WO2020071956A1 - Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель - Google Patents

Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель

Info

Publication number
WO2020071956A1
WO2020071956A1 PCT/RU2019/000656 RU2019000656W WO2020071956A1 WO 2020071956 A1 WO2020071956 A1 WO 2020071956A1 RU 2019000656 W RU2019000656 W RU 2019000656W WO 2020071956 A1 WO2020071956 A1 WO 2020071956A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spiral
transmission lines
lines
coupler
directional coupler
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000656
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Владимирович РАДЧЕНКО
Владимир Васильевич РАДЧЕНКО
Original Assignee
Акционерное общество "Микроволновые системы"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Микроволновые системы" filed Critical Акционерное общество "Микроволновые системы"
Priority to EP19869064.6A priority Critical patent/EP3863115A4/en
Priority to US17/257,205 priority patent/US11489244B2/en
Priority to CN201980039248.XA priority patent/CN112272900B/zh
Publication of WO2020071956A1 publication Critical patent/WO2020071956A1/ru

Links

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
    • 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
    • H01P5/185—Edge coupled lines
    • 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

Definitions

  • the invention relates to microwave technology, in particular, to communication devices such as waveguides, consisting of two connected lines, and can be used in radio devices for various purposes as an element base of thin-film integrated high-frequency nodes, such as: separation-summing devices, microwave power amplifiers , couplers, radio frequency multiplexers, phase shifters, filters and others.
  • Directional couplers are widely used in microwave technology.
  • the main purpose of directional couplers is directional branching of a certain part of high-frequency energy from the main path to the auxiliary one.
  • the peculiarity of this device is that it branches a wave of only one direction, that is, propagating only in the forward or only in the opposite direction in the main path. His work is based on the excitation in the auxiliary path of several waves that are displaced in phase so that the amplitudes of the waves propagating in the desired direction, interfering, are summed, and in the undesirable, they are mutually compensated.
  • a directional coupler is a four-arm device consisting of two segments of a transmission line, in which part of the energy of the electromagnetic wave propagating in the main transmission line (main channel) is coupled through communication elements to an auxiliary transmission line (auxiliary channel) and transmitted in it in a certain direction.
  • directional couplers are divided into two types: a) with strong coupling (communication less than 10 dB); b) with weak coupling (communication greater than 10 dB).
  • 3 dB BUT when a microwave signal is applied to one of its inputs, its power is distributed evenly between a certain pair of outputs and to the fourth arm, called “isolated” or “decoupled”, the power is not supplied (it is assumed that all outputs are loaded on agreed loads). It should be noted that a pair of outputs of 3 dB BUT, between which power is distributed, also has a mutual isolation.
  • microstrip lines - asymmetric strip transmission lines for transmitting electromagnetic waves in air or, as a rule, in a dielectric medium (substrate), along two or more thin-shaped conductors strips and plates.
  • the lines are called microstrip, because As a result of the high dielectric constant of the substrate, its thickness and the transverse dimensions of the strip are much smaller than the wavelength in free space.
  • a quasi-TEM wave propagates in the microstrip line and electric field lines pass not only in the dielectric, but also outside it.
  • the advantages of a microstrip line and various devices based on it should also include the possibility of automating production using technologies for the manufacture of printed circuit boards, hybrid and film integrated circuits.
  • microstrip directional coupler (Maloratsky L.G. Yavich L.R. "Design and calculation of microwave elements on strip lines", M. Sov.radio, 1972, Fig. 2.14.6).
