CN208489344U - 一种宽带耦合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带耦合器，属于微波技术领域。针对现有技术中存在的现有定向耦合器尺寸大、小尺寸的情况下无法解决宽频带内耦合系数平坦度恶化的问题，本实用新型提供了一种宽带耦合器，包括两个相对设置的耦合线，其中一根耦合线两端分别为输入端和输出端，另一根耦合线两端分别为耦合端和隔离端，耦合线两端分别设置有均衡器。所述的耦合线长度小于耦合器工作波长的四分之一。保证耦合器的尺寸缩小。均衡器设置有输入端C和输出端D，均衡器级联在耦合支路上。它可以实现耦合器尺寸小，耦合系数平坦，耦合器工作时候稳定性好。

Description

一种宽带耦合器

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，更具体地说，涉及一种宽带耦合器。

背景技术

现有技术设计的单节耦合线定向耦合器设计步骤主要为1.根据工作频率，确定耦合线长度。2.根据耦合系数，确定耦合线奇偶模阻抗，从而确定耦合线的宽度和耦合线的间距等横截面尺寸参数。在所使用的介质材料叠层和工作频率确定的情况下，单节耦合线定向耦合器所需要的耦合线长度也是确定的，即此频率电磁波在此种介质材料叠层下的波长的四分之一。以工作在10GHz的耦合线定向耦合器为例，10GHz电磁波在空气介质中波长为30mm，四分之一波长的长度为7.5mm，7.5mm长度的空气介质耦合线可以实现的定向耦合器的耦合系数性能如图1曲线A所示。而在尺寸限制情况下，八分之一波长，即3.75mm的空气介质耦合线实现的定向耦合器的耦合系数性能如图1曲线B所示。可见，耦合线长度减小后，定向耦合器的耦合系数平坦度恶化。

现有技术中也有对耦合线长度缩短的方案，如中国专利申请，申请号200810301935.8，公开日20099年12月9日，公开了一种定向耦合器，包括两耦合线，所述两耦合线在其中心位置处均向外延可伸出一扇形结构，所述扇形结构的圆心角的角度小于90度。此发明定向耦合器可缩短其耦合线的长度。但是并没有给出如何解决耦合系数平坦度恶化的问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的现有定向耦合器尺寸大、小尺寸的情况下无法解决宽频带内耦合系数平坦度恶化的问题，本实用新型提供了一种宽带耦合器，它可以实现耦合器尺寸小，耦合系数平坦，耦合器工作时候稳定性好。

2.技术方案

本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

一种宽带耦合器，包括两个相对设置的耦合线，其中一根耦合线两端分别为输入端和输出端，另一根耦合线两端分别为耦合端和隔离端，耦合线两端分别设置有均衡器。

更进一步的，所述的耦合线长度小于耦合器工作波长的四分之一。保证耦合器的尺寸缩小。

更进一步的，所述的耦合线长度为耦合器工作波长的八分之一。

更进一步的，所述的均衡器设置有输入端C和输出端D，均衡器级联在耦合支路上。

更进一步的，所述的均衡器包括并联设置的电容C1和电阻R1，并联设置的电容C2和电阻R2，并联后的电容C1和电阻R1与电容C2和电阻R2串联在电阻R3两端，R3并联有电感L1，输入端C和输出端D分别设置在电阻R3两端。均衡器与系统阻抗匹配，保证了功率的大小。

更进一步的，所述的宽带耦合器工作频率为4～6GHz频率。

更进一步的，所述的均衡器在工作频率为4～6GHz频率内插损随着频率增加2.5dB。补偿插损使得耦合度的平坦度好，系统更加稳定。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案的耦合器的设计，提高了定向耦合器的耦合平坦度，增加了耦合度的带宽，实现了耦合器的小型化，方便应用于智能手机等手持和可穿戴无线连接设备中；

(2)本方案属于射频无源器件，通过加入均衡网络设计，提高定向耦合器耦合度的平坦度和带宽，通过集成电路工艺，实现小型化宽带定向耦合器；耦合器可在各种小型化无线设备中获得应用；

