[發(fā)明專利]多倍頻程3dB正交電橋

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710490805.2
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107104260A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹明周;何望棟;劉珂瑋;李寧曉;楊濤
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01P5/16
• 分類號: H01P5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波多倍頻程功率分配/合成技術(shù)領(lǐng)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(shù)

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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(dāng)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(dǎo)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(shè)計緊湊、便于小型化的設(shè)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(shè)計有重大的意義。

常見的微帶線型正交電橋有Lange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(shè)計的一種將多個Lange電橋進行級聯(lián)[Ciamulski T.Accuracy of electromagnetic analysis for a MMIC Lange coupler[C].International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications.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(shè)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(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢，而且向更高頻率擴展時，仍具可行性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(jié)構(gòu)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(shù)問題所采用的技術(shù)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(jié)構(gòu)一個以及弱耦合結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)進行耦合，從而加強耦合程度、增加工作帶寬、簡化電路結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)和一個強耦合結(jié)構(gòu)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；