  • the coupler contains two electromagnetically coupled lines that are formed parallel to each other on a dielectric substrate.
  • the phase shift between the vectors of the electric field strength at the outputs 3 and 2 of the arms is 90 °, and therefore such couplers are called quadrature.
  • the coupler can be made by thin-film technology on substrates of the type "Polikor", "22XC”, etc.
  • the broadband of the specified coupler is determined by the achievable coupling coefficient, the value of which depends on the gap between the electromagnetically coupled microstrip lines formed on one side of the dielectric substrate.
  • the achievable coupling coefficient the value of which depends on the gap between the electromagnetically coupled microstrip lines formed on one side of the dielectric substrate.
  • the broadband of the described coupler is characterized by a band size of 22 - 25%, which is acceptable only for narrow-band devices.
  • tandem microstrip directional coupler (L. Maloratsky, “Microminiaturization of microwave elements and devices.” M. Sov. Radio, 1976, Fig. 2.16).
  • This coupler is essentially a functional unit consisting of two identical to those described above. microstrip couplers. Due to a certain order of connecting the poles of these couplers, it is possible to realize a "tandem" microstrip coupler with a passband of 60 - 65%.
  • both generatrices of the coupler should not have direct electromagnetic coupling with each other, which in practical implementation forces them to be spaced apart on the substrate at noticeable distances, which increases the dimensions of the tandem coupler as a whole and limits its scope in microwave technology.
  • FIG. 3 tandem directional coupler
  • A. Lehtsier, A. Fedosov, “Tandem directional couplers and nodes based on them”, Radio Industry Magazine, Moscow, 2004, pp. 148-154, Fig. 6 This coupler is essentially the tandem coupler described above (see FIG. 2), however, the lateral communication lines (BLS) of this coupler are of zero length.
  • the microstrip transmission lines are formed in the form of a flat two-way spiral with one turn.
  • jumpers are used to output signals from the center of the spiral to the outside.
  • Small capacitances can be installed at the input and output points of such a coupler to reduce losses at the edges of the operating range. Due to these solutions, the expansion of the working band is achieved in comparison with the tandem couplers described above.
  • the technical result achieved by the claimed invention is to increase the efficiency of use of the useful area of the dielectric substrate and to reduce the overall dimensions of the device, to expand the band of operating frequencies.
  • the spiral ultra-wide microstrip quadrature directional coupler contains two electromagnetically coupled microstrip transmission lines made in the form of a flat two-way spiral located on a dielectric substrate, the reverse side of which is partially or completely metallized, or suspended above a metal surface.
  • the coupler is characterized in that the number of turns of a two-way spiral is more than one, while one spiral is rotated relative to the other around their common center, while the gaps between the connected transmission lines and their transverse dimensions have constant values.
  • FIG. 1 shows a microstrip directional coupler known from: L. Maloratsky Yavich L.R. "Design and calculation of microwave elements on strip lines", with the transverse dimension W of the microstrip lines and with a gap g between them.
  • the conclusions (shoulders) of the coupler are hereinafter indicated in the following sequence: 1 - input, 2 - branched output, 3 - direct output, 4 - decoupled output.
  • FIG. 2 shows a tandem microstrip directional coupler known from: L. Maloratsky “Microminiaturization of microwave elements and devices”, with a transverse dimension W of microstrip lines and a gap d between them. To connect the segments of microstrip lines, jumpers 5 are used.
