CN113328226B - 一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种任意功分比的平衡‑不平衡耦合器，具体方案包括：平衡式差分信号输入端口A、平衡式差分信号隔离端口B、不平衡端信号耦合输出端口C、不平衡端信号直通输出端口D、六段分支线、四段四分之一波长阻抗变换器和相位补偿线。为了使微带电路系统性能不受高阻抗线宽度的影响，实现很大范围的功率分配比，该任意功分比的平衡‑不平衡耦合器在保持良好的共模抑止特性、理想的输入输出端口阻抗匹配情况下，实现了一路差分信号输入，分为两路不平衡端信号的分路输出功能；并且通过改变电长度，可实现任意功分比且电路结构布局更灵活。

Description

一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器
技术领域
本发明涉及一种耦合器，具体涉及一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器。
背景技术
天线馈电网络、平衡式功率放大器以及平衡式混频器中，常常需要信号的分离和组合。相比于Wilkinson功分器和Gysel型功分器，分支线耦合器因为没有引入电阻，克服了器件功率容量受到电阻限制的问题。
随着现代无线通信系统的不断发展，对电磁通信的要求也越来越高，特别是在高灵敏度的网络中，噪声干扰对整体系统性能的影响不可忽视。平衡式差分电路与器件不仅可以降低共模信号，而且对噪声有很强的抗干扰能力，已成为通信系统中的重要组成部分。并且对于同时具有平衡式端口和不平衡端口的系统来说，使用平衡-不平衡耦合器作为连接元件是十分必要的，但是传统耦合器的功分比是通过控制微带线的特性阻抗实现的，当功分比较大时，存在高阻抗微带线，其物理实现受到加工限制，可实现的功分比有限。因此，有必要提出一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器，具体方案包括：
平衡式差分信号输入端口A、平衡式差分信号隔离端口B、不平衡端信号耦合输出端口C、不平衡端信号直通输出端口D、六段分支线、四段四分之一波长阻抗变换器和相位补偿线；
所述平衡式差分信号输入端口A包括输入端口A+和输入端口A–；所述平衡式差分信号隔离端口B包括隔离端口B+和隔离端口B–；
所述六段分支线包括第一分支线、第二分支线、第三分支线、第四分支线、第五分支线和第六分支线；
所述第一分支线、第二分支线、第三分支线、第四分支线、第五分支线和第六分支线依次首尾相连呈闭合的回路；
所述第一分支线、第二分支线、第四分支线和第六分支线的特性阻抗值相等；所述第二分支线和第六分支线的电长度都等于π；所述第一分支线和第四分支线的电长度都等于π/2；所述第三分支线和第五分支线的特性阻抗值相等；所述第五分支线的电长度为θ1，第三分支线的电长度为π-θ1；
所述四段四分之一波长阻抗变换器包括第一阻抗变换器、第二阻抗变换器、第三阻抗变换器和第四阻抗变换器；所述第一阻抗变换器一端接于第一分支线与第六分支线连接处、另一端与输入端口A+相连接；所述第二阻抗变换器一端接于第五分支线与第六分支线连接处、另一端与输入端口A–相连接；所述第三阻抗变换器一端接于第一分支线与第二分支线连接处、另一端与隔离端口B+相连接；所述第四阻抗变换器一端接于第二分支线与第三分支线连接处、另一端与隔离端口B–相连接；
所述相位补偿线一端接于第四分支线与第五分支线连接处、另一端与不平衡端信号直通输出端口D相连接；
所述不平衡端信号耦合输出端口C接于第三分支线与第四分支线连接处。
所述任意功分比的平衡-不平衡耦合器具有不对称的结构，通过调整第五分支线的电长度θ1进行不平衡端信号耦合输出端口C与不平衡端信号直通输出端口D输出信号功分比的任意值的调节。
为了使微带电路系统性能不受高阻抗线宽度的影响，实现很大范围的功率分配比。本发明提供了一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器。在保持良好的共模抑止特性、理想的输入输出端口阻抗匹配情况下，实现了一路差分信号输入，分为两路不平衡端信号的分路输出功能；并且通过改变电长度，可实现任意功分比且电路结构布局更灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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附图。
图1是本发明一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器的结构示意图；
图2是本发明一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器的混合S参数曲线图。
具体实施方案：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图1所示，本发明一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器，包括：平衡式差分信号输入端口A、平衡式差分信号隔离端口B、不平衡端信号耦合输出端口C 17、不平衡端信号直通输出端口 D14、六段分支线、四段四分之一波长阻抗变换器和相位补偿线11；
所述平衡式差分信号输入端口A包括输入端口A+12和输入端口A–13；所述平衡式差分信号隔离端口B包括隔离端口B+15和隔离端口B–16；
所述六段分支线包括第一分支线1、第二分支线2、第三分支线3、第四分支线4、第五分支线5和第六分支线6；所述第一分支线1、第二分支线2、第三分支线3、第四分支线4、第五分支线5和第六分支线6依次首尾相连呈闭合的回路；
