一种定向耦合器及天线

技术领域

本申请涉及射频技术领域，特别涉及一种定向耦合器及天线。

背景技术

5G时代新频谱的引入，给移动通信带来了非常大的发展，但也造成基站天面资源有限问题更加突出，因此多频化、多端口、高集成的基站天线成为大势所趋，3GHz以下全频段4T4R收编、FDD与TDD合一、无源与Massive MINO合一成为基站天线近年来的主要发展方向。通常铁塔对天线的迎风面积要求是≤0.8㎡，高集成度的发展趋势，对含低频4T4R的多网融合基站天线水平面设计提出了更高的要求。相较于常规的直线阵低频4T4R天线，现有技术在低频馈线网络中加入定向耦合器进行振子复用和波束合成，解决了天线水平面波束宽度过大的问题，使得基站天线满足移动蜂窝网络的覆盖需求。

常规的定向耦合器中，直通口和耦合口的功率比接近于一个定值，使用这样的定向耦合器一般只能整体缩小低频4T4R天线水平面3dB波束宽度，但对于宽度较窄的低频4T4R天线，无法解决由于阵间距太近导致的水平面3dB波束宽度发散问题。专利CN115275596A提出一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，该专利中低频部分通过在直线阵的旁边增加一个振子形成L型阵列，然后通过使用斜率功分，使得水平面3dB波束宽度收敛。虽然专利CN115275596A达到了收敛水平面3dB波束宽度收敛的目的，但其额外增加的低频振子不仅增加了天线成本，而且增加天线的尺寸。

综上所述，发明一款具有斜率功分的定向耦合器可解决现有4T4R天线中的水平面3dB波束宽度过大、发散和尺寸过大的问题。

发明内容

本申请实施方式的目的是提供一种定向耦合器及天线，以解决现有技术中功率比可变定向耦合器结构复杂、设计难度大、调试效率低的问题。

为解决上述技术问题，本说明书第一方面提供一种定向耦合器，包括：第一耦合线、第二耦合线，所述第一耦合线和所述第二耦合线之间耦合段的电长度大于

在一些实施例中，所述第一耦合线和所述第二耦合线之间耦合段的电长度为

在一些实施例中，耦合段的长度为

在一些实施例中，耦合段的耦合线间距为0.1-0.3mm。

在一些实施例中，耦合段的耦合线间距为0.2mm。

在一些实施例中，所述定向耦合器包括：基板，为绝缘材质；第一金属层，位于所述基板的第一表面，包括所述第一耦合线、所述第二耦合线，所述第一耦合线和所述第二耦合线采用金属材质制作而成；第二金属层，位于所述基板的第二表面，包括金属层，所述金属层作为信号地。

本说明书第二方面提供一种天线，所述天线包括：两列振子，每列包含多个振子，每个振子均为±45°的双极化振子；第一方面任一项所述的定向耦合器，所述定向耦合器的输入口和隔离口接入不同列振子的同一极化馈线网络中，所述定向耦合器的直通口连接第一列中第N行的振子，所述定向耦合器的耦合口连接第二列中第N行的振子，所述N为自然数。

本说明书所提供的定向耦合器及天线，通过增加现有平行线定向耦合器中耦合段的电长度，造成工作范围内较高频段电路产生失配，从而使得耦合口能量随着频率降低，该定向耦合器应用于一个低频4T4R天线馈线网络中，将水平面3dB波束宽度从65-86°优化至60-69°，可有效降低和收敛水平面波束宽度。本说明书所提供的定向耦合器在实现功率比可变的同时，其结构简单，加工方便，易于基站天线小型化设计和方向图调试。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了平行耦合线定向耦合器的结构示意图；