  • FIG. 3 shows a tandem directional coupler, known from: Lehtsier A.Ya., Fedosov A.N. "Tandem directional couplers and nodes based on them", in which the microstrip transmission lines are formed in the form of a flat two-way spiral with one turn. Jumpers 5 are used to output signals from the center of the spiral.
  • FIG. 4 is a top view of a spiral ultrawideband microstrip quadrature directional coupler with transmission lines formed in the form of a two-way spiral with constant transverse dimensions W of connected lines and gaps between them, with angles of rotation of planar lines of 45 degrees.
  • Jumpers 5 are used to output signals from the center of the spiral.
  • the figure shows the main communication areas: K1 and K2, which have three connected lines, as well as KZ and K4, which have four connected lines.
  • FIG. 5 is a front view of a coupler with transmission lines formed in the form of a two-way spiral with constant transverse dimensions of the connected lines and gaps between them, with angles of rotation of planar lines of 45 degrees.
  • the connected transmission lines are located on one side of the dielectric substrate, the opposite side of which is metallized.
  • FIG. Figure 6 shows a top view of a coupler with transmission lines formed in the form of a two-way spiral with constant transverse dimensions W of connected lines and gaps between them, with rounded rotations of planar lines.
  • jumpers 5 are used to output signals from the center of the spiral.
  • FIG. 4 - FIG. 6 options for the formation of connected lines in the form of a double helix do not exhaust all possible options. So, for example, a two-way spiral can be formed from planar lines rounded along its entire length.
  • FIG. Figure 7 shows graphs of the dependence of the calculated transmission coefficients on the frequency of the tandem and spiral couplers with constant transverse dimensions of the connected transmission lines and the gaps between them (with a regular structure), loaded by 50 Ohms, during division / summation.
  • FIG. Figure 8 shows the division / summation scheme of 3-dB couplers 6 loaded to a matched load.
  • the design of the directional coupler is based on the use of two electromagnetically coupled microstrip transmission lines formed in the form of a flat two-way spiral with more than one number of turns, while one spiral is rotated relative to the other around their common center.
  • FIG. 4 FIG. 6 jumpers 5 (wire, foil, hybrid grown or another type).
  • Such a coupler is a tandem connection of many segments of connected lines, which is one of the known methods for expanding the working frequency band of tandem directional couplers (tandem switching of connected lines is described in the work: V.P. Meshchanov, A. L. Feldstein “Automated design of directional microwave couplers ”,“ Communication ”, Moscow, 1980, pp. 96 - 97).
  • FIG. 4 shows the four main communication areas of the coupler with the transmission lines formed from the rectilinear sections of a two-way spiral with constant transverse dimensions W of connected lines and gaps between them, with angles of rotation of planar lines of 45 degrees.
  • the communication areas K1 and K2 have three connected lines, and the KZ and K4 areas have four connected lines.
  • the cascade connection of four regions with different communication levels in such a coupler allows to significantly expand its operating frequency band (up to 2.5 octaves), compared with a conventional tandem coupler with two communication stages.
  • Figure 7 presents the graphs of the estimated losses per division / summation of three types of ZdB couplers in the range 1 - 6 GHz, one shoulder of which is loaded on a matched load.
  • the division / summation measurement circuit is shown in FIG. eight.
  • the overall dimensions of the coupler are reduced by at least two to three times (inversely proportional to the number of turns in the two-way spiral), which significantly increases the efficiency of using the useful area of the substrate.
  • the essential features of this technical solution can significantly expand the range of operating frequencies of the coupler, reduce it overall dimensions and increase the efficiency of using the useful area of the substrate, which ensures the achievement of the claimed technical result.

