CN201478429U - 一种微带线定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微带线定向耦合器，包括耦合线层、介质层、接地层；在耦合线层，在耦合线之间串接增加N个微带耦合支节，所述微带耦合支节交叉分布，在耦合线层的直通端口增加一个微带开路支节。所述微带耦合支节是矩形微带耦合支节、或是L形微带耦合支节。所述微带开路支节是长度为二次谐波的1/4波长的一L形微带开路支节。本实用新型的微带线耦合器，具有结构简单、易于生产、设计周期短的特点，同时还具有抑制二次谐波的功能，适用于移动终端、基站及其它微波传输系统，改善ACLR和EMC指标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种射频耦合器，尤其涉及一种微带线定向耦合器。
背景技术
在微波射频领域，不论是手机终端，还是基站，包括功率放大器本身以及其它的微波传输系统中，耦合器都是一个重要的器件，在功率检测和功率控制方面起到至关重要的作用。图1给出了一个典型的功率检测实例的示意图，图中耦合器把功率放大器的输出功率部分耦合到功率检测电路PDET(Phase Detector)，PDET电路检测到实际输出功率，并将实际输出功率与目标输出功率进行比较，产生差值信号对功率放大器进行增益控制，从而让实际输出功率接近目标功率。这是采用CDMA(码分多址，Code divisionmultiple access)多址方式的系统必不可少的电路，用以实现功率控制；另外，功率放大器本身为了实现较高的效率或者较好的线性度，也必须集成耦合器进行输出控制。
现在微波射频领域有多种耦合器。一部分采用传统微带耦合线的方式，由于奇偶模相速的不等，这种方式的耦合器隔离度不高，方向性不好，应用中就造成能量的浪费和散热问题。
有的技术采用三角锯齿耦合方式，同时在耦合线上加载介质，目标是减小奇偶模相速间的差异，以改善方向性和隔离度，不过却提高了加工的复杂性，同时引入了更多的插入损耗；同时这种结构的耦合器方向性虽然得到改善，但有时仍不能满足要求。
另外，还有采用在耦合器两端加载集总元件来提高方向性的技术，这在理论上是很好的改进，不过集总元件也使制造难度增加，成本增加，同时集总元件有寄生效应，设计起来很困难，总体效率低下。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种微带线定向耦合器，用于现有微带先耦合器方向性低隔离度差的问题，实现高方向性高隔离度的耦合。
为了解决上述问题，本实用新型提出了一种微带线定向耦合器，包括耦合线层、介质层、接地层；在耦合线层，在耦合线之间串接增加N个微带耦合支节，所述微带耦合支节交叉分布，在耦合线层的直通端口增加一个微带开路支节。
进一步地，所述微带耦合支节N的取值为2到16间的正整数。
进一步地，所述微带耦合支节是矩形微带耦合支节、或是L形微带耦合支节。
进一步地，所述微带耦合支节相对于耦合线层中心线是反对称分布的。
进一步地，所述微带开路支节是一L形微带开路支节，其长度为二次谐波的1/4波长。
进一步地，所述微带开路支节是由短路支节或者采用集总元件构造的谐振电路。
本实用新型的微带线耦合器，具有结构简单、易于生产、设计周期短的特点，同时还具有抑制二次谐波的功能。该实用新型适用于移动终端、基站及其它微波传输系统，改善ACLR和EMC指标。上述优点具体阐述如下：
由于本实用新型的耦合器具有较高的方向性和隔离度，同时具有更低的插入损耗，保证了隔离端口能量的低消耗，这会减小射频应用系统中的热耗；同时由于更多的能量直通到双工器进而由天线发射出去，高功率下系统的ACLR指标得到改善。
同时，本实用新型的耦合器通过对二次谐波进行抑制，大大减少了EMC测试失败的情况，抑制二次谐波功能的引入为无线系统设计带来更多的方便，随着无线通信技术的不断进步，人们对EMC会越来越重视，本实用新型具有较好的应用前景。
附图说明
图1是典型的带有耦合器的功率检测电路的结构框图；
图2是本实用新型的带有4个矩形耦合支节的耦合器立体结构图；
图3是图2所示耦合器的俯视图；
图4是本实用新型的带有6个矩形耦合支节的耦合器的俯视图；
图5是本实用新型的带有4个L形耦合支节的耦合器的俯视图；
图6是耦合微带线的偶模场分布及对应等效电容网络示意图；
图7是耦合微带线的奇模场分布及对应等效电容网络示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本实用新型作进一步地详细说明。
本实用新型在传统微带线耦合器基础上，引入了若干矩形或L形微带耦合支节来补偿奇偶模相速的差异，通过引入L形开路支节首次把抑制二次谐波功能集成到了耦合器内部。本实用新型的耦合器，在保证高方向性和高隔离度的前提下，可以提高设计效率，降低加工成本，同时该耦合器结构允许更大的耦合度范围。
如图2所示，给出了本实用新型的一个带有4个矩形微带耦合支节的耦合器立体结构图。该耦合器具有类似于传统微带线的三层结构，即上层耦合线层、介质层、接地GND层。本实用新型的改进之处主要在于对上层耦合线的布局结构进行了改进。在改进上层耦合线之后，由于耦合器整体性能获得改进，相应地，微带线介质的选材及尺寸可以进行相应调整，例如可以从成本、工艺复杂度、EMC性能等角度考虑调整等等。耦合支节的长度、宽度也可根据设计要求进行调节。
