一种3dB电桥

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种3dB电桥。

背景技术

定向耦合器能够对传输线中的信号实现定向耦合，在微波技术和雷达馈线系统等领域中有着广泛的应用。3dB电桥是一种耦合度为3dB的定向耦合器，它的耦合端口与直通端口的信号幅度相等，相位相差90度。3dB电桥具有功率分配和功率合成的功能，可以将一路射频信号分配成幅度相等、相位相差90度的两路信号，也可以将幅度相等、相位相差90度的两路射频信号合为一路信号。

伴随着通信系统和测量系统的高集成化、高兼容性趋势，对于3dB电桥也提出了与之相适应的小型化、宽带化的设计需求。为了实现带宽的扩展，相关技术中采用多节四分之一波长的平行耦合线等技术。然而，由于低频波长较长，会导致耦合线尺寸较大，因此小型化和宽带化在一定程度上是相互矛盾的两个指标。

发明内容

本公开描述了一种3dB电桥。

根据本公开的实施例的第一方面，提供一种3dB电桥，包括：上下平行设置的第一信号线和第二信号线；第一信号线的第一端连接输入输出总端口，第二端连接直通端口；第二信号线的第一端连接隔离端口，第二端连接耦合端口；第一信号线和第二信号线形成具有狭窄开口的环形，其中，第一信号线的第一端和第二端形成第一开口，第二信号线的第一端和第二端形成第二开口，第一开口在第二信号线所在平面的正投影与第二开口不重叠。

根据电桥的一个实施例，第一开口在第二信号线所在平面的正投影与第二开口之间相距2mm-5cm。

根据电桥的一个实施例，第一信号线所包围的区域在第二信号线所在平面的正投影与第二信号线所包围的区域至少部分重叠。

根据电桥的一个实施例，第一信号线和第二信号线具有变化的线宽。

根据电桥的一个实施例，输入输出总端口位于第一信号线形成的环形的内部。

根据电桥的一个实施例，电桥设在PCB板上，PCB板包括至少四层金属层，第一信号线和第二信号线设于中间两层，其余层是屏蔽层。

根据电桥的一个实施例，还包括屏蔽部，设于第一信号线和第二信号线的外围。

根据电桥的一个实施例，环形为方形。

根据电桥的一个实施例，第一信号线和第二信号线还包括支节。

根据电桥的一个实施例，支节与屏蔽部电连接。

本公开的3dB电桥将两条信号线设置为环形，并且上下平行设置，以此实现小型化的结构，同时，对两条信号线的空间位置的设置使其具有交叉级联特性，从而在宽带内具有稳定的90度相移。本公开的3dB电桥适用于宽频的无线通信天线或测试天线，例如为圆极化天线提供宽频带下稳定的幅值和相位。

附图说明

图1是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

图2是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

图3是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

图4是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

图5是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

图6是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图描述本公开的实施例。应当理解，附图不是必须为等比例的。描述的实施例是示例性的，而非旨在限制本公开，可以以相同方式或类似方式与实施例的特征组合或替代这些特征。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

定向耦合器能够对传输线中的信号实现定向耦合，在微波技术和雷达馈线系统等领域中有着广泛的应用。3dB电桥是一种耦合度为3dB的定向耦合器，它的耦合端口与直通端口的信号幅度相等，相位相差90度。3dB电桥具有功率分配和功率合成的功能，可以将一路射频信号分配成幅度相等、相位相差90度的两路信号，也可以将幅度相等、相位相差90度的两路射频信号合为一路信号。

伴随着通信系统和测量系统的高集成化、高兼容性趋势，对于3dB电桥也提出了与之相适应的小型化、宽带化的设计需求。为了实现带宽的扩展，相关技术中采用多节四分之一波长的平行耦合线等技术。然而，由于低频波长较长，会导致耦合线尺寸较大，因此小型化和宽带化在一定程度上是相互矛盾的两个指标。