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно, к устройствам связи типа волноводов, состоящих из двух связанных линий, и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения в качестве элементной базы тонкопленочных интегральных высокочастотных узлов, таких как разделительно-суммирующие устройства, усилители СВЧ мощности, ответвители, радиочастотные мультиплексоры, фазовращатели, фильтры и другие. Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности использования полезной площади диэлектрической подложки и уменьшении габаритных размеров устройства, в расширении полосы рабочих частот. Технический результат достигается тем, что спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель содержит две электромагнитно связанные микрополосковые линии передачи и выполненные в виде плоской двухзаходной спирали, расположенные на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована, или подвешена над металлической поверхностью. Ответвитель отличается тем, что число витков двухзаходной спирали более одного, при этом одна спираль повернута относительно другой вокруг их общего центра, а зазоры между связанными линиями передачи и их поперечные размеры имеют постоянные значения.

Description

СПИРАЛЬНЫЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЙ МИКРОПОЛОСКОВЫЙ КВАДРАТУРНЫЙ
НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ
Изобретение относится к технике СВЧ, а именно, к устройствам связи типа волноводов, состоящих из двух связанных линий, и может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения в качестве элементной базы тонкопленочных интегральных высокочастотных узлов, таких как: разделительно- суммирующие устройства, усилители СВЧ мощности, ответвители, радиочастотные мультиплексоры, фазовращатели, фильтры и другие.
Актуальность данного технического решения обусловлена возрастающими требованиями к высокочастотным узлам систем связи и радиолокации в отношении их широкополосности, миниатюризации и технологичности. Для обеспечения предъявляемых в настоящее время требований необходимо реализовать планарные направленные ответвители и делители/сумматоры СВЧ мощности с относительной полосой пропускания более 0,60 (больше октавы) при высоком проценте выхода годных изделий.
Направленные ответвители широко используются в технике СВЧ. Основное назначение направленных ответвителей - направленное ответвление некоторой части высокочастотной энергии из основного тракта во вспомогательный. Особенность этого устройства заключается в том, что оно ответвляет волну только одного направления, то есть распространяющуюся только в прямом или только в обратном направлении в основном тракте. Его работа основана на возбуждении во вспомогательном тракте нескольких волн, смещённых по фазе так, что амплитуды волн, распространяющихся в желаемом направлении, интерферируя, суммируются, а в нежелательном— взаимно компенсируются. Другими словами, направленным ответвителем (НО) является четырехплечное устройство, состоящее из двух отрезкой линии передачи, в котором часть энергии электромагнитной волны, распространяющейся в основной линии передачи (основном канале), посредством элементов связи ответвляется во вспомогательную линию передачи (вспомогательный канал) и передается в ней в определенном направлении. По степени связи между основным и вспомогательным каналом направленные ответвители делятся на два типа: а) с сильной связью (связь меньше 10 дБ); б) со слабой связью (связь больше 10 дБ). В 3-х дБ НО при подаче СВЧ - сигнала на один из его входов его мощность распределяется поровну между определенной парой выходов а в четвертое плечо, называемое «изолированным» или «развязанным», мощность не поступает (предполагается, что все выходы нагружены на согласованные нагрузки). Следует заметить, что пара выходов 3-х дБ НО, между которыми распределяется мощность, также обладает взаимной развязкой.
С целью снижения габаритных размеров направленных ответвителей и повышения технологичности их изготовлении конструктивно они выполняются на микрополосковых линиях - несимметричных полосковых линиях передачи для передачи электромагнитных волн в воздушной или, как правило, в диэлектрической среде (подложке), вдоль двух или нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин. Линии получили название микрополосковые, т.к. в результате высокой диэлектрической проницаемости подложки её толщина и поперечные размеры полосы много меньше длины волны в свободном пространстве. В микрополосковой линии распространяется волна квази-ТЕМ и силовые линии электрического поля проходят не только в диэлектрике, но и вне его. К достоинствам микрополосковой линии и различных устройств на её основе следует отнести также возможность автоматизации производства с применением технологий изготовления печатных плат, гибридных и плёночных интегральных микросхем.
