号线和第四共面波导信号线的两侧分别设有第三接地部，所述第三转接结构和第四转接结构的两侧分别设有第四接地部。
进一步的，所述第三接地部与第四接地部一体成型设置。
进一步的，还包括基板，所述第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构均设置于所述基板上。
本发明的有益效果在于：耦合电路的结构简单，不需要使用复杂的多节结构就可实现宽带性能，可以降低加工难度与成本；采用单导体耦合(高宝线)与共面波导信号线，有利于系统集成。
附图说明
图1为本发明实施例一的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构的俯视图；
图2为本发明实施例一的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构的剖视图；
图3为本发明实施例一的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构的S参数图。
标号说明：
1、第一高宝线传输结构；11、第一共面波导信号线；12、第一转接结构；13、第一高宝线传输主体；14、第一高宝线耦合主体；15、第二高宝线传输主体；16、第二转接结构；17、第二共面波导信号线；18、第一接地部；19、第二接地部；
2、第二高宝线传输结构；21、第三共面波导信号线；22、第三转接结构；23、第三高宝线传输主体；24、第二高宝线耦合主体；25、第四高宝线传输主体；26、第四转接结构；27、第四共面波导信号线；28、第三接地部；29、第四接地部；
3、基板。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：耦合主体采用高宝线，单节就可实现其他传输线耦合多节才能实现的带宽。
请参照图1以及图2，一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，包括第一高宝线传输结构1和第二高宝线传输结构2；所述第一高宝线传输结构1包括依次连接的第一共面波导信号线11、第一转接结构12、第一高宝线传输主体13、第一高宝线耦合主体14、第二高宝线传输主体15、第二转接结构16和第二共面波导信号线17；所述第二高宝线传输结构2包括依次连接的第三共面波导信号线21、第三转接结构22、第三高宝线传输主体23、第二高宝线耦合主体24、第四高宝线传输主体25、第四转接结构26和第四共面波导信号线27；所述第一高宝线耦合主体14相对于第二高宝线耦合主体24对称设置。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：耦合电路的结构简单，不需要使用复杂的多节结构就可实现宽带性能，可以降低加工难度与成本；采用单导体耦合(高宝线)与共面波导信号线，有利于系统集成，第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构均可为对称结构，更有利于加工。
进一步的，所述第一高宝线传输结构1相对于第二高宝线传输结构2对称设置。
进一步的，所述第一高宝线传输主体13、第二高宝线传输主体15、第三高宝线传输主体23和第四高宝线传输主体25均为弯折结构。
由上述描述可知，传输主体为弯折结构可使第一高宝线耦合主体和第二高宝线耦合主体相互靠近，产生耦合。
进一步的，所述第一高宝线传输主体13、第二高宝线传输主体15的宽度值与所述第一高宝线耦合主体14的宽度值相等，所述第三高宝线传输主体23、第四高宝线传输主体25的宽度值与所述第二高宝线耦合主体24的宽度值相等。
由上述描述可知，传输主体与耦合主体的宽度值相等，可以更好地实现物理连接。
进一步的，所述第一转接结构12、第二转接结构16、第三转接结构22和第四转接结构26的宽度值渐变设置。
由上述描述可知，转接结构的宽度值渐变设置可以使平面波导信号线与高宝线耦合主体之间的特征阻抗、传输模式和波数更加匹配，实现宽频传输。
进一步的，所述第一共面波导信号线11和第二共面波导信号线17的两侧分别设有第一接地部18，所述第一转接结构12和第二转接结构16的两侧分别设有第二接地部19。
进一步的，所述第一接地部18与第二接地部19一体成型设置。
由上述描述可知，共面波导信号线与第一接地部可以共面设置，更利于简化电路结构。
进一步的，所述第三共面波导信号线21和第四共面波导信号线27的两侧分别设有第三接地部28，所述第三转接结构22和第四转接结构26的两侧分别设有第四接地部29。
进一步的，所述第三接地部28与第四接地部29一体成型设置。
进一步的，还包括基板3，所述第一高宝线传输结构1和第二高宝线传输结构2均设置于所述基板3上。
请参照图1至图3，本发明的实施例一为：
