專利名稱：一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域的定向耦合器，尤其涉及一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信技術(shù)迅速發(fā)展的今天，定向耦合器已經(jīng)成為許多微波電路的重要組成部分(如平衡功率放大器、混頻器、移相器、濾波器、天線陣系統(tǒng)等)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)功率分配/合成、功率取樣/檢測(cè)和天線陣的饋電等。定向耦合器實(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)。耦合器有許多種類， 各有其特點(diǎn)。平面電路耦合器是定向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。定向耦合器作為一種四端口網(wǎng)絡(luò)，按隔離端口相對(duì)于輸入端口的位置，可分為同向、反向和橫跨三種定向耦合器。如果輸入端與直通端在同一條傳輸線上，耦合端與隔離端在另一條傳輸線上，且輸入端與隔離端在同一側(cè)，則構(gòu)成同向耦合器；如果輸入端與直通端在同一條傳輸線上，耦合端與隔離端在另一條傳輸線上，且輸入端與耦合端在同一側(cè)，則構(gòu)成反向耦合器。如果輸入端與隔離端在同一條傳輸線上，耦合端與直通端在另一條傳輸線上，且輸入端與耦合端在同一側(cè)，則構(gòu)成橫跨定向耦合器。由于與同向耦合器相似，橫跨定向耦合器研究很少。但隨著Butler矩陣和平衡放大器的廣泛研究與應(yīng)用，橫跨定向耦合器的研究受到了關(guān)注。2009年12月Ching-Ian Shie在IEEE Tans, on MTT發(fā)表的論文首次給出了基于耦合微帶線結(jié)構(gòu)的橫跨定向耦合器的物理實(shí)現(xiàn)。但與其他類型的定向耦合器相比，該定向耦合器輸出端口間的幅度平衡度較差，中心頻率處輸出端口間幅度差約1.5dB。 另外，該定向耦合器中使用的耦合微帶線的線寬和線間距小于1mm，不利于加工。共面波導(dǎo)是由微帶傳輸線發(fā)展起來的一種重要的微波平面?zhèn)鬏斁€。隨著微波和毫米波集成電路特別是單片微波集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，共面波導(dǎo)這種新型集成介質(zhì)傳輸系統(tǒng)受到了人們的廣泛關(guān)注。與微帶傳輸線相比，共面波導(dǎo)具有容易制作，容易實(shí)現(xiàn)無源、 有源器件在微波電路中的串聯(lián)和并聯(lián)(不需要在基片上穿孔)，容易提高電路密度等優(yōu)點(diǎn)， 因此共面波導(dǎo)被廣泛應(yīng)用于微波、毫米波、光學(xué)和高溫超導(dǎo)等集成電路中。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。非對(duì)稱共面波導(dǎo)與兩端器件相聯(lián)時(shí)， 具有更大的靈活性。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，實(shí)際上，由于制作加工不可能達(dá)到理想化，生產(chǎn)出來的共面波導(dǎo)都是非對(duì)稱的，因此采用非對(duì)稱共面波導(dǎo)構(gòu)建的耦合器，更具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，研制了一種具有高方向性、輸出端口間幅度平衡度良好和易加工的非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，包括平行耦合線、跨接電容、開路短截線、 非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線、地板和介質(zhì)支撐板；所述地板分為上層地板和下層開槽地板；所述平行耦合線在下層開槽地板開槽處正上方；所述平行耦合線與開路短截線相連； 所述平行耦合線通過非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線連接到連接端；所述介質(zhì)支撐板用于支撐平行耦合線、跨接電容、開路短截線、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線和地板；所述平行耦合線由三節(jié)耦合段組成，左右兩節(jié)耦合段的寬度比中間耦合段的寬度窄；所述跨接電容連接于每節(jié)耦合段的中間。本發(fā)明所述開路短截線為圓形開路短截線。本發(fā)明所述跨接電容和開路短截線連接于平行耦合線上可交換直通端口與隔離端口的位置。本發(fā)明所述非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線可將輸入輸出特性阻抗匹配到50歐姆。本發(fā)明所述的上層地板和下層開槽地板之間通過電氣化過孔連接到一起。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明通過實(shí)測(cè)可以達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)頻率范圍1·38 1. 62GHz耦合度3·5 士 0. 25dB隔離度彡20dB方向性彡50dBil. 5GHz輸出端口間幅度差彡0. 5dB輸出端口間相位差90士2. 5°輸入電壓駐波比彡1. 25 1。而現(xiàn)有技術(shù)的方向性只能達(dá)到40dB，輸出端口間幅度差只能小于1. 5dB。由此可見，本發(fā)明具有高方向性和良好的輸出端口間幅度平衡度。2、由于本發(fā)明在平行耦合線的正下方地板處開槽，可以增加平行耦合線的線寬和線間距使其大于1mm。而現(xiàn)有技術(shù)的線寬和線間距是小于Imm的。由此可見，本發(fā)明更適合采用普通印制電路板技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有易加工的特點(diǎn)。3、通常平行耦合線的耦合度小于10dB，本發(fā)明通過在平行耦合線上跨接電容實(shí)現(xiàn)了緊耦合，其耦合度為3-6dB。


圖1是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器的結(jié)構(gòu)視圖；圖2是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器上表面視圖；圖3是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器下表面視圖；圖4是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器的隔離度、耦合度和插入損耗曲線.
