CN204834820U - 2.4GHz高隔离度定向耦合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：包括相互平行设置的微带线，所述微带线设有四个端口；所述四个端口包括入射端口1、直通端口2、耦合端口3、隔离端口4；所述的耦合端口设有匹配线；所述的入射端口接发射系统，所述的直通端口接天线，所述的隔离端口与接收机连接。本实用新型提供的2.4GHz高隔离度定向耦合器，隔离度性能得到明显提高，有效抑制来自发射系统的有害泄漏信号，提高RFID的接收灵敏度，满足无线射频识别技术领域的高性能需求。
Description
技术领域
发明涉及一种2.4GHz高隔离度定向耦合器，属于微波技术领域。
背景技术
射频无线通信技术发展非常迅速，在微波技术领域普遍采用的微带线定向耦合器，其中的隔离度指标难以满足高性能需求。在无线射频识别(RFID)技术领域，耦合器的隔离度这一性能指标需要达到-40dB以下，该技术指标对于传统的微带线定向耦合器非常难实现。微带线定向耦合器要想实现高隔离度性能指标，它不能采用传统的技术进行设计，必须在传统微带线定向耦合器上采用匹配技术，才能满足无线射频识别技术领域的高性能需求。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种2.4GHz高隔离度定向耦合器，使定向耦合器的隔离度性能得到明显提高，满足无线射频识别技术领域的高性能需求。
为了达到上述目的，本发明提供的2.4GHz高隔离度定向耦合器所采用的技术方案是：
2.4GHz高隔离度定向耦合器包括相互平行设置的微带线，所述微带线设有四个端口；所述四个端口包括入射端口1、直通端口2、耦合端口3、隔离端口4；所述的耦合端口设有匹配线。
本发明进一步设置为：所述匹配线为短路匹配线或开路匹配线。
本发明进一步设置为：所述匹配线包括直线、台阶型直线、曲线、T型线、L型线。
本发明进一步设置为：所述的入射端口接发射系统，所述的直通端口接天线，所述的隔离端口与接收机连接。
本发明进一步设置为：所述匹配线末端通过PCB过孔与微带线地平面连接，匹配线长度为20mm，匹配线间距为9.18mm，匹配线宽度为0.7mm，
本发明进一步设置为：所述微带线导带的宽度为2.8mm，微带线导带间的间距为0.4mm，四个端口线长为17mm，介质基片为聚四氟乙烯，介质的厚度为1.6mm。
RFID发射信号通过入射端口输入到微带线定向耦合器，天线接在直通端口，RFID发射信号通过入射端口直通到直通端口，从直通端口的天线发射出去，直通端口的天线同时接收RFID标签反射的信号。RFID标签反射的信号通过隔离端口输出到RFID的接收机。
隔离端口除接收RFID标签反射的信号外，同时还接收入射端口发射系统泄漏过来的发射信号，这种泄漏过来的发射信号是我们必须抑制的信号，也就是说，微带线定向耦合器的隔离度必须非常高，才能有效抑制来自发射系统的有害泄漏信号。由于发射信号一般远高于RFID标签反射的信号，因此，隔离度不高将严重降低RFID的接收灵敏度，使得RFID难以有效获取标签反射信号。
本发明在微带线定向耦合器的耦合端口加上一段匹配线后，入射端口的发射波耦合到耦合端口时，会有一部分耦合功率信号碰到匹配线从而反射回隔离端口。而这部分反射耦合功率信号会在隔离端口碰上从入射端口传输过来的发射波泄漏信号，理想情况下只要这两种信号功率相同，而相位相反，就会在隔离端口形成功率相消现象，从而使隔离端口的隔离度为0，即没有RFID发射泄漏信号从隔离端口输出，继而保证了直通端口耦合到隔离端口的标签反射信号无干扰的被RFID设备进行处理。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供的2.4GHz高隔离度定向耦合器，隔离度性能得到明显提高，有效抑制来自发射系统的有害泄漏信号，提高RFID的接收灵敏度，使得RFID更有效获取标签反射信号，保证直通端口耦合到隔离端口的标签反射信号无干扰的被RFID设备进行处理，满足无线射频识别技术领域的高性能需求。本发明2.4GHz高隔离度定向耦合器，在100MHz频带内隔离度小于-50dB，在中心2.4GHz附近隔离度优于-75dB，性能比传统型微带线定向耦合器优越。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例1的隔离度仿真图；
图3为本发明实施例1的回波损耗仿真图；
图4为本发明实施例2的隔离度仿真图；
图5为本发明实施例2的回波损耗仿真图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示的一种2.4GHz高隔离度定向耦合器，包括微带线定向耦合器入射端口1、直通端口2、耦合端口3、隔离端口4，端口1接发射系统，端口2接天线，端口4输出到接收机。微带线导带的宽度为W，微带线导带间的间距为S，匹配线长度为L0，匹配线间距为L1，匹配线宽度为s0，四个端口线长为LP。
本发明在耦合端口3上设置一段匹配线，匹配线首端与耦合端口3连接，匹配线末端通过PCB过孔与微带线地平面连接(短路匹配线)，或匹配线末端悬空(开路匹配线)。匹配线包括直线、台阶型直线、曲线、T型线、L型线。匹配线长度L0，匹配线间距L1，匹配线宽度s0，微带线导带宽度W，微带线导带间距S等参数通过三维电磁仿真软件HFSS优化获得。
