CN113904084B - 一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法，包括以下步骤：S1、在低频段通过电阻耦合支节实现相对平坦的带宽耦合效果，通过设计电阻耦合支节的电阻值实现需要的耦合量；S2、在高频段通过电阻耦合与耦合线支节相结合，改善频率高端的耦合效果，使得高端耦合在宽的频带内实现高平坦耦合效果。本发明宽频带范围内的耦合平坦度达到非常优良的水平，在高达20倍以上的倍频带宽内的耦合平坦度可以达到1dB以内。本发明尺寸小，在各端口驻波性能良好，耦合平坦度优异的情况下，通过单阶耦合线+电阻耦合方式实现相应性能，尺寸相比多阶耦合线耦合器缩小3倍以上。

Description

一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法

技术领域

本发明涉及射频电路技术领域，具体涉及一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法。

背景技术

电子对抗和其它宽带微波通信领域，需要宽带的微波耦合器用于检测、校正等用途。微带线由于体积相对较小且便于与其它微波器件进行集成，因此应用的最为广泛，目前常见宽带微带耦合器主要有三种形式：(1)耦合线耦合器，如图1所示，即用相互靠近的两个无屏蔽传输线实现微波信号的耦合，可通过多阶实现宽带耦合，端口性能较好，能够实现3倍甚至更宽的工作带宽，但是宽带耦合的平坦度取决于阶数，但阶数越多，尺寸越大。(2)电阻耦合器，如图2所示，即用并联电阻实现微波信号的耦合，能够实现10倍甚至更宽的工作带宽，尺寸小，但是各端口驻波较差，耦合平坦度为负斜率，带宽越宽波动越大，需要额外的均衡电路进行补偿。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法解决了常用的微带耦合器难以同时实现较宽的带宽和较高的耦合平坦度的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法，包括以下步骤：

S1、在低频段通过电阻耦合支节实现相对平坦的带宽耦合效果，通过设计电阻耦合支节的电阻值实现需要的耦合量；

S2、在高频段通过电阻耦合与耦合线支节相结合，改善频率高端的耦合效果，使得高端耦合在宽的频带内实现高平坦耦合效果。

进一步地：所述电阻耦合支节和耦合线支节可进行小型化弯折，减小面积。

进一步地：所述电阻耦合支节可设置在耦合线支节前、耦合线支节后或多阶耦合线支节之间。

进一步地：所述耦合线支节和电阻耦合支节的数量可根据实际性能需要调整。

进一步地：所述耦合器加工工艺包括薄膜工艺、微波印制工艺和共烧陶瓷工艺。

进一步地：所述耦合线支节为一级或多级。

本发明的有益效果为：

1.本发明在宽频带范围内的耦合平坦度达到非常优良的水平，在高达20倍以上的倍频带宽内的耦合平坦度可以达到1dB以内。

2.本发明尺寸小，在各端口驻波性能良好，耦合平坦度优异的情况下，通过单阶耦合线+电阻耦合方式实现相应性能，尺寸相比多阶耦合线耦合器缩小3倍以上。

3.本发明该结构易于集成，对加工精度要求不高，可以适应各种加工工艺，可利用各种加工工艺单独设计成独立器件，也可集成于复杂产品表面或内埋在相应基板内部，实现高密度集成。

附图说明

图1为本发明背景技术中多阶耦合线耦合器的示例图；

图2为本发明背景技术中电阻耦合器的示例图；

图3为本发明中宽带高平坦度微带耦合器示例图；

图4为其他组合下宽带高平坦耦合器示例图；

图5为本发明中超宽带高平坦度微带耦合器示例图；

图6为本发明中超宽带高平坦度微带耦合器的插损及耦合仿真结果图；

图7为本发明中超宽带高平坦度微带耦合器的各端口驻波仿真结果图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明针对宽带微带耦合器的高平坦度设计需求，结合电阻耦合和耦合线耦合器的特点，设计了一种新型结构的耦合器，能够在较小的尺寸内实现良好的耦合性能，带宽宽，耦合平坦度高。

如图3所示，一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法，包括以下步骤：

S1、在低频段通过电阻耦合支节实现相对平坦的带宽耦合效果，通过设计电阻耦合支节的电阻值实现需要的耦合量；

S2、在高频段通过电阻耦合与耦合线支节相结合，改善频率高端的耦合效果，使得高端耦合在宽的频带内实现高平坦耦合效果。

整个宽频带范围内的耦合平坦度达到非常优良的水平，且各端口驻波良好。

该结构对加工精度要求不高，适应多种工艺，如薄膜工艺、微波印制工艺、共烧陶瓷工艺。

该结构电阻及耦合枝节图形可根据集成需要进行弯折等小型化设计，减小器件面积，提高集成密度。

电阻耦合枝节与耦合线枝节的组合位置可以任意调整，电阻耦合枝节可以在耦合线枝节之前或者耦合线枝节之后，也可以处于多阶耦合线枝节中间，如附图4(a、b、c)所示，耦合线枝节和电阻耦合枝节数量根据实际性能需要可以调整。

图3所示为本发明所涉及的宽带高平坦度微带耦合器示意。IN和OUT分别表示直通支路的输入输出端，Cou表示耦合输出端。耦合器通过与主路连接的电阻实现较为宽带(特别是低频段)的耦合，同时通过右侧的耦合线枝节实现高端的耦合补偿，实现超宽带的高耦合平坦度的耦合器设计。

利用本发明设计了0.1-26GHz的超宽带高平坦度微带耦合器实例，如图5所示。高耦合平坦度耦合器仿真结果如图6和图7所示，仿真结果显示，各端口驻波良好，驻波均在2以内，损耗曲线良好，耦合度仿真结果显示，其在0.1-26.5GHz频率范围内，耦合度波动小于0.5dB。该高耦合平坦度耦合器可满足各类高精度宽带耦合的需要，可应用在各类宽带微波系统、宽带耦合限幅等领域中。

Claims (6)

1.一种宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在低频段通过电阻耦合支节实现相对平坦的带宽耦合效果，通过设计电阻耦合支节的电阻值实现需要的耦合量；

S2、在高频段通过电阻耦合与耦合线支节相结合，改善频率高端的耦合效果，使得高端耦合在宽的频带内实现高平坦耦合效果；

电阻耦合为竖直结构，垂直于微带线，耦合线支节为水平结构，平行于微带线，电阻耦合与耦合线支节之间的角度为90°。

2.根据权利要求1所述的宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，所述电阻耦合支节和耦合线支节可进行小型化弯折，减小面积。

3.根据权利要求1所述的宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，所述电阻耦合支节可设置在耦合线支节前、耦合线支节后或多阶耦合线支节之间。

4.根据权利要求1所述的宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，所述耦合线支节和电阻耦合支节的数量可根据实际性能需要调整。

5.根据权利要求1所述的宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，所述耦合器加工工艺包括薄膜工艺、微波印制工艺和共烧陶瓷工艺。

6.根据权利要求1所述的宽带高平坦度微带耦合器设计方法，其特征在于，所述耦合线支节为一级或多级。

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