本發(fā)明涉及微波多倍頻程功率分配/合成技術領域，具體涉及一種基于多節(jié)級聯(lián)的多倍頻程3db正交電橋。

背景技術：

在微波系統(tǒng)中，正交電橋作為一種可以將信號功率按照一定比例進行定向分配的電子器件，在功率分配/合成、功率測量、信號采集等諸多領域有著廣泛的應用。由于正交電橋有個特性是它只耦合特定傳播方向的能量，使正交電橋成為電子戰(zhàn)、通信和雷達等系統(tǒng)中不可缺少的元件，主要用于平衡放大器、固態(tài)功率放大器，功率合成器和移相器等器件。

當今的軍用和民用通信頻率朝著更高的方向發(fā)展，高性能的超寬帶正交電橋一直是研究重點之一。正交電橋按類型來區(qū)分有波導型，同軸線型，微帶線型和帶狀線型等。其中微帶線型和帶狀性型除了具有設計緊湊、便于小型化的設計、便于加工的優(yōu)點外，還有寬頻帶的特點，對于進行超寬帶的設計有重大的意義。

常見的微帶線型正交電橋有l(wèi)ange電橋、環(huán)形電橋、分支線電橋等。若要實現(xiàn)3db的耦合度，則需要將多個相同的電橋進行級聯(lián)，正如t.ciamulski于2009年設計的一種將多個lange電橋進行級聯(lián)[ciamulskit.accuracyofelectromagneticanalysisforammiclangecoupler[c].internationalconferenceonelectromagneticsinadvancedapplications.ieee,2009:647-650.]，不過這種方法并不能將3db正交電橋做到多個倍頻程，而要做到多個倍頻程的帶寬，其耦合度則很難達到3db。

本發(fā)明針對上述難題，提出了一種基于多節(jié)級聯(lián)形式多倍頻程3db正交電橋的設計方法。利用這種方法，所發(fā)明的電橋具有回波損耗小、工作頻帶寬、耦合程度高、輸出幅度平衡性好、模型緊湊便于小型化、電路結構簡單等優(yōu)勢，而且向更高頻率擴展時，仍具可行性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠用于多倍頻程3db正交電橋的方案，最終在工作頻帶內(nèi)輸出兩路幅度相等、相位相差90度的信號。除此之外，所發(fā)明的電橋必須具有結構簡單、易加工、工作頻帶寬、輸出幅度平衡性好，而且能夠向更高頻率擴展等優(yōu)勢。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：該多倍頻程超寬帶正交電橋由三節(jié)電橋級聯(lián)而成，具體包括強耦合結構一個以及弱耦合結構兩個，這三節(jié)耦合器按照“弱耦合—強耦合—弱耦合”的順序進行級聯(lián)。最終，所設計的電橋在可以在多個倍頻程的頻率范圍內(nèi)，實現(xiàn)將輸入信號分為兩路幅度相等、相位相差90度信號輸出的功能。

進一步的是，所述多倍頻程正交電橋中弱耦合部分通過傾斜漸變耦合線進行耦合，并且耦合程度由中心向兩端連續(xù)遞減，而對耦合縫隙的傾斜漸變，有助于改善傳輸線中奇、耦模速度不相等的問題，從而加強該部分的定向性、降低回波損耗，也可以增加工作帶寬。

進一步的是，所述多倍頻程正交電橋中強耦合部分由兩個完全相同的電橋串聯(lián)形成，且每個用于串聯(lián)的電橋設計成交叉耦合的形式，以實現(xiàn)在多倍頻程的頻帶內(nèi)實現(xiàn)90度相移、減小整體電路的尺寸、便于電橋向小型化、集成化的方向發(fā)展。

進一步的是，所述多倍頻程正交電橋中強耦合部分由兩個電橋串聯(lián)形成，且每個用于串聯(lián)的電橋以圓弧形狀進行耦合，從而加強耦合程度、增加工作帶寬、簡化電路結構、使整個電路易于加工；整個電橋通過在各部分耦合線銜接過渡區(qū)通過倒角、倒圓角處理，減小整體電路的不連續(xù)性，使整個電路的損耗更小、匹配更好。