(3)本方案的定向耦合器低插损，体积小，带宽宽。

附图说明

图1为现有耦合器耦合系数性能曲线；

图2为现有技术耦合器耦合系数随频率变化曲线；

图3为现有技术耦合线为工作频率波长的八分之一时候耦合系数随频率变化曲线；

图4为本方案耦合器结构图；

图5为本方案耦合器均衡器结构图；

图6为实施例1插损随频率的变化曲线；

图7为实施例1耦合系数随频率的变化曲线。

图中标号说明：

1、输入端；2、输出端；3、耦合端，4、隔离端；5、6、均衡器；7、8、耦合线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

实施例1

传统的耦合线型定向耦合器，通过两段耦合线间的电磁耦合实现一定的耦合系数。耦合线长度设计为工作频率波长的四分之一。如一个传统的耦合器，耦合器工作在5GHz，按350um厚度硅介质，耦合线长度设计为5.4mm。其耦合系数随频率变化曲线如图2，耦合系数在4～6GHz范围内平坦度较好，在4～6GHz变化0.5dB。为了减小尺寸，如果将耦合线减短为工作频率对应波长的八分之一，即2.7mm，由此短耦合线获得的耦合系数的平坦度恶化，耦合系数随频率变化曲线如图3，在4～6GHz范围内变化2.5dB。

为了在有限的空间内实现在较宽频带内具有平坦耦合系数的定向耦合器。本方案在耦合支路增加均衡器，使在定向耦合器尺寸小的同时获得宽频带内的平坦耦合系数。

设计的框图如图4，其中耦合线长度设计为小于四分之一波长，如八分之一波长。由于均衡器使用集总元件实现，其体积很小，相对于耦合线尺寸很小，所以总体尺寸将小于传统单节耦合线定向耦合器的尺寸。

本实施例设计在4～6GHz频率范围内插损随着频率增加2.5dB的均衡器，以此均衡短耦合线耦合系数随频率的变化，实现平坦耦合系数。设计的均衡器框图如图5，为两端口器件，其中C、D分别为输入输出端口，分别为输入端C和输出端D，电路中电阻R1和R3为75欧姆阻值，电阻R2为200欧姆阻值，电容C1，C2为0.4pF容值，电感L1为3nH感值。其插损随频率的变化曲线，如图6，插损随频率变化2.5dB。如图，将均衡器和短耦合线支路级联后的耦合系数随频率变化的曲线如图7，平坦度大幅度优化为小于0.2dB。其中均衡器是同系统阻抗匹配的，且仅级联在耦合支路上，不影响定向耦合器的其他性能，如方向性和插损等。但均衡网络是有额外插损的，所以耦合度的绝对值将下降，但平坦度可变好。设计的均衡器的插损随频率增加而减小，减小了耦合线长度的耦合器耦合系数随频率增加而增加，通过合理设计，两者级联后随频率的变化可互相抵消，实现随频率变化较平坦的耦合系数，从而获得小型化的同时耦合系数在较宽频带内保持一定平坦度的定向耦合器。

集成电路工艺可以实现均衡网络所需要的电阻，可以小型化的实现此宽带耦合器。本方案通过使用短耦合线支线级联均衡器的方式，实现了耦合线型定向耦合器的小型化，同时得到耦合系数在宽频带范围内的优良平坦度。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种宽带耦合器，包括两个相对设置的耦合线(7、8)，其特征在于：其中一根耦合线(8)两端分别为输入端(1)和输出端(2)，另一根耦合线(7)两端分别为耦合端(3)和隔离端(4)，耦合线(7)两端分别设置有均衡器(5、6)。

2.根据权利要求1所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的耦合线(7、8)长度小于耦合器工作波长的四分之一。

3.根据权利要求2所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的耦合线(7、8)长度为耦合器工作波长的八分之一。

4.根据权利要求1所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的均衡器设置有输入端C和输出端D，均衡器级联在耦合支路上。

5.根据权利要求4所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的均衡器包括并联设置的电容C1和电阻R1，并联设置的电容C2和电阻R2，并联后的电容C1和电阻R1与电容C2和电阻R2串联在电阻R3两端，R3并联有电感L1，输入端C和输出端D分别设置在电阻R3两端。

6.根据权利要求1所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的宽带耦合器工作频率为4～6GHz频率。

7.根据权利要求6所述的一种宽带耦合器，其特征在于：所述的均衡器在工作频率为4～6GHz频率内插损随着频率增加2.5dB。