图2通过仿真软件对平行线定向耦合器耦合部分的电长度进行仿真的仿真结果示意图；

图3通过仿真软件对平行线定向耦合器耦合部分的间隙进行仿真的仿真结果示意图；

图4示出了耦合段电长度为0.35

图5示出了图4中平行线定向耦合器中直通口与耦合口的功率比曲线；

图6A和图6B示出了定向耦合器应用于690-960MHz的低频4T4R天线的示意图；

图7示出了将耦合段电长度为0.35

图8示出了定向耦合器的层板结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

平行耦合线定向耦合器，是TEM波传输线定向耦合器的一种主要形式，主要由耦合带状线和耦合微带线构成。

如图1所示，平行耦合线定向耦合器由两根等宽的平行耦合线构成，其耦合线的长度是中心频率对应的波长

对于低频4T4R基站天线，为了将天线尽可能小型化，天线的宽度需要从500mm缩减到430mm左右，但导致的后果是天线内部中两列低频振子耦合变大，导致水平面3dB波束宽度整体偏大并发散。针对这个问题，一种低成本处理方法是通过在馈线网络中加入定向耦合器实现复用另外一列振子，达到缩小整体水平面3dB波束宽度的目的。常规的定向耦合器的功率比接近一个定值，应用于上述天线中只能解决水平面3dB波束宽度整体偏大的问题，但不能解决水平面3dB波束宽度发散的问题。在保证不增加天线尺寸和不过多增加天线成本的情况下，为了同时解决水平面3dB波束宽度偏大和发散的问题，所使用的定向耦合器应具备功率比随频率增大而变大的特点。

发明人在对平行线耦合器进行研究的过程中发现，当耦合线的长度设置为中心频率对应的波长

根据该发现，发明人尝试在在平行线定向耦合器的基础上增加耦合段的电长度，然后通过仿真软件对平行线定向耦合器耦合部分的长度和间隙这两个参数进行了仿真，仿真结果如图2和图3所示。在图2中，L表示平行线定向耦合器的耦合段电长度，即图1中的L，S参数表示耦合口能量；在图3中，d表示平行线定向耦合器的两条线耦合线之间的距离，即图1中的d，S参数表示耦合口能量。从图2可以看出，随着耦合段电长度不断增加，耦合口能量随频率增加而下降的速度越快，耦合口的能量越低；当电长度达到0.37

通过上述低频4T4R天线和定向耦合器的研究，0.32

进一步地，发明人将耦合段电长度为0.35

需要说明的是，上述仅仅是给出了发明人所研究的一个平行线定向耦合器的示例及其测试结果，实际上，发明人还研究了耦合段电长度在0.32-0.4

上述研究给出了定向耦合器的一种设计思路，即耦合段的电长度不一定设置为

根据附图2，在耦合段的电长度值为大于

在一些实施例中，所述第一耦合线和所述第二耦合线之间耦合段的电长度为

在一些实施例中，耦合段的耦合线间距为0.1-0.3mm。进一步地，在一些实施例中，耦合段的耦合线间距为0.2mm。

在一些实施例中，如图8所示，所述定向耦合器采用微带线电路，具体地，所述定向耦合器包括第一金属层X、基板Y和第二金属层Z。

基板Y为绝缘材质。第一金属层X位于所述基板Y的第一表面，所述第一金属层X上设置有所述第一耦合线、所述第二耦合线，所述第一耦合线和所述第二耦合线采用金属材质制作而成。第二金属层Z位于所述基板Y的第二表面，所述第二金属层Z作为信号地。

本说明书还提供一种天线，包括两列振子和定向耦合器，其中每列包含多个振子，每个振子均为±45°的双极化振子；所述定向耦合器的输入口和隔离口接入不同列振子的同一极化馈线网络中，所述定向耦合器的直通口连接第一列中第N列的振子，所述定向耦合器的耦合口连接第二列第N行的振子，所述N为自然数。

本说明书所提供的定向耦合器及天线，通过增加现有平行线定向耦合器中耦合段的电长度，造成工作范围内较高频段电路产生失配，从而使得耦合口能量随着频率降低，该定向耦合器应用于一个低频4T4R天线中，可以将水平面3dB波束宽度从65-86°优化至60-69°，可有效降低和收敛水平面波束宽度。本说明书所提供的定向耦合器在实现功率比可变的同时，其结构简单，加工方便，易于基站天线小型化设计和方向图调试。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。