本發(fā)明的有益效果：一、整個電橋的弱耦合部分，采用漸變結構進行耦合，從而增加工作帶寬，改善電橋的定向性、減少回波損耗；二、整個電橋的強耦合部分，將兩個完全相等的電橋進行串聯(lián)，并采用圓弧結構進行耦合，從而加強耦合程度、增加工作帶寬、簡化電路結構、減小整體電路體積，便于電橋的小型化和集成化；三、上述兩個弱耦合結構和一個強耦合結構按照“弱耦合—強耦合—弱耦合”的順序進行級聯(lián)，最終電橋帶寬可以做到多個倍頻程，并且擁有良好的定向性和回波損耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于多倍頻程3db正交電橋中整體模型圖；

圖2是本發(fā)明基于多倍頻程3db正交電橋強耦合部分模型圖；

圖3是本發(fā)明基于多倍頻程3db正交電橋回波損耗及隔離度曲線圖；

圖4是本發(fā)明基于多倍頻程3db正交電橋輸出信號幅度不平衡度曲線圖；

圖5是本發(fā)明基于多倍頻程3db正交電橋輸出信號相位不平衡度曲線圖；

圖1中標記說明：電橋中四個端口位置101、102、103和104，弱耦合結構的四段耦合線201、202、203和204，其中201與202構成第一部分弱耦合結構，203與204構成第二部分弱耦合結構；強耦合結構與弱耦合結構的四處連接位置301、302、303和304；圖2中標記說明：強耦合結構中八段圓弧形耦合線401、402、403、404、405、406、407和408。該模型以線aa'分為兩個完全相等的電橋，每個電橋以交叉結構進行耦合。圖3中標記說明：標有m3的一根曲線表示整個電橋的回波損耗，標有m4的一根曲線表示整個電橋的隔離度。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

首先說明該多倍頻程3db正交電橋中強耦合結構的原理。如圖2所示，可以看出401、402、403和404構成第一段電橋，405、406、407和408構成第二段電橋，且404、405與407直接相連，401、403與406直接相連。由參考文獻中強耦合串聯(lián)原理進行分析可知，當信號從301進入時，一部分能量經(jīng)由第一個電橋的401端進入，而后經(jīng)過與之相連的第二個電橋，最終到達302端，此時302為直通端；而另一部分能量則經(jīng)過耦合線進行耦合，最終在304端口輸出，即304為耦合端；而303端口無能量輸出，為隔離端。

接下來說明整個多倍頻程3db正交電橋的工作原理：如圖1所示，當信號由101端口輸入時，首先經(jīng)過第一個弱耦合結構(由201和202兩端耦合線構成)，在301和302端口分別為直通和耦合輸出，這兩個端口的信號接著通過中間部分強耦合結構(由401—408這八段耦合線構成)，以及第二個弱耦合結構(由203和204兩端耦合線構成)以后，在103和104端口輸出幅度相等且相位相差90度的兩路信號。最終，由101端口輸入的信號，在104端口直通輸出、103端口耦合輸出、102端口為隔離端口。

在上述實施方式中，弱耦合結構通過漸變耦合的方式進行耦合，從而拓展工作帶寬、改善電橋的定向性；強耦合結構則以圓弧耦合線形式進行交叉耦合，并且整個強耦合部分設計成一個圓環(huán)狀，大大簡化了整體電路結構、減小整體電路體積、降低了加工成本。綜上所述，該發(fā)明在微波的功率合成/分配電路中具有極大的應用價值。

實施例

在該實施例中，如圖1所示的結構，電橋金屬層的厚度為0.01mm，基板采用陶瓷基板，相對介電常數(shù)為9.8、基板厚度為0.254mm。電橋的工作頻率范圍為：6～18ghz，可以達到三個倍頻程。當信號由101端口輸入時，102端口為隔離端口，103端口為耦合端口，104端口為直通端口。該電橋的回波損耗與隔離度如圖3所示，可以發(fā)現(xiàn)其回波損耗s11≤-14.90db，隔離度s12≤-14.90db。圖4則表示了電橋兩路輸出信號幅度的不平衡度，可以發(fā)現(xiàn)這兩路信號的幅度差小于0.73db。在圖5中，可以看出電橋兩路輸出信號，減去相差的90度相位，其相位不平衡度小于3.8度。因此，該發(fā)明在微波多倍頻程功率合成/分配領域中具有極大的應用價值。