一種不等分功率的定向耦合器的製作方法

2023-06-22 19:01:16

本發明涉及移動通信技術領域，尤其涉及一種不等分功率的定向耦合器。

背景技術：

定向耦合器在微波技術中有著廣泛的應用，如用來檢測功率、頻率和頻譜；進行功率分配和合成。在迅速發展的微波集成電路和單片微波集成電路中，定向耦合器作為微波系統中的核心器件，在微波通信中扮演著不可或缺的角色，因此定向耦合器的性能成為制約系統性能和技術水平的關鍵。

常見的耦合器為三分支定向耦合器，其結構為左右對稱結構，參見附圖1，是三分支定向耦合器電路原理圖，圖中1、h、g分別為每段線的歸一化特性導納，當耦合器滿足理想方向性和無反射時，各臂特性導納之間關係如下：

該方程中，有兩組解，但是g2和h得不到唯一解，該方程具有無窮多個解，即意味著g2和h可靈活選取設計，一方面需要考慮設計器件的工作頻帶，另一方面要考慮可加工性，選取的導納合理。在一般設計中，為了增加工作帶寬，或者為了提高定向耦合器的方向性以及駐波，使用多級分支線結構，但是這種設計方法會導致電橋面積增大，並且定向耦合器的最外端的分支線導納越小，線寬也就越窄，導致加工困難，因此限制了頻帶的進一步展寬。

此外，上述三分支定向耦合器的兩個輸出端輸出功率相等，但是在實際使用中為了實現對埠的能量分配，會需要一些不等分功率結構的耦合器，兩個輸出端輸出不等分功率的信號。

技術實現要素：

本發明一個實施例提供一種不等分功率的定向耦合器，目的旨在解決定向耦合器在不使用更多級分支線結構、不增大電橋尺寸的情況下，提高阻抗匹配帶寬，輸出功率不等分,以滿足不同的射頻信號分配、隔離和混合要求,並且便於加工的技術問題。

為了實現上述目的，本發明的一個實施例提供以下技術方案：

一種不等分功率的定向耦合器，所述定向耦合器包括有介質基板和設置在所述介質基板的其中一表面的電橋；其中，所述電橋包括有主線、副線、第一分支線、第二分支線和第三分支線；所述第一分支線電連接所述主線與副線的第一端部；所述第二分支線電連接所述主線與副線的第二端部；所述第三分支線的兩端與所述主線與副線的中部位置電連接，通過調節該第三分支線的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比。

進一步地，所述第三分支線上設有l型分支線，構成所述l型分支線的兩臂分設於第三分支線的兩側，並且兩者之間的夾角可調。

進一步地，所述l型分支線的兩臂為開路線或短路線。

進一步地，所述l型分支線的兩臂的長度相等或不等。

進一步地，所述電橋還包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述兩個輸入端，分別電連接所述第一端部；所述兩個輸出端，分別電連接所述第二端部。

進一步地，所述電橋為微帶線、帶狀線或波導結構。

進一步地，所述電橋還包括有阻抗匹配分支線，所述阻抗匹配分支線分別對稱設置在所述第一端部，用於調節所述第一端部的阻抗匹配。

進一步地，所述電橋還包括有相位調節分支線，所述相位調節分支線分別對稱設置在所述第一分支線與第三分支線之間的主線和副線上。

進一步地，所述電橋還包括有電抗補償分支線，所述電抗補償分支線分別對稱設置在所述主線和副線的長度的1/2處。

進一步地，所述主線和所述副線為曲折形狀或相互平行的直線結構，定向耦合器整體以第三分支線為中心軸的左右非對稱結構。

相比現有技術，本發明的方案具有以下優點：

1.本方案基於常規的三支線定向耦合器改進，通過調節該第三分支線的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比，實現了在不使用更多級分支線、不增大電橋尺寸的情況下，提高阻抗匹配帶寬，兩個輸出端輸出功率不等分,以滿足不同的射頻信號分配、隔離和混合要求，並且便於加工。

2.l型分支線可設計為開路線或者短路線，其長度可相等或者不等，以便於根據設計需要靈活調整；另外，電橋可為微帶線、帶狀線或波導結構，方便根據實際需要靈活選擇。

3.在第一分支線與第三分支線之間的主線和副線上設置相位調節分支線，通過調整第三分支線和相位調節分支線，一方面用於滿足寬頻帶阻抗匹配，另一方面可使整個工作頻帶相位平衡在四分之一波長，也即90°左右。