鉴于此，本公开的一方面实施例提供了一种3dB电桥，参照图1，3dB电桥包括：上下平行设置的第一信号线100和第二信号线200。其中，第一信号线100的第一端101连接输入输出总端口1011，第二端102连接直通端口1021；第二信号线200的第一端201连接隔离端口2011，第二端202连接耦合端口2021；第一信号线100和第二信号线200分别形成具有狭窄开口的环形，其中，第一信号线100的第一端101和第二端102形成第一开口A，第二信号线200的第一端201和第二端202形成第二开口B，第一开口A在第二信号线200所在平面的正投影与第二开口B不重叠。第一开口A和第二开口B的尺寸可以根据电桥的整体尺寸与工作频段确定，作为一种示例，该尺寸例如为0.2mm～5cm。这里对信号线的各端口进行说明，可以理解的是，输入输出总端口可以用于信号的输入或输出，例如，当电桥连接的天线用于信号发射时，输入输出总端口用于信号的输入，当电桥连接的天线用于信号接收时，输入输出总端口用于信号的输出。当输入输出总端口用于信号输入时，直通端口和耦合端口用于两路信号的输出；当直通端口和耦合端口用于两路信号的输入时，输入输出总端口用于合成信号的输出，而隔离端口用于两路输入信号的差输出。需要说明的是，本示例中电桥的信号线形成的环形为方形，在其他一些实施例中，信号线形成的环形还可以为其他形状，例如圆形，多边形等。

在此对第一开口A和第二开口B的空间位置关系作出说明。参考图2及图3，其中，图2是本公开根据一个实施例示出的第一信号线100在第二信号线200所在平面的正投影示意图，图中实线所示为第一信号线100，虚线所示为第二信号线200；图3是本公开根据一个实施例示出的第一信号线100所在平面与第二信号线200所在平面的示意图。从图2-3中可以看出，第一开口A在第二信号线200所在平面的正投影与第二开口B不重叠，即，第一开口A在第二信号线200所在平面的正投影与第二开口B之间具有一定距离。这实现了第一信号线100与第二信号线200之间的交叉级联特性，进而实现了电桥在宽带的90度相移。参考图2，在一些实施例中，第一开口A在第二信号线200所在平面的正投影与第二开口B之间的距离L为2mm-5cm。

可选地，参考图2，在一些实施例中，两条信号线的空间耦合关系为：第一信号线100所包围的区域在第二信号线200所在平面的正投影与第二信号线200所包围的区域至少部分重叠。这里所说的信号线所包围的区域，指的是信号线形成的环形的内部区域，图2中阴影线所示即该部分重叠的区域。

可选地，参考图1-3，在一些实施例中，第一信号线100和第二信号线200具有变化的线宽，以实现阻抗的多阶变化，从而在宽带内具有稳定的性能。

进一步地，在一些实施例中，第一信号线和第二信号线还包括支节。支节用于在环线中引入电阻电抗变量，从而能够在宽带或在特定频率具有良好的性能。

可选地，参考图4，图4是本公开根据一个实施例示出的第一信号线100所在平面与第二信号线200所在平面的示意图，如图4所示，在一些实施例中，第一信号线100和第二信号线200的外围还包括屏蔽部300。具体而言，在一些实施例中，例如当电桥设在PCB板上，屏蔽部300可以采用金属化过孔或金属化槽的方式实现。在一些实施例中，信号线具有支节结构，可选地，支节结构可以与屏蔽部电连接。

可选地，参考图1，在一些实施例中，输入输出总端口1011位于第一信号线100形成的环形的内部。这一设置适于电桥的垂直装配。

参考图5-6，其中图5是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的俯视轴测图，图6是本公开根据一个实施例示出的3dB电桥的仰视轴测图。如图5-6所示，在一些实施例中，电桥设在PCB板上，PCB板包括至少四层金属层(本示例中为四层)，第一信号线100和第二信号线200设于中间两层，其余层(本示例中为上下两层)是屏蔽层400。作为示例，输入输出总端口1011通过电桥底部中心连接SMA接头，隔离端口2011通过电桥底部连接损耗电阻，直通端口1021和耦合端口2021设于电桥顶部，这一结构适于垂直装配，可以满足一些紧凑设计的应用场景。

本公开的3dB电桥将两条信号线设置为环形，并且上下平行设置，以此实现紧凑的小型化结构，同时，对两条信号线的空间位置的设置使其具有交叉级联特性，从而在宽带内具有稳定的90度相移。本公开的3dB电桥适用于宽频的无线通信天线或测试天线，例如为圆极化天线提供宽频带下稳定的幅值和相位。

需要说明的是，本公开中的图均为简化的示意图，仅用于示意性地说明实施例中各部分之间的位置关系与连接关系。

以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在本公开中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。