[發(fā)明專利]一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010103124.4
• 申請(qǐng)日: 2010-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN101728620A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房少軍;王鐘葆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P5/18
• 分類號(hào): H01P5/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種定向耦合器，尤其涉及一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)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，耦合器廣泛應(yīng)用在射頻、微波系統(tǒng)中， 用于進(jìn)行信號(hào)功率分配合成、功率取樣和檢測(cè)、圓極化天線陣的饋電、平衡功 率放大器、移相器、濾波器等。典型的耦合器實(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)，同樣，反過(guò)來(lái)使用 就是功率合成的作用。耦合器的種類非常多，各有其特點(diǎn)。平面電路耦合器是 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。通常平 面電路耦合器包括三種結(jié)構(gòu)：微帶線構(gòu)成的側(cè)邊耦合器、帶狀線構(gòu)成的耦合器 和共面波導(dǎo)構(gòu)成的耦合器。

如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線共面，則構(gòu)成側(cè)邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦 合信號(hào)線異面，則構(gòu)成寬邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是微帶線， 則只能構(gòu)成側(cè)邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是共面波導(dǎo)或帶狀線， 并且共面，則可以構(gòu)成側(cè)邊耦合器；如果主信號(hào)線和耦合信號(hào)線都是共面波導(dǎo) 或帶狀線，并且異面，則可以構(gòu)成寬邊耦合器。由于側(cè)邊耦合器的耦合度較小， 通常采用寬邊耦合器實(shí)現(xiàn)緊耦合(耦合度為3-8dB)。

在各種射頻、微波平面?zhèn)鬏斁€中，微帶線的加工、分析和設(shè)計(jì)都較為方便， 是使用最廣泛的平面電路之一，然而隨著微波毫米波技術(shù)特別是單片微波集成 電路的發(fā)展，微帶線在損耗及色散等特性上的不足已不能忽略，在此背景下， 共面波導(dǎo)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。與微帶傳輸線相比，共面波導(dǎo)有著易于制作， 易實(shí)現(xiàn)無(wú)源、有源器件在電路中的串并聯(lián)以及提高電路密度等優(yōu)點(diǎn)。共面波導(dǎo) 不僅可以作為微波集成電路中的連接線，還能制作各種微波無(wú)源器件，目前在 國(guó)外共面波導(dǎo)已應(yīng)用于微波、毫米波、光學(xué)和高溫超導(dǎo)集成電路，并已在一些 電路中取代微帶線，在微波集成電路中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，特別是在毫 米波、亞毫米波及光學(xué)集成電路中將成為主流。共面波導(dǎo)耦合器也理所當(dāng)然地 得到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。已有的研究表明，在耦合共面波導(dǎo)中存在兩種 傳播模式：奇模和偶模。由于單位長(zhǎng)度上的奇模和偶模電容不相等，所以奇模 和偶模相速也不相等(偶模相速大于奇模相速，即偶模相速與奇模相速之比大 于1)，從而使得共面波導(dǎo)耦合器的方向性和隔離度較差。

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。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， 從而非對(duì)稱共面波導(dǎo)比對(duì)稱共面波導(dǎo)多一個(gè)設(shè)計(jì)參量。耦合器作為一種平面電 路，往往會(huì)用到多段傳輸線，這樣非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器的設(shè)計(jì)參量要比對(duì)稱 共面波導(dǎo)耦合器多數(shù)個(gè)，也就是說(shuō)在優(yōu)化過(guò)程中，非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器要比 對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器多數(shù)個(gè)自由度。眾所周知，對(duì)于同一個(gè)物理問題，目標(biāo)函 數(shù)的變量越多，優(yōu)化結(jié)果往往就越優(yōu)。從數(shù)學(xué)角度講，對(duì)稱共面波導(dǎo)耦合器進(jìn) 行優(yōu)化時(shí)，兩個(gè)槽寬必須相等相當(dāng)于加了一個(gè)約束條件，而非對(duì)稱共面波導(dǎo)耦 合器的優(yōu)化則取消了這個(gè)約束，無(wú)約束優(yōu)化的結(jié)果當(dāng)然優(yōu)于有約束的優(yōu)化。因 此采用非對(duì)稱共面波導(dǎo)構(gòu)建的耦合器，將得到更好的電路性能。

有鑒于此，確有必要提出一種具有高方向性、高隔離度、寬頻帶、低成本、 易加工等特性的非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，研制了一種寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦 合器。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種非對(duì)稱共面波導(dǎo)定向耦合器，其特征在于包括：寬邊耦合非對(duì)稱共面 波導(dǎo)、地板、過(guò)渡線、輸入輸出饋線和支撐介質(zhì)板；所述寬邊耦合非對(duì)稱共面 波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為主信號(hào)線、支撐介質(zhì)板和耦合信號(hào)線；所述主信號(hào) 線縫隙的寬度不等；所述耦合信號(hào)線縫隙的寬度不等；所述主信號(hào)線和耦合信 號(hào)線通過(guò)過(guò)渡線和輸入輸出饋線連接到連接端。

在過(guò)渡線和輸入輸出饋線之間設(shè)有電容性補(bǔ)償傳輸線。

所述電容性補(bǔ)償傳輸線采用帶金屬底板的非對(duì)稱共面波導(dǎo)或采用特性阻抗 小于50歐姆的微帶線，其作用在于降低寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)中傳輸偶模與 奇模電磁波相速比，提高定向耦合器的方向性和隔離度。

所述過(guò)渡線采用45度切角。實(shí)現(xiàn)寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)和電容性補(bǔ)償傳 輸線的互聯(lián)。

輸入輸出饋線采用共面波導(dǎo)或微帶線。

寬邊耦合非對(duì)稱共面波導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)緊耦合，耦合度為3-8dB。