CN116960595A - 一种宽带平衡式滤波定向耦合器 - Google Patents
一种宽带平衡式滤波定向耦合器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116960595A CN116960595A CN202311022498.7A CN202311022498A CN116960595A CN 116960595 A CN116960595 A CN 116960595A CN 202311022498 A CN202311022498 A CN 202311022498A CN 116960595 A CN116960595 A CN 116960595A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transmission line
- stepped impedance
- impedance transmission
- wavelength
- ports
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 71
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 71
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 71
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 61
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- 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
- H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽带平衡式滤波定向耦合器，采用左右对称结构，四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；第一、第二半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为输入端口和平输出端口；第三、第四半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为耦合通道端口和隔离通道端口。与现有技术相比，本发明能够在定向耦合器中同时融入平衡式及滤波功能，同时工作带宽宽，并能综合解决结构复杂度及尺寸问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波通信器件，具体涉及一种宽带平衡式滤波定向耦合器。
背景技术
定向耦合器和滤波器是微波通信系统中的两个常用部件，通常都在发射链路的输出端或接收链路的输入端。定向耦合器的耦合是指从主通路中耦合出信号，定向是指隔离端口信号远小于耦合端口信号，被广泛应用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量、信号取样和监测、功率在线检测等场景。滤波器主要用于抑制带外杂散信号，防止带外信号对系统产生干扰。如果将定向耦合功能与滤波功能融合形成滤波定向耦合器，可以以单个器件同时实现两项功能，能够减少系统的器件数目、减小尺寸和损耗，并降低成本。平衡式滤波定向耦合器是指对差分信号实现定向耦合及滤波功能，并对共模信号实现抑制，因此在滤波定向耦合器的基础上进一步实现了对共模噪声的免疫能力，具有重要的应用价值。
目前的定向耦合器，主要融入了平衡式带来的共模抑制功能，还无法将平衡式及滤波功能同时融入到定向耦合器中，即实现了平衡式定向耦合器，还没有实现平衡式滤波定向耦合器。平衡式定向耦合器的实现方法主要分两种：一种是双层共面波导耦合线或双层带状耦合线，采用两两左右或上下耦合实现对差模信号的定向耦合及对共模信号的抑制，但是存在耦合及共模抑制带宽窄的问题；另一种是在两个四分之一波长耦合线间加入两个微波交叉组件，在两侧加入相位补偿线，结合四个半波长线，形成平衡式定向耦合器，但是存在定向性及共模抑制带宽窄、结构复杂、尺寸大等问题。因此，有必要发明一种平衡式滤波定向耦合器，并展宽各功能对应的带宽。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种宽带平衡式滤波定向耦合器，解决定向耦合器无法同时融入平衡式及滤波功能的问题，并综合解决结构复杂度、工作带宽及电路尺寸问题。
技术方案：一种宽带平衡式滤波定向耦合器，采用左右对称结构，包括四个平衡式端口、一个四端口耦合线、两个开路耦合线、四个半波长阶梯阻抗传输线；四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；
第一、第二半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为输入端口和平输出端口；第三、第四半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为耦合通道端口和隔离通道端口。
进一步的，所述半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线连接组成，并且内侧传输线的阻抗高于外侧传输线的阻抗。
有益效果：本发明将四个半波长阶梯阻抗传输线与两个开路耦合线置于四端口耦合线各端口，利用前两者对差模匹配带宽、耦合带宽及隔离带宽的展宽作用，对带外共模及差模的抑制作用，形成宽带平衡式滤波定向耦合器，在主通道与耦合通道都能形成滤波作用，具有带宽宽、结构简单、平面化，整体尺寸小等特点。
具体的，半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线组成，内侧线的阻抗高于外侧线的阻抗，主通道输入端和输出端的高阻抗线分别连接开路耦合线，耦合端与隔离端的高阻抗线分别连接四端口耦合线；半波长阶梯阻抗传输线够减缓两个子端口对应的阻抗突变，所以在实现基础的差模传输和共模抑制之外，可以增加定向耦合器的匹配带宽，减少主通道的带内传输波动，增加耦合带宽及耦合平坦性，增加隔离带宽及共模抑制带宽。
两个开路耦合线分别连接四端口耦合线主通道传输线的两端，对主通道、耦合通道及隔离通道都能产生作用，能够增加主通道的差模传输极点及隔离通道的差模隔离零点，展宽差模的匹配带宽、耦合带宽及隔离带宽，在主通道和耦合通道上都能形成较好的差模滤波响应，在三个通道上都能形成全频段共模抑制。
