CN111816970A - 宽带耦合器及包括该宽带耦合器的通信设备 - Google Patents

宽带耦合器及包括该宽带耦合器的通信设备 Download PDF

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    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
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Abstract

一种宽带耦合器，应用于5G通信系统中，所述宽带耦合器包括第一微带线本体、第二微带线本体及多个枝节，所述第一微带线本体与第二微带线本体平行设置，所述多个枝节间隔分布于所述第一微带线本体与所述第二微带线本体上，且所述多个枝节依次间隔交错设置，形成交错梳形。还提供了一种包括该宽带耦合器的通信设备。

Description

宽带耦合器及包括该宽带耦合器的通信设备
技术领域
本发明涉及一种小型化的宽带耦合器及包括该宽带耦合器的通信设备。
背景技术
随着现代通信技术的发展，通信系统对通信效率要求越来越高。为了实现更快更准的数据传输，5G通信系统多采用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)和数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)技术，并搭配耦合器将信道路径中的射频信号功率耦合，检测的信号功率作为后续多通道的校准，保证波束赋形的指向与特性。DPD算法则透过耦合器形成回路，检测功放输出功率，优化通信系统的线性指标。传统的耦合器可以采用平行耦合线结构实现，耦合线长度为1/4波长，但整体占用面积较大，且工作频段较窄，宽带范围内的方向性较差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种小型化的宽带耦合器及包括所述宽带耦合器的通信设备。
一种宽带耦合器，应用于5G通信系统中，所述宽带耦合器包括第一微带线本体、第二微带线本体及多个枝节，所述第一微带线本体与第二微带线本体平行设置，所述多个枝节间隔分布于所述第一微带线本体与所述第二微带线本体上，且所述多个枝节依次间隔交错设置，形成交错梳形。
一种通信设备，包括所述宽带耦合器。
所述宽带耦合器通过设置两条平行的微带线结构，且每一微带线均包括三段结构，符合宽带耦合器设计规格，并且尺寸占用面积较小，具有小型化宽带耦合器的特点。依据操作频率调整相应的微带线尺寸，使得所述宽带耦合器可应用于5G频段，并获得较佳的性能。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的宽带耦合器的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的图1所示的宽带耦合器的耦合度和回波损耗曲线的仿真示意图。
图3为本发明第二实施例的图1所示的宽带耦合器的插损和回波损耗曲线的仿真示意图。
图4为本发明第三实施例的图1所示的宽带耦合器的隔离度和回波损耗曲线的仿真示意图。
主要元件符号说明
宽带耦合器 100
第一微带线本体 10
第二微带线本体 20
第一节段 TL1
第二节段 TL2
第三节段 TL3
第四节段 TL4
第一连接段 Cline1
第二连接段 Cline2
第一枝节 TL5
第二枝节 TL6
第三枝节 TL7
第四枝节 TL8
第五枝节 TL9
第六枝节 TL10
第七枝节 TL11
第八枝节 TL12
第九枝节 TL13
第十枝节 TL14
第十一枝节 TL15
第十二枝节 Stub1
第十三枝节 Stub2
第一端口 P1
第二端口 P2
第三端口 P3
第四端口 P4
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明第一实施例提供一宽带耦合器100，应用于5G通信系统的微波电路中，用于将信道路径中的射频信号的隔离、分离和混合，例如功率的检测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。所述5G通信系统可采用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)和数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)技术。
所述宽带耦合器100包括第一微带线本体10及第二微带线本体20。所述第一微带线本体10与第二微带线本体20相互平行。
所述第一微带线本体10包括依次连接的第一节段TL1、第一连接段Cline1及第二节段TL2。所述第二微带线本体20包括依次连接的第三节段TL3、第二连接段Cline2及第四节段TL4。
所述第一节段TL1、第二节段TL2、第三节段TL3及第四节段TL4具有大致相同的结构，每一所述节段均大致呈矩形片体。所述第一连接段Cline1与所述第二连接段Cline2具有大致相同的结构，均大致呈长条形片体。其中，所述第一节段TL1与所述第三节段TL3对应平行设置，所述第二节段TL2与所述第四节段TL4对应平行设置，所述第一连接段Cline1与所述第二连接段Cline2对应平行设置。