Известен представленный на фиг. 1 микрополосковый направленный ответвитель (Малорацкий Л.Г. Явич Л.Р. «Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях», М. Сов.радио, 1972, рис. 2.14,6). Ответвитель содержит две электромагнитно связанные линии, которые формируются параллельно друг другу на диэлектрической подложке. В рассматриваемом ответвителе сдвиг по фазе между векторами напряженности электрического поля на выходах 3 и 2 плеч составляет 90°, в связи с чем подобные ответвители называют квадратурными. Ответвитель может быть изготовлен методом тонкопленочной технологии на подложках типа "Поликор", "22ХС" и т.п. Широкополосность указанного ответвителя определяется достижимым коэффициентом связи, величина которого зависит от зазора между электромагнитно связанными микрополосковыми линиями, сформированными на одной из сторон диэлектрической подложки. Для керамики типа "Поликор" с относительной диэлектрической проницаемостью eG = 10 при волновом сопротивлении тракта р0 = 50 Ом его величина не превышает значения 0,5, что соответствует в логарифмическом масштабе уровню 6 дБ. В результате широкополосность описанного ответвителя характеризуется величиной полосы 22 - 25% что приемлемо лишь для узкополосных устройств.
Известен также представленный на фиг. 2 тандемный микрополосковый направленный ответвитель (Малорацкий Л.Г. «Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ». М. Сов. радио, 1976, рис. 2.16). Этот ответвитель по существу представляет собой функциональный узел, состоящий из двух идентичных вышеописанных микрополосковых ответвителей. За счет определенного порядка соединения полюсов этих ответвителей удается реализовать "тандемный" микрополосковый ответвитель с полосой пропускания 60 - 65%. Однако оба образующих ответвителя не должны иметь непосредственную электромагнитную связь между собой, что заставляет при практической реализации разносить их на подложке на заметные расстояния, что увеличивает габариты "тандемного" ответвителя в целом и ограничивает область его использования в технике СВЧ.
Наиболее близким к сущности заявленного изобретения является представленный на фиг. 3 тандемный направленный ответвитель (Лехциер А.Я., Федосов А.Н. «Тандемные направленные ответвители и узлы на их основе», журнал «Радиопромышленность», Москва, 2004 г., стр. 148-154, рис. 6). Этот ответвитель по существу представляет собой тандемный ответвитель, описанный выше (см. фиг. 2), однако боковые линии связи (БЛС) этого ответвителя имеют нулевую длину. При этом микрополосковые линии передачи сформированы в виде плоской двухзаходной спирали с одним витком. Для вывода сигналов из центра спирали наружу, используются перемычки. В местах ввода и вывода такого ответвителя могут устанавливаться небольшие емкости для уменьшения потерь на краях рабочего диапазона. За счет этих решений достигается расширение рабочей полосы по сравнению с тандемных ответвителями, описанными выше.
Тем не менее, общим недостатком известных конструкций тандемных ответвителей является то, что рабочая полоса обычно ограничена 1 ,5 октавами, а увеличение связи между связанными линиями за счет уменьшения зазоров, приводит к ухудшению коэффициента стоячей волны (КСВ) выходных плеч, а также к существенной разнице амплитуд сигналов в выходных плечах на центральной частоте.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности использования полезной площади диэлектрической подложки и уменьшении габаритных размеров устройства, в расширении полосы рабочих частот.
Технический результат достигается тем, что спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель содержит две электромагнитно связанные микрополосковые линии передачи, выполненные в виде плоской двухзаходной спирали, расположенные на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована, или подвешена над металлической поверхностью. Ответвитель отличается тем, что число витков двухзаходной спирали более одного, при этом одна спираль повернута относительно другой вокруг их общего центра, при этом зазоры между связанными линиями передачи и их поперечные размеры имеют постоянные значения. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлен микрополосковый направленный ответвитель, известный из: Малорацкий Л.Г. Явич Л.Р. "Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях", с поперечным размером W микрополосковых линий и с зазором g между ними. Выводы (плечи) ответвителя здесь и далее обозначены в следующей последовательности: 1 - вход, 2 - ответвленный выход, 3 - прямой выход, 4 - развязанный выход.
