[發明專利]基于短路平行耦合線的三頻十字型耦合器

在審

• 申請號: 201611071063.1
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106602197A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 馮文杰;趙宇;車文荃;楊婉琛;商玉霞;尹蕊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 馬魯晉

技術領域

本發明涉及一種基于短路平行耦合線的三頻十字型耦合器，具體涉及一種結構簡單、隔離度高、可實現三個頻段信號交叉傳輸的十字型耦合器。

背景技術

隨著微波/毫米波集成電路的發展，電路愈發復雜，在布線過程中，經常遇到兩條微帶線互相交叉、信號通道在物理結構上彼此交叉傳輸的情況。平面十字型耦合器為這種交叉提供了解決方案。平面十字型耦合器，能夠實現兩路信號彼此交叉傳輸，同時保持這兩路信號之間相互隔離，并且所有端口均匹配。因此，十字型耦合器適用于兩條微帶線或集成共面波導中的信號交叉傳輸的情況；另外，十字型耦合器是巴特勒矩陣不可或缺的組成元件，廣泛應用于天線陣列系統的饋電網絡等。

為支持多標準工作，現代收發機系統要求無源器件支持多頻工作以便減小電路尺寸和設計成本。許多學者研究設計出了可多頻工作的十字型耦合器，如將傳統的單頻兩節分支線結構平面耦合器擴展到三節分支線結構實現雙頻工作；將傳統單頻分支線結構平面耦合器中的垂直傳輸線的長度設計為平行傳輸線長度的兩倍；將單頻傳輸線換成多頻傳輸線模塊，如T型雙頻傳輸線替換單頻平面耦合器結構中的單頻傳輸線,將其擴展到雙頻應用；以及在傳統結構基礎上加載開路短路分支線等方式來實現雙頻需求。上述實現雙頻十字型耦合器的幾種方法其缺點為：(1)大多采用不等長的微帶線，各通帶的頻點公式難以推導計算；(2)各個通帶之間的隔離度不高。而現階段對于三頻十字型耦合器的研究設計還很少。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于短路平行耦合線的三頻十字型耦合器。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于短路平行耦合線的三頻十字型耦合器，包括上層微帶結構，中間層介質板和下層接地金屬；上層微帶結構附著在中間層介質基板上表面，接地金屬附著在中間層介質基板的下表面；該三頻耦合器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口位于介質基板的上層，所述第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分別位于介質基板的左邊、上邊、右邊、下邊四個側邊；四條50歐姆的微帶線分別與對應的四個端口相連，端口四條50歐姆的微帶線分別為第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線和第四微帶線，所述相鄰的兩條微帶線相互垂直；

七條50歐姆微帶線連接成兩節分支線結構，這七條50歐姆的微帶線分別為第五微帶線、第六微帶線、第七微帶線、第八微帶線、第九微帶線、第十微帶線和第十一微帶線，其中第五、第六、第七、第八微帶線按順時針方向順次連接，形成第一個方形環狀的結構；第九微帶線與第六微帶線平行相連，第十、第十一微帶線順次連接到第九微帶線，與第七微帶線共同形成第二個方形環狀結構；上述兩個方形環狀結構構成兩節分支線結構；

該兩級方形分支線結構的第五微帶線與端口第一微帶線相連，第九微帶線與端口第二微帶線相連，第十微帶線與端口第三微帶線相連，第八微帶線與端口第四微帶線相連；六對平行耦合線分別連接在兩節分支線結構的四角及兩級連接處，這六對平行耦合線分別為第一平行耦合線、第二平行耦合線、第三平行耦合線、第四平行耦合線、第五平行耦合線和第六平行耦合線，并且對所述的六對平行耦合線進行了彎折，上層微帶結構的六對平行耦合器通過六個金屬化過孔穿過中間層介質基板與下層接地金屬相連，所述六個金屬化過孔分別為第一金屬化過孔、第二金屬化過孔、第三金屬化過孔、第四金屬化過孔、第五金屬化過孔和第六金屬化過孔。

與現有的技術相比，本發明具有如下優點：1)本發明實現了三個頻段的信號交叉傳輸；2)本發明基于四分之一波長平行耦合線，而非通常采用的不等長的支節線，使得結構更加簡單，推導計算也更加簡便；3)由于傳輸零點的引入，三個通帶之間均具有高的隔離度。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發明基于短路平行耦合線的三頻十字型耦合器的原理圖。

圖2是本發明三頻十字型耦合器奇偶模分析的等效電路圖，其中圖2(a)為偶-偶模等效電路圖，圖2(b)為偶-奇模等效電路圖，圖2(c)為奇-偶模等效電路圖，圖2(d)為奇-奇模等效電路圖。

圖3是本發明三頻十字型耦合器的傳輸特性曲線與隔離端口4的特性曲線。

圖4是本發明三頻十字型耦合器的回波損耗曲線與隔離端口2的特性曲線。

具體實施方式