所述第一分支线1、第二分支线2、第四分支线4和第六分支线6的特性阻抗值相等，均为Z0；所述第二分支线2和第六分支线6的电长度都等于π；所述第一分支线1和第四分支线4的电长度都等于π/2；所述第三分支线3和第五分支线5的特性阻抗值相等，均为Z1；所述第五分支线5的电长度为θ1，第三分支线3的电长度为π-θ1。
具体地，功分比k2与电长度θ1的关系如下所示
Figure BDA0003078712060000031
所述四段四分之一波长阻抗变换器包括第一阻抗变换器7、第二阻抗变换器8、第三阻抗变换器9和第四阻抗变换器10；所述第一阻抗变换器7一端接于第一分支线1与第六分支线6连接处、另一端与输入端口A+12相连接；所述第二阻抗变换器8一端接于第五分支线5与第六分支线6连接处、另一端与输入端口A–13相连接；所述第三阻抗变换器9一端接于第一分支线1与第二分支线2连接处、另一端与输出端口B+15相连接；所述第四阻抗变换器10一端接于第二分支线2与第三分支线3连接处、另一端与输出端口B–16相连接；
所述第一阻抗变换器7、第二阻抗变换器8、第三阻抗变换器9和第四阻抗变换器10的电长度均为π/2，特性阻抗均为ZT；
所述相位补偿线11一端接于第四分支线4与第五分支线5连接处、另一端与不平衡端信号直通输出端口D14相连接；所述相位补偿线11的电长度为θ2，特性阻抗为Z0；
所述不平衡端信号耦合输出端口C17接于第三分支线(3)与第四分支线(4)连接处。
具体实施例：功分比为15dB，Z0＝50欧姆，Z1＝35欧姆，ZT＝70.7欧姆，θ1＝75.4度，θ2＝79.4度。
具体地，图2示出了本发明所述一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器的混合S参数曲线。从图2(a)可以看出在中心工作频率1.0GHz处，不平衡端信号直通输出端口D输出信号对应的|SsdDA|为-0.1dB，不平衡端信号耦合输出端口C输出信号对应的|SsdCA|为-15.1dB，两个输出端口之间的输出信号功率比为15dB，满足所需15dB功分比的设计要求。从图2(b)可以看出，在中心工作频率1.0GHz处，平衡式差分信号输出端口和不平衡端信号直通/耦合输出端口均具有理想的阻抗匹配特性；|SssCD|小于-40dB表明不平衡端信号直通输出端口与不平衡端信号耦合输出端口间具有良好的隔离度。从图2(c)可以看出，在中心工作频率1.0GHz处，|SccAA|和|SccBB|为0dB，|SccBA|、|SscCA|和|SscDA|均小于-40dB，这表明共模激励情况下，没有能量传到输出端口且共模抑止特性良好。从图2(d)可以看出，在中心工作频率1.0GHz处，不平衡端信号直通输出端口与不平衡端信号耦合输出端口间信号存在90度的相位差。
综上所述，本发明所述的一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器能够通过预先定义的所需功分比完成电路的设计；能够实现差分信号到不平衡端信号的转换功能。此外，还具有良好的共模抑止特性、理想的输入输出阻抗匹配特性、任意功分比等特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器，其特征在于包括：平衡式差分信号输入端口A、平衡式差分信号隔离端口B、不平衡端信号耦合输出端口C(17)、不平衡端信号直通输出端口D(14)、六段分支线、四段四分之一波长阻抗变换器和相位补偿线(11)；
所述平衡式差分信号输入端口A包括输入端口A+(12)和输入端口A–(13)；所述平衡式差分信号隔离端口B包括隔离端口B+(15)和隔离端口B–(16)；
所述六段分支线包括第一分支线(1)、第二分支线(2)、第三分支线(3)、第四分支线(4)、第五分支线(5)和第六分支线(6)；
所述第一分支线(1)、第二分支线(2)、第三分支线(3)、第四分支线(4)、第五分支线(5)和第六分支线(6)依次首尾相连呈闭合的回路；
所述第一分支线(1)、第二分支线(2)、第四分支线(4)和第六分支线(6)的特性阻抗值相等；所述第二分支线(2)和第六分支线(6)的电长度都等于π；所述第一分支线(1)和第四分支线(4)的电长度都等于π/2；所述第三分支线(3)和第五分支线(5)的特性阻抗值相等；所述第五分支线(5)的电长度为θ1，第三分支线(3)的电长度为π-θ1；
所述四段四分之一波长阻抗变换器包括第一阻抗变换器(7)、第二阻抗变换器(8)、第三阻抗变换器(9)和第四阻抗变换器(10)；所述第一阻抗变换器(7)一端接于第一分支线(1)与第六分支线(6)连接处、另一端与输入端口A+(12)相连接；所述第二阻抗变换器(8)一端接于第五分支线(5)与第六分支线(6)连接处、另一端与输入端口A–(13)相连接；所述第三阻抗变换器(9)一端接于第一分支线(1)与第二分支线(2)连接处、另一端与隔离端口B+(15)相连接；所述第四阻抗变换器(10)一端接于第二分支线(2)与第三分支线(3)连接处、另一端与隔离端口B–(16)相连接；
所述相位补偿线(11)一端接于第四分支线(4)与第五分支线(5)连接处、另一端与不平衡端信号直通输出端口D(14)相连接；
所述不平衡端信号耦合输出端口C(17)接于第三分支线(3)与第四分支线(4)连接处。
2.根据权利要求1所述的一种任意功分比的平衡-不平衡耦合器，其特征在于：通过调整第五分支线(5)的电长度θ1进行不平衡端信号耦合输出端口C(17)与不平衡端信号直通输出端口D(14)输出信号功分比的任意值的调节。
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