四端口耦合线位于整个电路中心，四个端点分别连接两个开路耦合及两个半波长阶梯阻抗传输线，是三个通道的共用结构，能够为平衡式滤波定向耦合器实现耦合和隔离提供基础。
附图说明
图1为宽带平衡式滤波定向耦合器电路示意图；
图2为基于带状线的宽带平衡式滤波定向耦合器的层结构示意图；
图3为基于带状线的宽带平衡式滤波定向耦合器的中间金属层及下层介质层结构示意图；
图4为基于带状线的宽带平衡式滤波定向耦合器的上层介质及顶层金属地层结构示意图；
图5为本发明实施例的仿真差模响应；
图6为本发明实施例的仿真共模响应；
图7为本发明本发明实施例的仿真差共模转换响应。
实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种宽带平衡式滤波定向耦合器，如图1所示，整体为左右对称结构，包括四个平衡式端口1~4，四条四分之一波长低阻抗传输线10、16、17、20，四条四分之一波长高阻抗传输线11、15、18、19，两条四分之一波长开路耦合线12、14，以及一条四分之一波长四端口耦合线13。四个平衡式端口1~4分别由端口1+和1-、端口2+和2-、端口3+和3-、端口4+和4-组成。四条四分之一波长低阻抗传输线10、16、17、20的特性阻抗为Z1和Z5，分别位于特性阻抗为Z2和Z6的四条四分之一波长高阻抗传输线11、15、18、19的外侧，并且一一组合形成半波长阶梯阻抗传输线，分别置于四个平衡式端口1~4的两个子端口之间。奇偶模阻抗为Zo3和Ze3的两条四分之一波长开路耦合线12、14和奇偶模阻抗为Zo4和Ze4的一条四分之一波长四端口耦合线13相间排布，并且剩余的接口分别与端口1-、2+、3-及4+连接。
本发明中，差模或共模信号从平衡式输入端口1输入，经过一个半波长阶梯阻抗传输线、一个四分之一波长开路耦合线12、一个四分之一波长四端口耦合线13后，主通道再经一个四分之一波长开路耦合线14及一个半波长阶梯阻抗传输线后从平衡式端口2输出，耦合通道再经一个半波长阶梯阻抗传输线后从平衡式端口3输出，隔离通道再经一个半波长阶梯阻抗传输线后从平衡式端口4输出，在整体电路的作用下形成宽带平衡式滤波定向耦合器。
在此过程中，连接平衡式端口两个子端口的每个半波长阶梯阻抗传输线，能够减缓两个子端口对应的阻抗突变，所以在实现基础的差模传输和共模抑制之外，可以增加定向耦合器的匹配带宽，减少主通道的带内传输波动，增加耦合带宽及耦合平坦性，增加隔离带宽及共模抑制带宽。在四端口耦合线两侧的开路耦合线，一方面为主通道、耦合通道及隔离通道都提供了新的差模谐振点，从而增加了主通道的差模传输极点及隔离通道的差模隔离零点，能够展宽差模的匹配带宽、耦合带宽及隔离带宽，并且能够获得更加平稳的差模传输及耦合；另一方面，开路耦合线增加了带外信号的衰减，能够提高主通道和耦合通道的差模频率选择性，因此在主通道和耦合通道上都能形成较好的差模滤波响应，并且在隔离通道上带外差模隔离快速提升，同时由于带外信号的衰减对共模信号也起作用，因此带外共模抑制得到快速提升，可以在三个通道上都能形成全频段共模抑制。四端口耦合线是三个通道的共用结构，是形成三个通道的核心结构，为耦合和隔离提供了基础。总体而言，在三种结构的整体作用下，本发明能够获得宽带的匹配、耦合及隔离，并且能将滤波功能融入到主通道及耦合通道，带内工作平稳。在整体结构上，本发明电路结构简单、平面化，整体尺寸较小。
如图2至图4所示，本实施具体采用基于带状线的宽带平衡式滤波定向耦合器结构，其包括顶层金属层、上层介质层、中间金属层、下层介质层、底层金属层，上下两层介质层均采用RO4003C基板，核心部分电尺寸为1.8λg× 0.083λg。图5给出本实施例的仿真差模响应，从图中可以看出，-10dB差模匹配带宽频率范围为1.16GHz-2.36GHz，即相对带宽为68.2%，中心频点处的插入损耗为1.3dB，耦合度为18dB，并且耦合起伏在±1.5dB内的耦合频率范围为1.12GHz-2.36GHz，即相对带宽为71.3%，匹配频带内的隔离度大于31dB。图6给出了本实施例的仿真共模响应，在整个匹配带宽内，直通端的共模抑制大于20dB，耦合和隔离端的共模抑制均大于36.2dB。图7给出了本实施例的仿真差共模转换响应，在整个匹配带宽内均低于-10dB。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种宽带平衡式滤波定向耦合器，其特征在于，采用左右对称结构，包括四个平衡式端口、一个四端口耦合线、两个开路耦合线、四个半波长阶梯阻抗传输线；四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；
第一、第二半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为输入端口和平输出端口；第三、第四半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为耦合通道端口和隔离通道端口。
2.根据权利要求1所述的宽带平衡式滤波定向耦合器，其特征在于，所述半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线连接组成，并且内侧传输线的阻抗高于外侧传输线的阻抗。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311022498.7A CN116960595B (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种宽带平衡式滤波定向耦合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311022498.7A CN116960595B (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种宽带平衡式滤波定向耦合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116960595A true CN116960595A (zh) | 2023-10-27 |