На фиг. 2 представлен тандемный микрополосковый направленный ответвитель, известный из: Малорацкий Л.Г. «Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ», с поперечным размером W микрополосковых линий и с зазором д между ними. Для соединения отрезков микрополосковых линий используются перемычки 5.
На фиг. 3 представлен тандемный направленный ответвитель, известный из: Лехциер А.Я., Федосов А.Н. «Тандемные направленные ответвители и узлы на их основе», в котором микрополосковые линии передачи сформированы в виде плоской двухзаходной спирали с одним витком. Перемычки 5 используются для вывода сигналов из центра спирали.
На фиг. 4 представлен вид сверху спирального сверхширокополосного микрополоскового квадратурного направленного ответвителя с линиями передачи, сформированными в виде двухзаходной спирали с постоянными поперечными размерами W связанных линий и зазорами g между ними, с углами поворотов планарных линий 45 градусов. Для вывода сигналов из центра спирали используются перемычки 5. На рисунке показаны основные области связи: К1 и К2, которые имеют по три связанных линии, а также КЗ и К4, имеющие по четыре связанные линии.
На фиг. 5 представлен вид спереди ответвителя с линиями передачи, сформированными в виде двухзаходной спирали с постоянными поперечными размерами связанных линий и зазорами между ними, с углами поворотов планарных линий 45 градусов. Связанные линии передачи расположены на одной стороне диэлектрической подложки, противоположная сторона которой выполнена с металлизацией.
На фиг. 6 представлен вид сверху ответвителя с линиями передачи, сформированными в виде двухзаходной спирали с постоянными поперечными размерами W связанных линий и зазорами g между ними, со скругленными поворотами планарных линий. Для вывода сигналов из центра спирали используются перемычки 5.
Представленными на фиг. 4 - фиг. 6 вариантами формирования связанных линий в виде двухзаходной спирали не исчерпываются все возможные варианты. Так, например, двухзаходная спираль может быть сформирована из планарных линий, скругленных по всей длине. На фиг. 7 представлены графики зависимости расчетных коэффициентов передачи от частоты тандемного и спиральных ответвителей с постоянными поперечными размерами связанных линий передачи и зазоров между ними (с регулярной структурой), нагруженных на 50 Ом, при делении/суммировании.
На фиг. 8 представлена схема деления/суммирования 3-дБ ответвителей 6, нагруженных на согласованную нагрузку.
В основе конструкции направленного ответвителя лежит использование двух электромагнитно связанных микрополосковых линий передачи, сформированных в виде плоской двухзаходной спирали с числом витков более одного, при этом одна спираль повернута относительно другой вокруг их общего центра. Для вывода сигналов из центра спирали можно использовать, как показано на фиг. 4, фиг. 6 перемычки 5 (проволочные, фольговые, гибридно выращенные или другого вида).
По своей сути такой ответвитель представляет из себя тандемное соединение многих отрезков связанных линий, что является одним из известных способов расширения рабочей полосы частот тандемных направленных ответвителей (тандемное включение связанных линий описано в работе: В. П. Мещанов, А. Л. Фельдштейн «Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ», «Связь», Москва, 1980, стр. 96 - 97). Так, например, на фиг. 4 показаны четыре основные области связи ответвителя с линиями передачи, сформированными из прямолинейных участков двухзаходной спирали с постоянными поперечными размерами W связанных линий и зазорами g между ними, с углами поворотов планарных линий 45 градусов. Области связи К1 и К2 имеют три связанных линии, а области КЗ и К4 имеют четыре связанные линии. Каскадное соединение четырех областей с различным уровнем связи в таком ответвителе позволяет существенно расширить его полосу рабочих частот (до 2,5 октав), по сравнению с обычным тандемным ответвителем с двумя каскадами связи.
На фиг.7 представлены графики расчетных потерь на деление/суммирование трех видов ЗдБ-ответвителей диапазона 1 - 6 ГГц, одно плечо которых нагружено на согласованную нагрузку. Схема измерения деления/суммирования представлена на фиг. 8.
За счет сворачивания в спираль электромагнитно связанных линий габаритные размеры ответвителя, по сравнению с прототипом, уменьшаются не менее чем в два - три раза (обратно пропорционально количеству витков в двухзаходной спирали), вследствие чего существенно повышается эффективность использования полезной площади подложки.
Таким образом, существенные признаки данного технического решения позволяют существенным образом расширить диапазон рабочих частот ответвителя, снизить его габаритные размеры и повысить эффективность использования полезной площади подложки, что обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Claims

