[發明專利]一種小型化高帶寬轉向耦合器

在審

• 申請號: 201810164767.6
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108428991A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 張赟;金杰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開了一種小型化高帶寬轉向耦合器，包括介質基板和金屬接地板，所述介質基板上相對稱地設有U形的耦合微帶線，所述耦合微帶線之間負載有電容，所述介質基板的相對介電常數為4.4，損耗正切值為0.02，厚度為1.2?2mm，所述金屬接地板為矩形結構且設置于介質基板的背面。本發明通過微波網絡理論研究轉向耦合器信號傳輸的實現條件，利用奇偶模分析，計算得出耦合線尺寸，并進行仿真優化，完成轉向耦合器的小型化設計。實現了37.1％的相對帶寬，并將耦合線尺寸縮小至19.2mm*15mm，實現了小型化，更利于集成。

技術領域

本發明涉及集成電路中的微固體器件領域，具體涉及一種小型化高帶寬轉向耦合器。

背景技術

定向耦合器是一種具有方向性的功率分配器件，在微波通信領域具有廣泛的應用。傳統耦合微帶線定向耦合器難以實現強耦合且在某些應用中會增加電路復雜性，產生寄生效應。轉向耦合器是近些年提出的新型定向耦合器，該器件能夠通過加載其他元件實現強耦合，并有效避免某些應用中傳統耦合微帶線定向耦合器的線路交叉問題，減小寄生效應，在有源電路里可實現DC阻塞，從而比傳統耦合微帶線定向耦合器具有更優越性能，因此對定向跨耦合器性能的研究也越來越熱門。

2009年，Ching-Ian Shie等人提出了利用周期性加載電容的傳輸線滿足轉向耦合器耦合條件的方案，通過調節加載周期和并聯的電納，轉向耦合器信號傳輸所需的奇偶模阻抗條件和相位條件能夠同時得到滿足，從而實現跨耦合器的設計。這也是近幾年人們設計定向跨耦合器時普遍使用的方法。但現有的轉向耦合器存在帶寬較窄、隔離度較低等缺點，需要進一步提高其工作性能。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種小型化高帶寬轉向耦合器，本發明通過微波網絡理論研究轉向耦合器信號傳輸的實現條件，利用奇偶模分析，計算得出耦合線尺寸，并進行仿真優化，完成轉向耦合器的小型化設計。實現了37.1％的相對帶寬，并將耦合線尺寸縮小至19.2mm*15mm，實現了小型化，更利于集成。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種小型化高帶寬轉向耦合器，包括介質基板和金屬接地板，所述介質基板上相對稱地設有U形的耦合微帶線，所述耦合微帶線之間負載有電容，所述介質基板的相對介電常數為4.4，損耗正切值為0.02，厚度為1.2-2mm，所述金屬接地板為矩形結構且設置于介質基板的背面。

進一步的，所述耦合微帶線之間的間距為1mm。

進一步的，所述電容寬度為0.5mm，電容值為1pF。

進一步的，所述介質基板由長和寬分別為33.5mm和15mm的環氧樹脂板構成。

進一步的，所述耦合微帶線的頂角設有倒角。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

本發明轉向耦合器實現了‐3dB耦合，工作頻率在3.1GHz；此外，轉向耦合器的回波損耗達到‐40dB至‐45dB，插入損耗達到‐45dB至‐50dB，具有良好的隔離度，能很好的抑制隔離端口功率輸出，從而提高了該轉向耦合器的實用性。通過建立仿真模型并進行優化，結果表明：在3.1GHz時，耦合線耦合器的隔離度高于‐45dB，相對帶寬達到37.1％，并實現了耦合器的小型化，尺寸縮減至19.2mm*15mm，滿足微波系統對耦合器設計的要求。

附圖說明

圖1是本發明的結構尺寸示意圖。

圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)分別是本發明回波損耗S11、插入損耗S12、耦合端口的S參數S13和直通端口的S參數S14仿真結果圖。

圖3是轉向耦合器四端口S參數S11、S12、S13、S14仿真結果圖。

附圖標記：1-介質基板，2-耦合微帶線，3-電容