| CN116960595B CN116960595B (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=88447522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311022498.7A Active CN116960595B (zh) | 2023-08-15 | 2023-08-15 | 一种宽带平衡式滤波定向耦合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116960595B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090284326A1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-19 | Veljko Napijalo | Balanced hybrid coupler |
| CN104953225A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-30 | 南通大学 | 一种具有滤波功能的平衡式分支线耦合器 |
| CN105244589A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-01-13 | 南通大学 | 分支线耦合器及其制造方法 |
| US20160344086A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Mediatek Inc. | 0/90 Degree Coupler with Complex Termination |
| CN115149230A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-10-04 | 大连海事大学 | 一种具有谐波抑制功能的平衡式超宽带带通滤波器 |
-
2023
- 2023-08-15 CN CN202311022498.7A patent/CN116960595B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090284326A1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-19 | Veljko Napijalo | Balanced hybrid coupler |
| US20160344086A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Mediatek Inc. | 0/90 Degree Coupler with Complex Termination |
| CN104953225A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-30 | 南通大学 | 一种具有滤波功能的平衡式分支线耦合器 |
| CN105244589A (zh) * | 2015-10-19 | 2016-01-13 | 南通大学 | 分支线耦合器及其制造方法 |
| CN115149230A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-10-04 | 大连海事大学 | 一种具有谐波抑制功能的平衡式超宽带带通滤波器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116960595B (zh) | 2024-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110444840B (zh) | 基于枝节负载谐振器的双频差分带通滤波器 | |
| CN109755702B (zh) | 一种四频差分带通滤波器 | |
| CN103811833B (zh) | 应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器 | |
| CN105826643A (zh) | 基于半模基片集成波导的紧凑型六端口电路 | |
| CN105514547A (zh) | 一种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器 | |
| CN110247147B (zh) | 一种微带带通功分器 | |
| CN108417941A (zh) | 基于环形谐振器的平衡-非平衡滤波功分器 | |
| CN104953225A (zh) | 一种具有滤波功能的平衡式分支线耦合器 | |
| CN104218297A (zh) | 基于宽边耦合的多端口高隔离度平衡功分网络 | |
| CN108183293A (zh) | 平面微带双工器 | |
| US5235296A (en) | Directional coupler using a microstrip line | |
| CN109841933B (zh) | 一种紧凑型宽带差分带通滤波器 | |
| CN108270061B (zh) | 具有滤波特性的差分功率分配器 | |
| CN105720345B (zh) | 高选择性的宽带十字型耦合器 | |
| CN110690543A (zh) | 一种高共模抑制的毫米波平衡带通滤波器 | |
| CN111769347B (zh) | 基于多模缝隙线谐振器的差分超宽带带通滤波器 | |
| CN116960595B (zh) | 一种宽带平衡式滤波定向耦合器 | |
| CN205828626U (zh) | 一种小型化三通带差分功率分配器 | |
| US7948332B2 (en) | N-channel multiplexer | |
| CN115275545B (zh) | 一种紧凑的吸收型滤波功分器 | |
| CN218448408U (zh) | 一种定向耦合器 | |
| CN205621824U (zh) | 一种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器 | |
| CN113113742A (zh) | 横向信号干扰双宽带带通滤波器 | |
| CN111224207B (zh) | 一种宽带功分器 | |
| CN110137644B (zh) | 一种基于槽线的高选择性宽阻带平衡滤波器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |