[發明專利]多層微帶結構超寬帶3dB電橋

在審

• 申請號: 201710473081.0
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107317083A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 吳邊;許梅;王楠;黃啟滿;夏磊
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 程曉霞,王品華

技術領域

本發明屬于微波器件技術領域，特別涉及多層微帶結構，具體是一種多層微帶結構的超寬帶3dB電橋，可用于無線通信系統射頻前端。

背景技術

隨著無線通信技術的飛速發展，衛星通訊、WLAN等新型通信方式對無線通信系統提出了日益嚴苛的要求，人們希望獲得更多的頻譜資源，來提高數據的傳輸速率，無線通信設備及其電子器件不斷向著小型化、寬頻帶方向發展。在這種背景之下，超寬帶技術(UWB)日益成為研究熱點，具有系統結構簡單、生產成本低、抗干擾性能優良、功率損耗小、數據傳輸速率高和安全性能好等優點。

定向耦合器廣泛用于射頻系統中，特別是3dB定向耦合器更是一種不可或缺的電子元件，大量地應用于無線通信系統的射頻前端。3dB定向耦合器又稱為3dB電橋，作為微波電路中非常重要的元件，其用途十分廣泛，可以作為功率分配器和功率合成器，利用其輸出端功率相等，相位差90°的特性，可以應用于圓極化天線、平衡放大器、平衡混頻器和鏡像抑制混頻器等。

隨著無線通信事業的飛速發展，3dB電橋的小型化技術越來越受到研究者和應用者的重視，微波電子技術和芯片工藝的發展對微波電路的集成化和小型化提出了更加嚴格的要求。現代通信系統，不僅要求高質量地傳輸語言、文字、圖像、數據等信息，而且要求設備寬帶化、小型化和通用化。定向耦合器作為輻射和接收電磁波的基礎部件，是無線通信系統的重要組成部分，與通信技術的發展相適應，超寬帶小型化的3dB電橋的研究與應用也日益活躍起來。

近年來，小型化和超寬帶的3dB電橋引起研究者和應用者的廣泛興趣。1990年，J.L.B.Walker.在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques期刊(1990,Jan,Vol.38,NO.1.P:88-90.)上發表了“Analysis and Design of Kemp-Type3dB Quadrature Couplers”，論文中采用Kemp的方法實現了3節、5節、7節正交等波紋3dB耦合器進行設計，克服了緊耦合的問題，但存在較嚴峻的帶寬限制。2004年，Ghali H.和T.A.Moselhy等人在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques期刊(2004,52(11):2513-2520.)上發表了“Miniaturized fractal rat-race,branch-line and coupled-line hybrids”，采用了空間填充曲線式的耦合線來實現一系列的小型化耦合器，但結構較為復雜,帶寬也不夠寬。

現有的3dB電橋多采用傳統的帶狀線結構，不僅成本較高，而且也不能很好地滿足微波器件日益嚴格的小型化要求。目前應用于無線通信系統和航空航天領域的射頻前端的微波器件越來越朝著小型化和輕薄化方向發展，因此，小型化已經成為衡量微波器件性能的一個重要指標。傳統結構的3dB電橋仍然存在體積較大，不夠輕薄，而且端口之間的隔離度較低、回波損耗較大的問題。

發明內容

本發明針對上述已有技術的不足，提出一種多層微帶結構的超寬帶3dB電橋。

本發明是一種多層微帶結構的超寬帶3dB電橋，包括微帶介質基板及分布在其上的輸入端口、直通端口、隔離端口、耦合端口和兩根傳輸線，每根傳輸線由3節耦合線構成，這3節耦合線關于中心連線的中點對稱，3節耦合線依次相連，其特征在于，所述微帶介質基板為三層結構，該三層結構緊密地壓在一起，布線刻蝕在中間層介質基板的上下表面，第一根傳輸線分別與輸入端口和直通端口相連接，刻蝕在中間層介質基板的上表面；第二根傳輸線分別與耦合端口和隔離端口相連接，刻蝕在中間層介質基板的下表面；兩根傳輸線關于介質板的橫向和縱向中心線均對稱，其中第一節和第三節耦合線具有相同的電路參數和物理參數，為松耦合的結構，第二節耦合線為緊耦合的結構。

本發明相比傳統的帶狀線耦合器，體積輕薄、成本低、便于集成。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1.本發明采用三層微帶介質基板，緊密壓在一起構成了封閉的腔體，所設計的3dB電橋的腔體高度為4.254mm，與傳統的帶狀線結構的3dB電橋相比，腔體的高度大大減小，實現了3dB電橋體積的小型化和輕薄化，加工成本更低，更加便于集成；