4.因為在電橋的第三分支線和主線連接的t接頭處具有「結電抗」效應，造成頻率的偏移，所以在所述主線和副線的長度的1/2處設置電抗補償分支線，可補償該「結電抗」效應。

5.主線和副線設計為曲折形狀，將加載段收縮到內部，可以縮小耦合器尺寸，利於定向耦合器小型化的發展。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。這些附圖中，為了清楚起見，可能放大了結構和區域的尺寸及相對尺寸。

圖1為三分支定向耦合器電路原理圖；

圖2為本發明一個實施例提供的定向耦合器電路原理圖；

圖3為本發明一個實施例提供的定向耦合器第一表面的電橋剖面示意圖；

圖4為本發明一個實施例提供的定向耦合器的一輸入端有輸入信號時輸出端的功率分配頻譜特性圖；

圖5為本發明一個實施例提供的定向耦合器的一輸入端有輸入信號時，兩個輸出端之間的相位差頻譜特性圖；

圖6為本發明一個實施例提供的定向耦合器的輸入端之間的隔離度曲線圖；

圖7為本發明一個實施例提供的定向耦合器剖面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和示例性實施例對本發明作進一步地描述，其中附圖中相同的標號全部指的是相同的部件。此外，如果已知技術的詳細描述對於示出本發明的特徵是不必要的，則將其省略。

本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這裡使用的單數形式「一」、「一個」、「所述」和「該」也可包括複數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭「包括」是指存在所述特徵、整數、元件和/或組件，但是並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、元件、組件和/或它們的組合。應該理解，當我們稱元件被「連接」或「耦接」到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裡使用的「連接」或「耦接」可以包括無線連接或無線耦接。這裡使用的措辭「和/或」包括一個或更多個相關聯的列出項的全部或任一單元和全部組合。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)，具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語，應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣被特定定義，否則不會用理想化或過於正式的含義來解釋。

下文詳細說明本發明的具體實施方式。

圖2為本發明基於圖1改進之後的原理圖，通過調整h和g2段，一方面滿足寬頻帶阻抗匹配，另一方面可使整個工作頻帶相位平衡在四分之一波長，也即90°左右。此時左端h＝h1+h2，右端h＝h1+h3；中間g2'＝g2+g3，h1可與h3相等或者不等，g3可等於0或為不等於0的導納。

根據改進之後的原理圖，本發明一個實施例提供的一種不等分功率的定向耦合器，功率分配為2:1，包括有介質基板和設置在所述介質基板的其中一表面的電橋；其中，如圖3所示，所述電橋包括有主線1、副線2、第一分支線3、第二分支線5和第三分支線7；所述第一分支線3電連接所述主線1與副線2的第一端部4；所述第二分支線5電連接所述主線1與副線2的第二端部6；所述第三分支線7電連接所述主線1與副線2的長度的1/2處，這裡所述的電連接可以是通過導線、插針或其他導電端子實現電性連接，通過調節該第三分支線7的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比。

本方案基於常規的三支線定向耦合器改進，通過調節該第三分支線7的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比。實現了在不使用更多級分支線結構、不增大電橋尺寸的情況下，提高阻抗匹配帶寬，輸出功率不等分，以滿足不同的射頻信號分配、隔離和混合要求，並且便於加工。

進一步地，所述第三分支線7上設有l型分支線8，構成所述l型分支線8的兩臂分設於第三分支線7的兩側，並且兩者之間的夾角可調。通過調節l型分支線8的夾角，來調節第三分支線7的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比。

進一步地，l型分支線8的設計可為開路線或者短路線，長度可相等或者不等，便於根據設計靈活調整。

進一步地，所述主線1和所述副線2為相互平行的直線結構，定向耦合器整體以第三分支線7為中心軸的左右非對稱結構，所述電橋可以為微帶線、帶狀線或波導結構，方便根據實際需要靈活選擇。

進一步地，所述電橋還包括兩個輸入端901和902及兩個輸出端101和102，所述兩個輸入端901和902分別電連接所述第一端部4；所述兩個輸出端101和102分別電連接所述第二端部6。兩個輸入端901和902互為隔離埠，即當任意一個輸入端901或902輸入射頻信號時，另一個輸入端902或901接收不到射頻信號。並且，任選一個輸入端901或902輸入射頻信號時，兩個輸出端101和102輸出功率不等的兩路信號，該輸入端901或902的同側的輸出端101或102比異側輸出端102或101相位超前90度，同側輸出端101或102比異側輸出端102或101功率大，功率比值為n:1(n＞1)，本實施例為2:1。