RFID发射信号通过端口1输入到微带线定向耦合器，天线接在端口2，RFID发射信号通过端口1直通到端口2，从端口2的天线发射出去，端口2的天线同时接收RFID标签反射的信号。RFID标签反射的信号通过端口4耦合输出到RFID的接收机。
由图可见，端口4除接收RFID标签反射的信号外，同时还接收端口1发射系统泄漏过来的发射信号，这种泄漏过来的发射信号是我们必须抑制的信号，也就是说，微带线定向耦合器的隔离度必须非常高，才能有效抑制来自发射系统的有害泄漏信号。由于发射信号一般远高于RFID标签反射的信号，因此，隔离度不高将严重降低RFID的接收灵敏度，使得RFID难以有效获取标签反射信号。
本发明在定向耦合器的3端口即耦合端口加上一段匹配线后，1端口的发射波耦合到3端口时，会有一部分耦合功率信号碰到匹配线从而反射回4端口。而这部分反射耦合功率信号会在4端口碰上从1端口传输过来的发射波泄漏信号，理想情况下只要这两种信号功率相同，而相位相反，就会在4端口形成功率相消现象，从而使4端口的隔离度为0，即没有RFID发射泄漏信号从4端口输出，继而保证了2端口耦合到4端口的标签反射信号无干扰的被RFID设备进行处理。
利用现有技术得到初步的W/d，以及S/d的数值，此处d为微带线定向耦合器的介质板厚度。这样也就求得了微带线定向耦合器微带线导带的宽度W以及导带间的间距S。因为耦合器的电长度约为四分之一波长，就可以大致求得微带线定向耦合器的导带长度L。一般情况下，LP的长度并不很大影响耦合器的性能，本发明设置为17mm。微带线定向耦合器的匹配线长度L0、匹配线间距L1、匹配线宽度s0，由三维电磁仿真软件HFSS优化获得。
实施例1，10dB高隔离度定向耦合器设计
利用仿真软件HFSS进行建模，介质基片选择聚四氟乙烯，介质的厚度为1.6mm，匹配线为短路匹配线，工作的中心频率是2.4GHz。经过优化后各个结构参数如下表1所示：
| L | W | S | LP | L0 | L1 | S0 |
| 15mm | 2.8mm | 0.4mm | 17mm | 20mm | 9.18mm | 0.7mm |
表110dB高隔离度定向耦合器的结构参数
如图2所示为10dB高隔离度定向耦合器的隔离度仿真图
从图中可以看出，10dB高隔离度定向耦合器的隔离度相当好，在整个频带内都保持在-40dB以下，在2.365GHz至2.45GHz带宽内低于-50dB，在2.41GHz达到-76dB。
如图3所示为10dB高隔离度定向耦合器的回波损耗仿真图。
从图中可以看出，在200MHz频带内，回波损耗都在-25dB以下。
实施例2，20dB高隔离度定向耦合器设计
利用仿真软件HFSS进行建模，介质基片同样选择聚四氟乙烯，介质的厚度为1.6mm，匹配线为短路匹配线，工作的中心频率是2.4GHz。经过优化后各个结构参数如下表2所示：
| L | W | S | LP | L0 | L1 | S0 |
| 15mm | 2.8mm | 1.99mm | 17mm | 25mm | 14mm | 1.4mm |
表220dB高隔离度定向耦合器的设计参数
如图4所示为20dB高隔离度定向耦合器的隔离度仿真图
从图中可以看出，20dB高隔离度定向耦合器的隔离度相当好，在2.34GHz至2.44GHz频带内低于-45dB，在2.39GHz处小于-77dB。
如图5所示为20dB高隔离度定向耦合器的回波损耗仿真图。
从图中可以看出，在200MHz频带内，回波损耗都在-23dB以下。
Claims (6)
1.2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：包括相互平行设置的微带线，所述微带线设有四个端口；
所述四个端口包括入射端口（1、）直通端口（2、）耦合端口（3）、隔离端口（4）；
所述的耦合端口设有匹配线。
2.根据权利要求1所述的2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：所述匹配线为短路匹配线或开路匹配线。
3.根据权利要求1所述的2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：所述匹配线包括直线、台阶型直线、曲线、T型线、L型线。
4.根据权利要求1所述的2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：所述的入射端口接发射系统，所述的直通端口接天线，所述的隔离端口与接收机连接。
5.根据权利要求1所述的2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：所述匹配线末端通过PCB过孔与微带线地平面连接，匹配线长度为20mm，匹配线间距为9.18mm，匹配线宽度为0.7mm。
6.根据权利要求1所述的2.4GHz高隔离度定向耦合器，其特征在于：所述微带线导带的宽度为2.8mm，微带线导带间的间距为0.4mm，四个端口线长为17mm，介质基片为聚四氟乙烯，介质的厚度为1.6mm。
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