一种等相位差的小型双频分支线耦合器

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种微波器件，具体为一种等相位差的小型双频分支线耦合器。

背景技术

近年来，随着微波与毫米波技术的发展，通信、导航、军事电子对抗以及雷达等领域对技术指标的要求日益增多，使得微波器件的设计难度也逐日增加。在不同的应用场景，对微波器件的设计需求也不尽相同。例如：在移动通信系统中，由于不同网络具有特定的频域覆盖范围，这就对微波器件的设计提出了双频或多频、频率比大范围可控的指标要求；在各种相控阵雷达系统中，由于天线单元的数量多，这就要求微波器件具有体积小、功率容量大等特点。

耦合器作为一种典型的微波无源器件广泛应用于射频电路当中，是微波集成电路的基本模块。传统的分支线耦合器具有等功率输出且输出固定相位差的功能，但是它也具有诸多局限性。例如，传统分支线耦合器的带宽只有10％，工作在单频率下，无法满足现代多频带、宽频带工作的需求，并且还存在尺寸大等缺点。无线通信系统的迅速发展要求系统内部各个元件能在多频、宽频率比范围内工作。一些双频工作的微波系统需要在每个频率下都有相同的工作状态，即要求耦合器不仅能实现双频工作，还要在每个频段提供等相位差输出，而传统的双频耦合器大多不能提供相等的输出相位。另一方面，随着集成电路技术快速地朝着微型化方向发展,对通信系统的小型化提出了越来越高的要求。但传统耦合器的并不能满足以上要求，因此，提高耦合器性能的同时减小耦合器的尺寸成为值得研究的课题。等相位差的小型双频耦合器具有小体积、双频带、等相差、低成本、易加工的特点，同时由于其耦合端和直通端在同一侧，故当耦合器应用于微波电路时，能够简化电路布局。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：包括折叠双分支线，开/短路线加载并联枝节和四个50欧姆端口。

所述折叠双分支线包括第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线；所述开/短路线加载并联枝节包括第一开/短路加载传输线、第二开/短路加载传输线、第三开/短路加载传输线和第四开/短路加载传输线；所述第一开/短路加载传输线包括第一弯折传输线、第一蜿蜒开路线和第一短路线；所述第二开/短路加载传输线包括第二弯折传输线、第二蜿蜒开路线和第二短路线；所述第三开/短路加载传输线包括第三弯折传输线、第三蜿蜒开路线和第三短路线；所述第四开/短路加载传输线包括第四弯折传输线、第四蜿蜒开路线和第四短路线。

所述第一弯折传输线的左端接于第一段传输线中点；所述第一弯折传输线的下端与第一蜿蜒开路线的上端、第一短路线的左端连接；所述第一蜿蜒开路线的另一端开路；所述第一短路线的另一端短路；所述第二弯折传输线的右端接于第二段传输线中点；所述第二弯折传输线的左端与第二蜿蜒开路线的右端、第二短路线的下端连接；所述第二蜿蜒开路线的另一端开路；所述第二短路线的另一端短路；所述第三弯折传输线的下端接于第三段传输线中点；所述第三弯折传输线的上端与第三蜿蜒开路线的下端、第三短路线的左端连接；所述第三蜿蜒开路线的另一端开路；所述第三短路线的另一端短路；所述第四弯折传输线的上端接于第四段传输线中点；所述第四弯折传输线的右端与第四蜿蜒开路线的左端、第四短路线的上端连接；所述第四蜿蜒开路线的另一端开路；所述第四短路线的另一端短路；

所述第一段传输线与第三段传输线参数相同，第二段传输线与第四段传输线参数相同；所述第一开/短路加载传输线与第三开/短路加载传输线参数相同，第二开/短路加载传输线与第四开/短路加载传输线参数相同。

所述第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线的特性阻抗Z

所述第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线的电长度θ

所述第一弯折传输线、第二弯折传输线、第三弯折传输线和第四弯折传输线的电长度θ

所述第一蜿蜒开路线、第二蜿蜒开路线、第三蜿蜒开路线和第四蜿蜒开路线的电长度θ

所述第一短路线、第二短路线、第三短路线和第四短路线的电长度θ

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，由于采用了所特定结构可以实现双频带、等相位差、小体积的同向输出的定向耦合器；另外该耦合器结构简单，能够简化电路布局，减小电路尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述等相位差的小型双频分支线耦合器结构示意图；