Формула изобретения
1. Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель содержащий две электромагнитно связанные микрополосковые линии передачи, выполненные в виде плоской двухзаходной спирали, расположенные на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована или подвешена над металлической поверхностью, отличающийся тем, что число витков двухзаходной спирали более одного, при этом одна спираль повернута относительно другой вокруг их общего центра, а зазоры между связанными линиями передачи и их поперечные размеры имеют постоянные значения.
PCT/RU2019/000656 2018-10-03 2019-09-20 Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель WO2020071956A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19869064.6A EP3863115A4 (en) 2018-10-03 2019-09-20 ULTRA WIDEBAND MICROSTRIP QUADRTURE DIRECTIONAL COUPLER WITH SPIRAL
US17/257,205 US11489244B2 (en) 2018-10-03 2019-09-20 Spiral ultra-wideband microstrip quadrature directional coupler
CN201980039248.XA CN112272900B (zh) 2018-10-03 2019-09-20 螺旋超宽带微带正交定向耦合器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134902 2018-10-03
RU2018134902A RU2693501C1 (ru) 2018-10-03 2018-10-03 Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020071956A1 true WO2020071956A1 (ru) 2020-04-09

Family

ID=67251901

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000656 WO2020071956A1 (ru) 2018-10-03 2019-09-20 Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель
PCT/RU2019/000655 WO2020071955A1 (ru) 2018-10-03 2019-09-20 Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000655 WO2020071955A1 (ru) 2018-10-03 2019-09-20 Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11489244B2 (ru)
EP (1) EP3863115A4 (ru)
CN (1) CN112272900B (ru)
RU (1) RU2693501C1 (ru)
WO (2) WO2020071956A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110780112B (zh) * 2019-10-25 2022-06-28 武汉滨湖电子有限责任公司 一种高平坦度功率检测装置
CN111755792B (zh) * 2020-06-05 2022-03-04 唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司 一种3dB正交混合耦合器及射频前端模块、通信终端
US20220407210A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 Texas Instruments Incorporated On-chip directional coupler
CN114171873A (zh) * 2021-12-08 2022-03-11 苏州灿勤通讯技术有限公司 大功率超宽带低互调3dB电桥
CN114421112B (zh) * 2022-01-19 2023-03-24 北京理工大学重庆微电子中心 一种高集成度片上超宽带差分正交信号生成网络
CN115101911B (zh) * 2022-08-25 2022-11-22 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种超宽带高线性小型化双向耦合电路芯片

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3516024A (en) * 1968-12-30 1970-06-02 Texas Instruments Inc Interdigitated strip line coupler
SU1808152A3 (en) * 1991-04-08 1993-04-07 Nizhegorodskij Ni Priborostroi Strip-line coupler
RU2042990C1 (ru) * 1992-06-24 1995-08-27 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Микрополосковый направленный ответвитель
RU2340050C1 (ru) * 2007-04-04 2008-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Квадратурный направленный ответвитель
US20090189712A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Xin Jiang Spiral Coupler

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3999150A (en) * 1974-12-23 1976-12-21 International Business Machines Corporation Miniaturized strip-line directional coupler package having spirally wound coupling lines
JP3617288B2 (ja) * 1997-12-01 2005-02-02 株式会社村田製作所 方向性結合器
JP3257487B2 (ja) * 1997-12-05 2002-02-18 株式会社村田製作所 方向性結合器
SE514767C2 (sv) * 1999-08-27 2001-04-23 Allgon Ab 4-ports hybrid
US6683510B1 (en) * 2002-08-08 2004-01-27 Northrop Grumman Corporation Ultra-wideband planar coupled spiral balun
US6972639B2 (en) * 2003-12-08 2005-12-06 Werlatone, Inc. Bi-level coupler
JP3791540B2 (ja) * 2004-05-18 2006-06-28 株式会社村田製作所 方向性結合器
CN101320826A (zh) * 2008-07-16 2008-12-10 电子科技大学 一体式微带天线滤波器耦合结构
US8760240B2 (en) * 2010-09-15 2014-06-24 Wilocity, Ltd. Method for designing coupling-function based millimeter wave electrical elements
CN103378393B (zh) * 2012-04-17 2016-04-27 北京大学 一种基于印刷电路板的集成定向耦合器
US9184484B2 (en) * 2012-10-31 2015-11-10 Keysight Technologies, Inc. Forward coupled directional coupler
CN104767022B (zh) * 2014-01-22 2017-09-12 南京米乐为微电子科技有限公司 新型超宽频90°集成耦合器
CN205828628U (zh) * 2016-06-30 2016-12-21 安徽四创电子股份有限公司 一种高方向性的微带定向耦合器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3516024A (en) * 1968-12-30 1970-06-02 Texas Instruments Inc Interdigitated strip line coupler
SU1808152A3 (en) * 1991-04-08 1993-04-07 Nizhegorodskij Ni Priborostroi Strip-line coupler
RU2042990C1 (ru) * 1992-06-24 1995-08-27 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Микрополосковый направленный ответвитель
RU2340050C1 (ru) * 2007-04-04 2008-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Квадратурный направленный ответвитель
US20090189712A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Xin Jiang Spiral Coupler