一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，如图1和图2所示，包括第一高宝线传输结构1、第二高宝线传输结构2和基板3，所述第一高宝线传输结构1和第二高宝线传输结构2均设置于所述基板3上。本实施例中，所述基板3的材质为Rogers R04003C，介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度1.52mm。第一高宝线传输结构1优选相对于第二高宝线传输结构2对称设置，当然二者也可以不对称设置。
所述第一高宝线传输结构1包括依次连接的第一共面波导信号线11、第一转接结构12、第一高宝线传输主体13、第一高宝线耦合主体14、第二高宝线传输主体15、第二转接结构16和第二共面波导信号线17，第一高宝线传输结构1可以自身为对称结构，当然，也可是不对称结构。第一共面波导信号线11远离第一转接结构12的一端为输入端，第二共面波导信号线17远离第二转接结构16的一端为直通端。
所述第一高宝线耦合主体14的形状为矩形，其宽度值为w，长度值为l，w、l的取值可以根据需要进行调整，例如w可以设置为1mm，l为140mm。所述第一高宝线传输主体13和第二高宝线传输主体15均为弯折结构，且其宽度值与第一高宝线耦合主体14的宽度值相等，也为w，其长度值l0可以根据需要进行调整，例如可以设置为35mm，弯折结构两个部分的相对角度也是可以根据需要进行调整的。所述第一共面波导信号线11和第二共面波导信号线17可以相对于第一高宝线耦合主体14对称设置，也可以不对称设置。当第一共面波导信号线11和第二共面波导信号线17相对于第一高宝线耦合主体14对称设置时，二者的形状可均为矩形，假设二者的宽度值为w0，长度值为l1，w0和l1的取值范围可以根据需要进行调整，例如，w0为4.5mm，l1为10mm。
所述第一转接结构12和第二转接结构16的宽度值渐变设置，由于第一转接结构12的一端连接第一共面波导信号线11，另一端连接第一高宝线传输主体13，所以第一转接结构12靠近第一共面波导信号线11的一端的宽度值与所述第一共面波导信号线11的宽度值相等，第一转接结构12靠近第一高宝线传输主体13的一端的宽度值与所述第一高宝线传输主体13的宽度值相等，由于第一共面波导信号线11的宽度值大于第一高宝线传输主体13的宽度值，因此，所述第一转接结构12的宽度值从靠近第一共面波导信号线11的一端向靠近第一高宝线传输主体13的一端逐渐减小。第一转接结构12的长度值l2可以根据需要进行调整，例如可以设置为20mm。第二转接结构16的设置方式与第一转接结构12类似，在这里就不进行赘述。
所述第一共面波导信号线11和第二共面波导信号线17的两侧分别设有第一接地部18，所述第一转接结构12和第二转接结构16的两侧分别设有第二接地部19。优选的，所述第一接地部18与第二接地部19一体成型设置。所述第一接地部18的形状也为矩形，其宽度值为g，其长度值与第一共面波导信号线11或第二共面波导信号线17的长度值相同。g的取值可以根据需要进行调整，例如可以设置为15mm。所述第二接地部19的宽度值渐变设置，其长度值与第一转接结构12或第二转接结构16的长度值相同，随着转接结构的宽度值逐渐减小，第二接地部19的宽度值也逐渐减小。本实施例中，第一接地部18和第二接地部19的整体形状与Vivaldi天线的结构类似。第一接地部18与第一共面波导信号线11或第二共面波导信号线17之间的距离s可以根据需要进行调整，例如s可以设置为0.3mm。
所述第二高宝线传输结构2包括依次连接的第三共面波导信号线21、第三转接结构22、第三高宝线传输主体23、第二高宝线耦合主体24、第四高宝线传输主体25、第四转接结构26和第四共面波导信号线27。本实施例中，为了实现耦合，所述第一高宝线耦合主体14相对于第二高宝线耦合主体24对称设置，第一高宝线耦合主体14与第二高宝线耦合主体24之间的距离d可以根据需要进行调整，例如d可以设置为8mm。第三高宝线传输主体23和第四高宝线传输主体25均为弯折结构，且所述第三高宝线传输主体23、第四高宝线传输主体25的宽度值与所述第二高宝线耦合主体24的宽度值相等。第三转接结构22和第四转接结构26的宽度值渐变设置。所述第三共面波导信号线21和第四共面波导信号线27的两侧分别设有第三接地部28，所述第三转接结构22和第四转接结构26的两侧分别设有第四接地部29，所述第三接地部28与第四接地部29一体成型设置。所述第二高宝线传输结构2自身也可为对称结构，当然，也可是不对称结构。当第二高宝线传输结构2相对于第一高宝线传输结构1对称设置时，第二高宝线传输结构2上各部分的尺寸以及设置方法与第一高宝线传输结构1对应位置的尺寸以及设置方法相同，在这里就不进行赘述。第一接地部18和第三接地部28之间的距离a的最小值为0。第三共面波导信号线21远离第三转接结构22的一端为隔离端，第四共面波导信号线27远离第四转接结构26的一端为耦合端。
图3为本实施例的宽带定向耦合电路结构的S参数图，其中，S11表征输入端的回波损耗，S21表征隔离度，S31表征传输的能量，S41表征耦合度，从图中可以看出，在4.5～14.5GHz频带内耦合度为3dB。高宝线是一种涂覆介质的单金属导体传输结构，电磁波以表面波的形式在导体表面高效传输。高宝线因其单体传输特性，使得电磁波依附在导体表面区域进行传播，相较于传统的兼具信号线与地线的双导体传输线，例如微带线与带状线，高宝线在高频频段表现为一种低介质损耗的表面波传输线，具有高效传输与高灵敏传感特性。而且，单线传输的结构便于与其他射频器件连接，因此它比双导体传输线在系统集成方面更具优势。
综上所述，本发明提供的一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其结构简单，无需使用复杂的多节结构就可实现宽带性能，可以降低加工难度与成本，且利于系统集成。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，包括第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构；所述第一高宝线传输结构包括依次连接的第一共面波导信号线、第一转接结构、第一高宝线传输主体、第一高宝线耦合主体、第二高宝线传输主体、第二转接结构和第二共面波导信号线；所述第二高宝线传输结构包括依次连接的第三共面波导信号线、第三转接结构、第三高宝线传输主体、第二高宝线耦合主体、第四高宝线传输主体、第四转接结构和第四共面波导信号线；所述第一高宝线耦合主体相对于第二高宝线耦合主体对称设置。
2.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一高宝线传输结构相对于第二高宝线传输结构对称设置。
3.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一高宝线传输主体、第二高宝线传输主体、第三高宝线传输主体和第四高宝线传输主体均为弯折结构。
4.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一高宝线传输主体、第二高宝线传输主体的宽度值与所述第一高宝线耦合主体的宽度值相等，所述第三高宝线传输主体、第四高宝线传输主体的宽度值与所述第二高宝线耦合主体的宽度值相等。
5.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一转接结构、第二转接结构、第三转接结构和第四转接结构的宽度值渐变设置。
6.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一共面波导信号线和第二共面波导信号线的两侧分别设有第一接地部，所述第一转接结构和第二转接结构的两侧分别设有第二接地部。
7.根据权利要求6所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第一接地部与第二接地部一体成型设置。
8.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第三共面波导信号线和第四共面波导信号线的两侧分别设有第三接地部，所述第三转接结构和第四转接结构的两侧分别设有第四接地部。
9.根据权利要求8所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，所述第三接地部与第四接地部一体成型设置。
10.根据权利要求1所述的适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构，其特征在于，还包括基板，所述第一高宝线传输结构和第二高宝线传输结构均设置于所述基板上。
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| CN202010579181.3A CN111786067A (zh) | 2020-06-23 | 2020-06-23 | 适用于射频前端的宽带定向耦合电路结构 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116111313A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-05-12 | 安徽蓝讯通信科技有限公司 | 一种宽带定向耦合器及其设计方法 |
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2020
- 2020-06-23 CN CN202010579181.3A patent/CN111786067A/zh active Pending
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| CN116111313A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-05-12 | 安徽蓝讯通信科技有限公司 | 一种宽带定向耦合器及其设计方法 |
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