專利名稱：一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定向耦合器，尤其涉及一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信技術(shù)迅速發(fā)展的今天，耦合器廣泛應(yīng)用在射頻、微波系統(tǒng)中，用于進(jìn)行 信號(hào)功率分配合成、功率取樣和檢測(cè)、圓極化天線陣的饋電、平衡功率放大器、移相器、濾波 器等。典型的耦合器實(shí)質(zhì)上是在特定的頻率范圍內(nèi)將輸入信號(hào)功率按特定比例分成兩個(gè)輸 出信號(hào)的四端口網(wǎng)絡(luò)，同樣，反過(guò)來(lái)使用就是功率合成的作用。耦合器的種類非常多，各有 其特點(diǎn)。平面電路耦合器是耦合器的一種用途廣泛的實(shí)現(xiàn)形式，它能夠由成熟的印制電路 板技術(shù)實(shí)現(xiàn)，體積小，易于集成，在現(xiàn)代通信電路中需求很大，因此得到了空前發(fā)展。通常平 面電路耦合器包括三種結(jié)構(gòu)微帶線構(gòu)成的側(cè)邊耦合器、帶狀線構(gòu)成的耦合器和共面波導(dǎo) 構(gòu)成的耦合器。如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線共面，則構(gòu)成側(cè)邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào) 線異面，則構(gòu)成寬邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是微帶線，則只能構(gòu)成側(cè)邊耦合 器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是共面波導(dǎo)或帶狀線，并且共面，則可以構(gòu)成側(cè)邊耦合 器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是共面波導(dǎo)或帶狀線，并且異面，則可以構(gòu)成寬邊耦合 器。由于側(cè)邊耦合器的耦合度較小，通常采用寬邊耦合器實(shí)現(xiàn)緊耦合(耦合度為3-8dB)。在各種射頻、微波平面?zhèn)鬏斁€中，微帶線的加工、分析和設(shè)計(jì)都較為方便，是使用 最廣泛的平面電路之一，然而隨著微波毫米波技術(shù)特別是單片微波集成電路的發(fā)展，微帶 線在損耗及色散等特性上的不足已不能忽略，在此背景下，共面波導(dǎo)得到了越來(lái)越多的關(guān) 注。與微帶傳輸線相比，共面波導(dǎo)有著易于制作，易實(shí)現(xiàn)無(wú)源、有源器件在電路中的串并聯(lián) 以及提高電路密度等優(yōu)點(diǎn)。共面波導(dǎo)不僅可以作為微波集成電路中的連接線，還能制作各 種微波無(wú)源器件，目前在國(guó)外共面波導(dǎo)已應(yīng)用于微波、毫米波、光學(xué)和高溫超導(dǎo)集成電路， 并已在一些電路中取代微帶線，在微波集成電路中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，特別是在毫 米波、亞毫米波及光學(xué)集成電路中將成為主流。共面波導(dǎo)耦合器也理所當(dāng)然地得到了越來(lái) 越多的關(guān)注和研究。已有的研究表明，在耦合共面波導(dǎo)中存在兩種傳播模式奇模和偶模。 由于單位長(zhǎng)度上的奇模和偶模電容不相等，所以奇模和偶模相速也不相等(偶模相速大于 奇模相速，即偶模相速與奇模相速之比大于1)，從而使得共面波導(dǎo)耦合器的方向性和隔離 度較差。非對(duì)稱共面波導(dǎo)是在共面波導(dǎo)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新型傳輸線。與對(duì)稱共面 波導(dǎo)相比，非對(duì)稱共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶與兩側(cè)地之間的縫隙寬度是不同的，從而非對(duì)稱共面 波導(dǎo)比對(duì)稱共面波導(dǎo)多一個(gè)設(shè)計(jì)參量。耦合器作為一種平面電路，往往會(huì)用到多段傳輸線， 這樣非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器的設(shè)計(jì)參量要比對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器多數(shù)個(gè)，也就是說(shuō)在優(yōu)化 過(guò)程中，非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器要比對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器多數(shù)個(gè)自由度。眾所周知，對(duì)于同 一個(gè)物理問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)的變量越多，優(yōu)化結(jié)果往往就越優(yōu)。從數(shù)學(xué)角度講，對(duì)稱共面波導(dǎo) 耦合器進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，兩個(gè)槽寬必須相等相當(dāng)于加了一個(gè)約束條件，而非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器的優(yōu)化則取消了這個(gè)約束，無(wú)約束優(yōu)化的結(jié)果當(dāng)然優(yōu)于有約束的優(yōu)化。因此采用非對(duì)稱 共面波導(dǎo)構(gòu)建的耦合器，將得到更好的電路性能。有鑒于此，確有必要提出一種具有高方向性、高隔離度、寬頻帶、低成本、易加工等 特性的非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題的提出，研制了一種寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合 器。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于包括寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)、地 板、過(guò)渡線、輸入輸出饋線和支撐介質(zhì)板；所述寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)至上而下依 次為主信號(hào)線、支撐介質(zhì)板和耦合信號(hào)線；所述主信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述耦合信號(hào) 線縫隙的寬度不等；所述主信號(hào)線和耦合信號(hào)線通過(guò)過(guò)渡線和輸入輸出饋線連接到連接端。