一入 ，圖5是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器的輸入電壓駐波比；圖6是本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器輸出端口間的相位差。
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圖中，1、介質(zhì)支撐板，2、跨接電容，3、地板，4、開路短截線，5、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線，6、平行耦合線，7、電氣化過孔，8、連接端，21、電容A，22、電容B，23、電容C，31、上層地板，32、下層開槽地板，41、圓形短截線A，42、圓形短截線B，43、圓形短截線C，44、圓形短截線D，51、非對(duì)稱共面波導(dǎo)A，52、非對(duì)稱共面波導(dǎo)B，53、非對(duì)稱共面波導(dǎo)C，54、非對(duì)稱共面波導(dǎo)D，61、耦合段A，62、耦合段B，63、耦合段C，81、連接端A，82、連接端B，83、連接端C， 84、連接端D，311、地板A，312、地板B, 313、地板C，314、地板D，321、矩形槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1 3所示，一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，包括介質(zhì)支撐板1、跨接電容2、地板3、開路短截線4、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線5、平行耦合線6、電氣化過孔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)。介質(zhì)支撐板1用于支撐跨接電容2、地板3、開路短截線4、 非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線5、平行耦合線6 ；跨接電容2包括電容A21、電容B22和電容 C23，在本實(shí)施方案中電容A21、電容B22和電容C23的電容值是相等的。地板3包括上層地板31和下層開槽地板32 ；上層地板由四部分組成，分別是地板A311、地板B312、地板C313 和地板D314 ；下層地板32的中央設(shè)置了一個(gè)矩形槽321。開路短截線4由四個(gè)圓形短截線A41、圓形短截線B42、圓形短截線C43和圓形短截線D44。非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線 5包括非對(duì)稱共面波導(dǎo)A51、非對(duì)稱共面波導(dǎo)B52、非對(duì)稱共面波導(dǎo)C53和非對(duì)稱共面波導(dǎo) D54，與之相對(duì)應(yīng)的是連接端A81、連接端B82、連接端C83和連接端D84。平行耦合線6在下層地板32開槽處的正上方，由三節(jié)耦合段組成，分別是耦合段A61、耦合段B62和耦合段 C63 ；耦合段A61和耦合段C63的線寬度比耦合段B62的線寬度窄。為了避免電路中傳輸不應(yīng)該有的波導(dǎo)模式，電氣化過孔7設(shè)置在上層地板31和下層開槽地板32之間，連接上層地板31和下層開槽地板32 ；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；連接端A81設(shè)為輸入端1 ；連接端B82設(shè)為耦合端2 ；連接端C83設(shè)為直通端3 ；連接端D84設(shè)為隔離端4，接50歐姆負(fù)載。請(qǐng)參閱圖4 6，本發(fā)明非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器在工作頻帶 1. 38-1. 62GHz內(nèi)，隔離度大于20dB，輸入電壓駐波比小于1. 25，耦合度為3. 5士0. 25dB，輸出端口間幅度差小于0. 5dB，輸出端口間相位差為90士2. 5°。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，其特征在于包括平行耦合線(6)、跨接電容(2)、開路短截線(4)、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線(5)、地板(3)和介質(zhì)支撐板(1)；所述地板(3)分為上層地板(31)和下層開槽地板(32)；所述平行耦合線(6)在下層開槽地板(32)開槽處正上方；所述平行耦合線(6)與開路短截線(4)相連；所述平行耦合線(6) 通過非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線(5)連接到連接端(8)；所述介質(zhì)支撐板(1)用于支撐平行耦合線(6)、跨接電容(2)、開路短截線(4)、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線(5)和地板(3)；所述平行耦合線(6)由三節(jié)耦合段組成，左右兩節(jié)耦合段的寬度比中間耦合段的寬度窄；所述跨接電容(2)連接于每節(jié)耦合段的中間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，其特征在于所述開路短截線(4)為圓形開路短截線(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，其特征在于所述跨接電容(2)和開路短截線(4)連接于平行耦合線(6)上可交換直通端口與隔離端口的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，其特征在于所述非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線(5)可將輸入輸出特性阻抗匹配到50歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，其特征在于所述的上層地板(31)和下層開槽地板(32)之間通過電氣化過孔(7)連接到一起。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)橫跨定向耦合器，包括平行耦合線、跨接電容、開路短截線、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線、地板和介質(zhì)支撐板；所述地板分為上層地板和下層開槽地板；所述平行耦合線在下層開槽地板開槽處正上方；所述平行耦合線通過非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線連接到連接端；所述介質(zhì)支撐板用于支撐平行耦合線、跨接電容、開路短截線、非對(duì)稱共面波導(dǎo)輸入輸出饋線和地板；所述平行耦合線由三節(jié)耦合段組成，左右兩節(jié)耦合段的寬度比中間耦合段的寬度窄；所述跨接電容連接于每節(jié)耦合段的中間。本發(fā)明的方向性≥50dB、輸出端口間幅度差≤0.5dB，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明更適合采用普通印制電路板技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有易加工的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P5/18GK102361151SQ201110346548
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者劉宏梅, 房少軍, 王鐘葆 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)