如图3所示，显示了图2所示耦合器的俯视图，该耦合器在传统耦合线上增加4个矩形微带耦合支节(增加的耦合支节的数目可为2到16之间，这里以4个为例)和一个L形微带开路支节，各端口对与50欧姆阻抗匹配。其中，矩形微带耦合支节相对于中心线是反对称分布的；L形微带开路支节位于直通端口处。
在中间增加的所述矩形微带耦合支节，用于实现高方向性。它们起到的具体作用如下：
(1)增加奇模的实际传输长度
微带线定向耦合器实现高方向性的难度在于奇偶模相速的不等，如图6所示的耦合微带线的偶模场分布图以及图7所示的耦合微带线的奇模场分布图，可知由于场分布的不同，使得奇模相速大于偶模相速。在奇模的实际传输长度增加以后，可在一定程度上降低奇模相速。同时，相对于传统结构，在中心频率相同时，本实用新型在长度上就会更短。
(2)这些所述矩形微带耦合支节是交叉分布的，起到一个交指电容的作用，参见图6所示的耦合微带线的对应等效电容网络以及图7所示的耦合微带线的对应等效电容网络，这些所述矩形微带耦合支节串接在耦合线之间，相当于和C12并联了一个电容，增加了奇模等效对地电容，降低其相速。
(3)在耦合度相同时，引入这些矩形微带耦合支节实际上适度加大了耦合线之间的距离，这就让加工更方便，同时也扩大了耦合度区间，因为传统结构往往导致耦合线间距过小，加工误差影响较大的情况，所以从指标参数上来讲，本实用新型具有更宽的应用范围。
在耦合器直通端口增加的一个L形开路支节，其长度为二次谐波的1/4波长，可以抑制二次谐波。根据微带线支节变换理论，1/4波长开路线相当于短路，二次谐波分量被短接。
以上所述仅以矩形微带耦合支节为例进行说明的，本实用新型还可有其它实施例。
例如，可以改变耦合支节数目，图4显示了带有6个耦合支节的耦合器的俯视图，该实施例中可以设置矩形微带耦合支节的数目为6个。
例如，可以改变耦合支节形状，图5显示了带有4个L形耦合支节的耦合器的俯视图，该实施例中，将矩形耦合支节改变为L形耦合支节。
例如，采用其它的抑制二次谐波的方法，如应用短路支节或者采用集总元件(电容和电感)构造谐振电路等。
本实用新型的微带线耦合器，具有结构简单、易于生产、设计周期短的特点，同时还具有抑制二次谐波的功能。该实用新型适用于移动终端、基站及其它微波传输系统，改善ACLR和EMC指标。上述优点具体阐述如下：
由于本实用新型的耦合器具有较高的方向性和隔离度，同时具有更低的插入损耗，保证了隔离端口能量的低消耗，这会减小射频应用系统中的热耗；同时由于更多的能量直通到双工器进而由天线发射出去，对功率放大器的功率就可以减小，这对于线性功率放大器来说是十分宝贵的一点，因为这意味着高功率下系统的ACLR指标得到改善。
同时，本实用新型的耦合器通过对二次谐波进行抑制，大大减少了EMC测试失败的情况，这在射频测试中是经常出现的，往往需要复杂的匹配调节来改善，一般还会造成其它指标的恶化。所以抑制二次谐波功能的引入为无线系统设计带来更多的方便，随着无线通信技术的不断进步，人们对EMC会越来越重视，本实用新型具有较好的应用前景。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种微带线定向耦合器，包括耦合线层、介质层、接地层，其特征在于：
在耦合线层上的耦合线之间串接增加N个微带耦合支节，所述微带耦合支节交叉分布，在耦合线层的直通端口增加一个微带开路支节。
2.如权利要求1所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节N的取值为2到16间的正整数。
3.如权利要求1所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节是矩形微带耦合支节、或是L形微带耦合支节。
4.如权利要求1所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节相对于耦合线层中心线是反对称分布的。
5.如权利要求1所述的微带线定向耦合器，其特征在于，所述微带开路支节是一L形微带开路支节，其长度为二次谐波的1/4波长。
6.如权利要求5所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节是矩形微带耦合支节、或是L形微带耦合支节。
7.如权利要求5或6所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节相对于耦合线层中心线是反对称分布的。
8.如权利要求1所述的微带线定向耦合器，其特征在于，所述微带开路支节是由短路支节或者采用集总元件构造的谐振电路。
9.如权利要求8所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节是矩形微带耦合支节、或是L形微带耦合支节。
10.如权利要求8或9所述的微带线定向耦合器，其特征在于，
所述微带耦合支节相对于耦合线层中心线是反对称分布的。
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