在過(guò)渡線和輸入輸出饋線之間設(shè)有電容性補(bǔ)償傳輸線。所述電容性補(bǔ)償傳輸線采用帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo)或采用特性阻抗小于 50歐姆的微帶線，其作用在于降低寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)中傳輸偶模與奇模電磁波相速 比，提高定向耦合器的方向性和隔離度。所述過(guò)渡線采用45度切角。實(shí)現(xiàn)寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)和電容性補(bǔ)償傳輸線 的互聯(lián)。輸入輸出饋線采用共面波導(dǎo)或微帶線。寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)緊耦合，耦合度為3_8dB。所述支撐介質(zhì)板用于支撐寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)、電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線、 輸入輸出饋線和地板。所述地板通過(guò)電氣化過(guò)孔連接到一起，以避免電路中傳輸不希望有的波導(dǎo)模式。所述主信號(hào)線及同其設(shè)置在同一層的電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線和輸入輸出饋 線，同耦合信號(hào)線及設(shè)置在該層的電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線和輸入輸出饋線為對(duì)稱設(shè)置。采用寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式以實(shí)現(xiàn)緊耦合(耦合度為3_8dB)。采用在 寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)的四個(gè)輸入輸出位置并聯(lián)電容的補(bǔ)償方法，以提高寬邊耦合非對(duì) 稱共面波導(dǎo)定向耦合器的方向性和隔離度。隨著補(bǔ)償電容的增加，偶模相速和奇模相速都 降低，但偶模相速降低的速率比奇模相速降低的速率快，所以通過(guò)并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙?，可使?偶模相速與奇模相速之比等于1，從而提高耦合器的方向性和隔離度。由于市場(chǎng)上可購(gòu)買到 的電容器的電容值，有可能不等于所需值，從而得不到較好的方向性和隔離度性能，并且在 微波集成電路中，不可能采用電容器進(jìn)行補(bǔ)償。帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo)和特性阻抗 小于50歐姆的微帶線都可以等效為50歐姆微帶線并聯(lián)一個(gè)電容。所以在寬邊耦合非對(duì)稱 共面波導(dǎo)的四個(gè)輸入輸出位置插入帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo)或特性阻抗小于50歐姆 的微帶線，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容的補(bǔ)償作用。并且?guī)Ы饘俚装宓姆菍?duì)稱共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)帶的 寬度可選擇為50歐姆微帶線的導(dǎo)帶寬度，以實(shí)現(xiàn)與普通微帶線電路的良好互聯(lián)和兼容。為 了避免電路中傳輸不希望有的波導(dǎo)模式，使用電氣化過(guò)孔將地板連接到一起。實(shí)采用的技術(shù)指標(biāo)如下[0019]頻率范圍1·25 1. 75GHz，耦合度3·1 士 0. 2dB，隔離度彡23dB，方向性彡20dB，輸出端口相位差90士0.6°，輸入電壓駐波比彡1.2 1。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合 器，具有低成本、易加工、寬頻帶、高方向性和高隔離度的特點(diǎn)適于廣泛推廣。

圖1是本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器的結(jié)構(gòu)視圖；圖2是本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器上表面視圖；圖3是本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器下表面視圖；圖4是本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器的S參數(shù)；圖5是本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器輸出端口的相位差。
具體實(shí)施方式
如圖1 3所示，本實(shí)用新型寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器包括寬邊耦合 非對(duì)稱共面波導(dǎo)1、地板2、過(guò)渡線3、電容性補(bǔ)償傳輸線4、輸入輸出饋線5、電氣化過(guò)孔6、 支撐介質(zhì)板7和連接端8 (其中連接端處設(shè)有連接器同外部裝置進(jìn)行連接圖中未畫出連接 器)。寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)1包括主信號(hào)線11和耦合信號(hào)線12 ；主信號(hào)線11包括中 心導(dǎo)帶111、縫隙112和縫隙113 ；縫隙112和113的寬度不等；耦合信號(hào)線12包括中心導(dǎo) 帶121、縫隙122和縫隙123 ；縫隙122和123的寬度不等；地板2包括上層地板21和下層 地板22 ；過(guò)渡線3包括傳輸線31、傳輸線32、傳輸線33和傳輸線34，過(guò)渡線3采用45度切 角；電容性補(bǔ)償傳輸線4包括傳輸線41、傳輸線42、傳輸線43和傳輸線44 ；傳輸線41、傳 輸線42、傳輸線43和傳輸線44既可以采用共面波導(dǎo)，也可以采用特性阻抗小于50歐姆的 微帶線(本實(shí)施例采用帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo))；寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)1和電 容性補(bǔ)償傳輸線4通過(guò)過(guò)渡線3互聯(lián)；輸入輸出饋線5包括傳輸線51、傳輸線52、傳輸線 53和傳輸線54，與之相對(duì)應(yīng)的是連接端81、連接端82、連接端83和連接端84 ；傳輸線51、 