所述第一微带线本体10还包括第一枝节TL5及第二枝节TL6。所述第二微带线本体20还包括第三枝节TL7及第四枝节TL8。所述第一枝节TL5连接于所述第一节段TL1远离所述第三节段TL3的一侧，所述第二枝节TL6连接于所述第二节段TL2远离所述第四节段TL4的一侧。所述第三枝节TL7连接于所述第三节段TL3远离所述第一节段TL1的一侧，所述第四枝节TL8连接于所述第四节段TL4远离所述第二节段TL2的一侧。所述第一枝节TL5、第二枝节TL6、第三枝节TL7及第四枝节TL8具有大致相同的结构，每一所述枝节均大致呈矩形片体，且每一所述枝节TL5、TL6、TL7、TL8的尺寸小于所述节段TL1、TL2、TL3、TL4的尺寸。本实施例中，所述第一枝节TL5、第二枝节TL6、第三枝节TL7及第四枝节TL8为调试用枝节。
所述第一微带线本体10还包括第五枝节TL9、第七枝节TL11及第九枝节TL13。所述第二微带线本体20还包括第六枝节TL10及第八枝节TL12。所述第五枝节TL9、第七枝节TL11及第九枝节TL13间隔连接于所述第一连接段Cline1相向所述第二连接段Cline2的一侧。所述第六枝节TL10及第八枝节TL12间隔连接于所述第二连接段Cline2相向所述第一连接段Cline1的一侧。本实施例中，所述第五枝节TL9、第六枝节TL10、第七枝节TL11、第八枝节TL12及第九枝节TL13依次间隔交错设置，形成交错梳形(Cross comb-type)枝节结构。
所述第二微带线本体20还包括第十枝节TL14及第十一枝节TL15。所述第十枝节TL14及第十一枝节TL15间隔连接于所述第二连接段Cline2远离所述第一连接段Cline1的一侧，且分别对应所述第五枝节TL9及第九枝节TL13设置。本实施例中，所述第五枝节TL9、第六枝节TL10、第七枝节TL11、第八枝节TL12、第九枝节TL13、第十枝节TL14及第十一枝节TL15具有大致相同的结构，每一所述枝节均大致呈方形片体，且每一所述枝节TL9、TL10、TL11、TL12、TL13、TL14、TL15的尺寸小于所述枝节TL5、TL6、TL7、TL8的尺寸。
所述第一微带线本体10还包括第十二枝节Stub1。所述第二微带线本体20还包括第十三枝节Stub2。所述第十二枝节Stub1大致呈扇形结构，连接于所述第一连接段Cline1远离所述第二连接段Cline2的一侧，且对应所述第七枝节TL11设置。所述第十三枝节Stub2大致呈扇形结构，连接于所述第二连接段Cline2远离所述第一连接段Cline1的一侧，且对应所述第十二枝节Stub1设置。本实施例中，所述第十二枝节Stub1及第七枝节TL11设置于所述第一连接段Cline1的中部位置。所述第十三枝节Stub2设置于所述第二连接段Cline2的中部位置。
所述第一微带线本体10的相对两端分别设置第一端口P1及第二端口P2。具体地，所述第一端口P1设置于所述第一节段TL1的一端，所述第二端口P2设置于所述第二节段TL2的一端。所述第二微带线本体20的相对两端分别设置第三端口P3及第四端口P4。具体地，所述第三端口P3设置于所述第三节段TL3的一端，所述第四端口P4设置于所述第四节段TL4的一端。本实施例中，所述第一端口P1为输入端口，所述第二端口P2为直通端口，所述第三端口P3为耦合端口，所述第四端口P4为隔离端口。
本实施例中，所述宽带耦合器100的长度为6.2毫米，宽度为3.1毫米。所述宽带耦合器100的占用面积小于20平方毫米，具有小型化宽带耦合器的特点。
请参阅图2，所示为本发明第一实施例中宽带耦合器100的耦合度和回波损耗(Return Loss，RL)曲线的仿真示意图，利用ADS仿真软件对图1提供的宽带耦合器100的第一端口P1及第三端口P3进行测试的计算仿真。如图2所示，在输入输出回波损耗小于或等于-12.331dB时，所述宽带耦合器100的可操作频率范围为2.786-5.914GHz，耦合度为19.7-21dB，相对带宽为71.9％。
请参阅图3，所示为本发明第二实施例中宽带耦合器100的插损和回波损耗(Return Loss，RL)曲线的仿真示意图，利用ADS仿真软件对图1提供的宽带耦合器100的第一端口P1及第二端口P2进行测试的计算仿真。如图3所示，在输入输出回波损耗小于或等于-13.759dB时，所述宽带耦合器100的可操作频率范围为2.786-5.914GHz，插损值小于或等于0.464dB。
请参阅图4，所示为本发明第三实施例中宽带耦合器100的隔离度和回波损耗(Return Loss，RL)曲线的仿真示意图，利用ADS仿真软件对图1提供的宽带耦合器100的第一端口P1及第四端口P4进行测试的计算仿真。如图4所示，在输入输出回波损耗小于或等于-12dB时，所述宽带耦合器100的可操作频率范围为2.786-5.914GHz，隔离度约为31-36dB。综合耦合度和隔离度的测试结果，在频率范围2.786-5.914GHz内，方向度为隔离度与耦合度之差，约为大于或等于10dB。
本发明的宽带耦合器100通过设置两条平行的微带线10、20结构，且每一微带线均包括三段结构，经上述测试后，符合宽带耦合器设计规格，并且尺寸占用面积较小，具有小型化宽带耦合器的特点。依据操作频率调整相应的微带线尺寸，使得所述宽带耦合器100可应用于5G NR 3.3-3.8，4.6-5.0GHz sub-6G频段或毫米波26.5-29.5GHz，并获得较佳的性能。
综上所述，尽管为说明目的已经公开了本发明的优选实施例，然而，本发明不只局限于如上所述的实施例，在不超出本发明基本技术思想的范畴内，相关行业的技术人员可对其进行多种变形及应用。

Claims (10)

1.一种宽带耦合器，应用于5G通信系统中，其特征在于：所述宽带耦合器包括第一微带线本体、第二微带线本体及多个枝节，所述第一微带线本体与第二微带线本体平行设置，所述多个枝节间隔分布于所述第一微带线本体与所述第二微带线本体上，且所述多个枝节依次间隔交错设置，形成交错梳形。
2.如权利要求1所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一微带线本体包括依次连接的第一节段、第一连接段及第二节段；所述第二微带线本体包括依次连接的第三节段、第二连接段及第四节段；所述第一节段、第二节段、第三节段及第四节段具有相同的结构，每一所述节段均呈矩形片体；所述第一连接段与所述第二连接段具有相同的结构，均呈长条形片体。
3.如权利要求2所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一节段与所述第三节段对应平行设置，所述第二节段与所述第四节段对应平行设置，所述第一连接段与所述第二连接段对应平行设置。
4.如权利要求3所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一微带线本体还包括第一枝节及第二枝节；所述第二微带线本体还包括第三枝节及第四枝节；所述第一枝节连接于所述第一节段远离所述第三节段的一侧，所述第二枝节连接于所述第二节段远离所述第四节段的一侧，所述第三枝节连接于所述第三节段远离所述第一节段的一侧，所述第四枝节连接于所述第四节段远离所述第二节段的一侧。
5.如权利要求4所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一枝节、第二枝节、第三枝节及第四枝节具有相同的结构，每一所述枝节均呈矩形片体，且每一所述第一、二、三、四枝节的尺寸小于所述第一、二、三、四节段的尺寸。
6.如权利要求5所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一微带线本体还包括第五枝节、第七枝节及第九枝节；所述第二微带线本体还包括第六枝节及第八枝节；所述第五枝节、第七枝节及第九枝节间隔连接于所述第一连接段相向所述第二连接段的一侧；所述第六枝节及第八枝节间隔连接于所述第二连接段相向所述第一连接段的一侧；所述第五枝节、第六枝节、第七枝节、第八枝节及第九枝节依次间隔交错设置，形成交错梳形枝节结构。
7.如权利要求6所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第二微带线本体还包括第十枝节及第十一枝节；所述第十枝节及第十一枝节间隔连接于所述第二连接段远离所述第一连接段的一侧，且分别对应所述第五枝节及第九枝节设置；所述第五枝节、第六枝节、第七枝节、第八枝节、第九枝节、第十枝节及第十一枝节具有相同的结构，每一所述枝节均呈方形片体，且每一所述第五、六、七、八、九、十、十一枝节的尺寸小于所述第一、二、三、四枝节的尺寸。
8.如权利要求7所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一微带线本体还包括第十二枝节，所述第二微带线本体还包括第十三枝节；所述第十二枝节及所述第十三枝节均呈扇形结构，所述第十二枝节连接于所述第一连接段远离所述第二连接段的一侧，且对应所述第七枝节设置；所述第十三枝节连接于所述第二连接段远离所述第一连接段的一侧，且对应所述第十二枝节设置；所述第十二枝节及第七枝节设置于所述第一连接段的中部位置，所述第十三枝节设置于所述第二连接段的中部位置。
9.如权利要求8所述的宽带耦合器，其特征在于：所述第一微带线本体的相对两端分别设置第一端口及第二端口；所述第一端口设置于所述第一节段的一端，所述第二端口设置于所述第二节段的一端；所述第二微带线本体的相对两端分别设置第三端口及第四端口，所述第三端口设置于所述第三节段的一端，所述第四端口设置于所述第四节段的一端；所述第一端口为输入端口，所述第二端口为直通端口，所述第三端口为耦合端口，所述第四端口为隔离端口。
10.一种通信设备，其特征在于：所述通信设备包括如权利要求1-9任一项所述的宽带耦合器。
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