進一步地，所述電橋還包括有阻抗匹配分支線11，所述阻抗匹配分支線11分別對稱設置在所述第一端部4，用於調節所述第一端部4的阻抗匹配。

進一步地，所述電橋還包括有相位調節分支線12，所述相位調節分支線12分別對稱設置在所述第一分支線3與第三分支線之間7的主線1和副線2上，通過調整第三分支線和相位調節分支線，一方面用於滿足寬頻帶阻抗匹配，另一方面可使整個工作頻帶相位平衡在四分之一波長，也即90°左右。

進一步地，所述電橋還包括有電抗補償分支線13，所述電抗補償分支線13分別對稱設置在所述主線1和副線2的長度的1/2處，因在電橋的第三分支線7和主線1連接的t接頭處具有「結電抗」效應，造成頻率的偏移，所述電抗補償分支線13可補償該「結電抗」效應。

針對本發明一個實施例提供的定向耦合器圖2利用仿真軟體建立模型，在1.7-2.2ghz頻段，定義901和902為輸入端，101和102為輸出端。如圖4所示，為本發明一個實施例提供的一個定向耦合器的一輸入端901或902輸入信號時輸出端101和102的功率分配頻譜特性圖。在901輸入信號時，101輸出信號幅度為1.7db左右，約為輸入信號的2/3；102輸出信號幅度為4.7db左右，約為輸入信號的1/3。在902輸入信號時，101輸出信號幅度為4.7db左右，約為輸入信號的1/3；102輸出信號幅度為1.7db左右，約為輸入信號的2/3。可見與輸入端901或902同側的輸出端101或102輸出功率為輸入信號的2/3，異側的輸出端102或101為1/3。根據上述分析可知，所述定向耦合器實現了功率分配為2:1的功率不等分。需要指出的是，該功率比可根據不同的使用要求調整設計。

圖5是本發明一個實施例提供的定向耦合器的一輸入端901或902輸入信號時，兩個輸出端101和102之間的相位差頻譜特性圖。可見，兩輸出端101和102相位差為90度，符合設計要求。

圖6是本發明一個實施例提供的定向耦合器的輸入端901和902之間的隔離度曲線圖，在仿真實例中觀察901和902兩個輸入端之間的隔離度均在26.6db以上，因此滿足隔離度的設計要求。

圖7是本發明又一個實施例提供的另一種定向耦合器剖面示意圖，所述定向耦合器主線1和所述副線2採用蛇形線結構，此時g3導納調整為0，第三分支線7可不用加載枝節線；h2和h3導納經過高隔離度優化調整為不相等，h2對應的702開路線、h3對應的802開路線加載段收縮到內部，可以縮小耦合器尺寸，利於所述定向耦合器小型化的發展。

綜上所述，本方案基於常規的三支線定向耦合器改進，通過調節該第三分支線7的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比，實現了在不使用更多級分支線、不增大電橋尺寸的情況下，提高阻抗匹配帶寬，輸出功率不等分，以滿足不同的射頻信號分配、隔離和混合要求，並且便於加工。

所述第三分支線7上設有l型分支線8，構成所述l型分支線8的兩臂分設於第三分支線7的兩側，並且兩者之間的夾角可調，通過調節l型分支線8的夾角，來調節第三分支線7的導納，以調整定向耦合器的輸出功率比。

l型分支線8可設計為開路線或者短路線，其長度可相等或者不等，以便於根據設計需要靈活調整；另外，電橋可為微帶線、帶狀線或波導結構，方便根據實際需要靈活選擇。

在第一分支線3與第三分支線7之間的主線1和副線2上分別對稱設置相位調節分支線12，通過調整第三分支線7和相位調節分支線12，一方面用於滿足寬頻帶阻抗匹配，另一方面可使整個工作頻帶相位平衡在四分之一波長，也即90°左右。

因為在電橋的第三分支線7和主線1連接的t接頭處具有「結電抗」效應，造成頻率的偏移，所以在所述主線1和副線2的長度的1/2處設置電抗補償分支線13，可補償該「結電抗」效應。

主線1和副線2採用曲折形狀，將加載段收縮到內部，可以縮小耦合器尺寸，利於定向耦合器小型化的發展。

以上所述僅是本發明的部分實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。