傳輸線52、傳輸線53和傳輸線54即可以采用共面波導(dǎo)，也可以采用特性阻抗為50歐姆的 微帶線(本實(shí)施例采用特性阻抗為50歐姆的微帶線)；為了避免電路中傳輸不希望有的波 導(dǎo)模式，電氣化過(guò)孔6設(shè)置在上層地板21和下層地板22之間，連接上層地板21和下層地 板22 ；支撐介質(zhì)板7用于支撐寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)1、地板2、過(guò)渡線3、電容性補(bǔ)償傳 輸線4和輸入輸出饋線5 ；當(dāng)定向耦合器作為單獨(dú)器件使用時(shí)，采用連接端8與其他電路連 接；當(dāng)定向耦合器集成到射頻、微波電路時(shí)，連接端8可省去；由于主信號(hào)線11及同其設(shè)置 在同一層的電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線和輸入輸出饋線，同耦合信號(hào)線12及設(shè)置在該層的 電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線和輸入輸出饋線為對(duì)稱設(shè)置。連接端81設(shè)為輸入端1 ；連接端 82設(shè)為直通端2 ；連接端83設(shè)為耦合端3 ；連接端84設(shè)為隔離端4，接50歐姆負(fù)載。請(qǐng)參閱圖4 5，本發(fā)明寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器在工作頻帶 1. 25-1. 75GHz 內(nèi)，隔離度大于 23dB(S41 < -23dB)，耦合度 C 為 3. 1 士 0. 2dB(S31
為-3. 1 士0. 2dB)，插入損耗為 3. 1 士0. 2dB(S21 為-3. 1 士0. 2dB)，反射系數(shù) Sll 小
于-23dB(相當(dāng)于電壓駐波比小于1. 16)，輸出端口相位差為90士0.6°。 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不
局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用 新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于包括寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)、地板、過(guò)渡線、輸入輸出饋線和支撐介質(zhì)板；所述寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為主信號(hào)線、支撐介質(zhì)板和耦合信號(hào)線；所述主信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述耦合信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述主信號(hào)線和耦合信號(hào)線通過(guò)過(guò)渡線和輸入輸出饋線連接到連接端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于在過(guò)渡線和輸入輸出饋線之間設(shè)有電容 性補(bǔ)償傳輸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合器，其特征在于所述電容性補(bǔ)償傳輸線采用帶金屬底板 的非對(duì)稱共面波導(dǎo)或采用特性阻抗小于50歐姆的微帶線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耦合器，其特征在于所述過(guò)渡線采用45度切角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于輸入輸出饋線采用共面波導(dǎo)或微帶線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合器，其特征在于寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)緊耦 合，耦合度為3-8dB。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的耦合器，其特征在于所述支撐介質(zhì)板用于支撐寬邊耦合 非對(duì)稱共面波導(dǎo)、電容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線、輸入輸出饋線和地板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的耦合器，其特征在于所述地板通過(guò)電氣 化過(guò)孔連接到一起，以避免電路中傳輸不希望有的波導(dǎo)模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的耦合器，其特征在于所述主信號(hào)線及同其設(shè)置在同一層的電 容性補(bǔ)償傳輸線、過(guò)渡線和輸入輸出饋線，同耦合信號(hào)線及設(shè)置在該層的電容性補(bǔ)償傳輸 線、過(guò)渡線和輸入輸出饋線為對(duì)稱設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于包括寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)、地板、過(guò)渡線、輸入輸出饋線和支撐介質(zhì)板；所述寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為主信號(hào)線、支撐介質(zhì)板和耦合信號(hào)線；所述主信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述耦合信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述主信號(hào)線和耦合信號(hào)線通過(guò)過(guò)渡線和輸入輸出饋線連接到連接端，并且在過(guò)渡線和輸入輸出饋線之間設(shè)有電容性補(bǔ)償傳輸線；所述電容性補(bǔ)償傳輸線采用帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo)或采用特性阻抗小于50歐姆的微帶線。該寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器，具有低成本、易加工、寬頻帶、高方向性和高隔離度的特點(diǎn)，適于廣泛推廣。
文檔編號(hào)H01P5/18GK201638921SQ201020104590
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者房少軍, 王鐘葆 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)