图2是本发明所述等相位差的小型双频分支线耦合器的S参数曲线；

图3是本发明所述等相位差的小型双频分支线耦合器的输出端口间相位差曲线。

图中：1、折叠双分支线，11、第一段传输线，12、第二段传输线，13、第三段传输线，14、第四段传输线，21、第一开/短路加载传输线，22、第二开/短路加载传输线，23、第三开/短路加载传输线，24、第四开/短路加载传输线，211、第一弯折传输线，212、第一蜿蜒开路线，213、第一短路线，221、第二弯折传输线，222、第二蜿蜒开路线，223、第二短路线，231、第三弯折传输线，232、第三蜿蜒开路线，233、第三短路线，241、第四弯折传输线，242、第四蜿蜒开路线，243、第四短路线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1为本发明等相位差的小型双频分支线耦合器的结构示意图，本实例的定向耦合器包括：折叠双分支线1，开/短路加载并联枝节2和四个50欧姆输入/输出端口。

进一步地，所述第一弯折传输线211的左端接于第一段传输线11中点；所述第一弯折传输线211的下端与第一蜿蜒开路线212的上端、第一短路线213的左端连接；所述第一蜿蜒开路线212的另一端开路；所述第一短路线213的另一端短路；所述第二弯折传输线221的右端接于第二段传输线12中点；所述第二弯折传输线221的左端与第二蜿蜒开路线222的右端、第二短路线223的下端连接；所述第二蜿蜒开路线222的另一端开路；所述第二短路线223的另一端短路；所述第三弯折传输线231的下端接于第三段传输线13中点；所述第三弯折传输线231的上端与第三蜿蜒开路线232的下端、第三短路线233的左端连接；所述第三蜿蜒开路线232的另一端开路；所述第三短路线233的另一端短路；所述第四弯折传输线241的上端接于第四段传输线14中点；所述第四弯折传输线241的右端与第四蜿蜒开路线242的左端、第四短路线243的上端连接；所述第四蜿蜒开路线242的另一端开路；所述第四短路线243的另一端短路；所述第一段传输线11与第三段传输线13参数相同，第二段传输线12与第四段传输线14参数相同；所述第一开/短路加载传输线21与第三开/短路加载传输线23参数相同，第二开/短路加载传输线22与第四开/短路加载传输线24参数相同。

具体来说，本实施例中，可以在减小电路尺寸的同时不影响双频带工作性能。利用已有理论分析，计算电路参量，再对电路进行小型化设计。

由图1的第一段传输线11、第二段传输线12、第三段传输线13、第四段传输线14和第一开/短路加载传输线21、第二开/短路加载传输线22、第三开/短路加载传输线23、第四开/短路加载传输线24组成的二端口网络可以得到其ABCD矩阵，进而根据A矩阵与散射参数的关系，得到二端口网络的相位响应，在两个工作频率都有90度相位响应的条件下，可以得到本发明中耦合器的已有理论公式，设计步骤如下：

步骤1：在确定耦合系数C后，可利用传统双分支线耦合器的计算公式，计算第一段传输线11、第二段传输线12、第三段传输线13、第四段传输线14的特性阻抗Z

步骤2：在确定频率比P后根据已有理论公式

步骤3：选择合适的第一弯折传输线211、第二弯折传输线221、第三弯折传输线231和第四弯折传输线241的阻抗值Z

步骤4：选择合适的第一蜿蜒开路线212、第二蜿蜒开路线222、第三蜿蜒开路线232和第四蜿蜒开路线242的阻抗值Z

在本发明的具体实施例中，该耦合器的工作频点为1.207GHz和1.561GHz，频率比P＝1.29，输入/输出端口阻抗为50Ω。选取Z

本实施例采用的技术指标如下：

输入/输出端口阻抗：50Ω；

工作频率：1.207GHz和1.561GHz

回波损耗：>15dB；

隔离度：>15dB；

输出端口间幅度不平衡度：1dB；

输出端口间相位差误差:±10°。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。