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEKHITSER A.Y.FEDOSOV A.N.: "Tandem Directional Couplers and Units Based on Them", RADIOPROMYSHLENNOST, 2004, pages 148 - 154
MALORATSKIY L.G.YAVICH L.R: "Sovetskoye Radio", 1976, PUBLISHING HOUSE, article "Design and Calculation of UHF Elements Based on Strip Lines"
MESHCHANOV V.P.FELDSTEIN A.L.: "Automated Design of UHF Directional Couplers", 1980, SVYAZ'' PUBLISHING HOUSE, pages: 96 - 97
See also references of EP3863115A4

Also Published As

Publication number Publication date
US11489244B2 (en) 2022-11-01
CN112272900A (zh) 2021-01-26
US20210159580A1 (en) 2021-05-27
EP3863115A1 (en) 2021-08-11
RU2693501C1 (ru) 2019-07-03
WO2020071955A1 (ru) 2020-04-09
EP3863115A4 (en) 2022-06-22
CN112272900B (zh) 2023-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020071956A1 (ru) Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель
Sakagami et al. Generalized two-way two-section dual-band Wilkinson power divider with two absorption resistors and its miniaturization
US8330551B2 (en) Dual band high frequency amplifier using composite right/left handed transmission line
Ikalainen et al. Wide-band, forward-coupling microstrip hybrids with high directivity
CN108172958B (zh) 一种基于共面波导的周期性慢波传输线单元
CN112864549A (zh) 一种新型多路宽带小型化差分移相器
US8373521B2 (en) Planar structure microwave signal multi-distributor
Barrett Microwave printed circuits-the early years
Kazemi et al. Design of a wide band eight-way compact SIW power combiner fed by a low loss GCPW-to-SIW transition
Zhang et al. Compact branch-line coupler using uniplanar spiral based CRLH-TL
RU2717386C1 (ru) Спиральный сверхширокополосный микрополосковый квадратурный направленный ответвитель
Soodmand et al. Hybrid coupler for compact ultra-wideband UHF transceivers
CN108736117B (zh) 一种具有超宽阻带的毫米波带通滤波器
Feng et al. Wideband power dividers with improved upper stopband using coupled lines
Karami et al. Compact Broadband Rate-Race Coupler for Millimiter-Wave Applications
Chiu et al. TE 20 mode differential waveguide directional coupler and wideband balun by 3-D printing
RU2743248C1 (ru) Микрополосковый тандемный направленный ответвитель
Javadzadeh et al. An ultra-wideband 3-db quadrature hybrid with multisection broadside stripline tandem structure
Soodmand et al. Miniaturized Broadband Quadrature Hybrid Coupler with Phase Shifter
RU2729513C1 (ru) Полосковый фазовращатель
CN114243247B (zh) 一种基于三线耦合结构的宽带通响应同向定向耦合器
Marynowski et al. Investigations of broadband multilayered coupled line couplers
US20210273308A1 (en) Directional couplers with dc insulated input and output ports
Yan et al. Design of Microstrip Type Broadband Directional Coupler
Hu et al. Compact multi-layer N-way power divider with closed-ring-shaped isolation network

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19869064

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019869064

Country of ref document: EP

Effective date: 20210503