[發明專利]一種基于邊耦合結構的寬帶小型化180°耦合器

有效

• 申請號: 201910476665.2
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110299593B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 李昌錕;錢力;周波;王檸琳
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01P5/12
• 分類號: H01P5/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開一種基于邊耦合結構的寬帶小型化180°耦合器，所述耦合器包括4個輸入/輸出端口、設置在所述4個輸入/輸出端口側的單層邊耦合線和兩段級聯的環形拓撲結構，所述兩段級聯的環形拓撲結構包括由彎曲微帶線實現的兩個環形結構以及4條突出的用于與端口進行邊耦合微帶線，其中，所述單層邊耦合線與突出的微帶線處于同一層，每個輸入/輸出端口均通過對應的單層邊耦合線與突出的微帶線相交錯，實現單層邊耦合。本發明通過在每個輸入/輸出端口使用單層邊耦合線以及阻抗匹配來使得帶寬變大，通過采取彎曲微帶線和兩段環形拓撲結構級聯的方法實現耦合器整體小型化。

技術領域

本發明涉及電子器件技術領域，具體為一種基于邊耦合結構的寬帶小型化180°耦合器。

背景技術

第五代(5G)通信需要使用低于6GHz的頻率傳輸寬帶信號。在頻率范圍為1(FR1)的5G新無線通信技術(NR)中，最有應用前景的波段是N77(3.3-4.2GHz)、N78(3.3-3.8GHz)和N79(4.4-5GHz)。因此，對覆蓋3.3到5GHz應用的組件的需求越來越大。關于3.3-5GHz無源器件(濾波器或天線)的研究文獻已有報道，但針對3.3-5GHz頻率的180°耦合器卻鮮有報道。180°耦合器，被用來分離或組合用于平衡混頻器、平衡放大器和天線陣列饋電網絡的信號。眾所周知，在收發器中大量使用的180°耦合器是5G通信中最具挑戰性的組件之一。這是因為傳統的180°耦合器相對帶寬有限，而且有4個輸入/輸出端口，所有端口都有阻抗匹配要求和相位要求(0°或180°)。其次，傳統的180°耦合器由于傳輸線轉角為90°或270°，面積較大，這一點在低頻段尤為嚴重。因此，增加帶寬和縮小尺寸是5G N77、N78和N79波段應用的研究熱點。

現有技術中，有通過采用180°反相器來增加帶寬，如，Mo T T,Xue Q,Chan C H.一種使用新型CPW逆變器的寬帶緊湊型180°耦合器，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，2007年；第55期:第161-167頁；或通過懸帶線來增加帶寬，如，Robert Smolarz,KrzysztofWincza and Slawomir Gruszczynski，懸條線寬帶180°耦合器的大信號S參數測量,inProc.第21屆國際微波會議,雷達和無線通信(MIKON),2016年；第1-3頁。

現有技術中，有通過采用慢波人工傳輸線來實現小型化，如，Coromina,J.,Selga,J.,Vélez,P.,Bonache,J.and Martín,F，采用電容性負載慢波傳輸線實現支路耦合器的尺寸減小和諧波抑制，微波與光學技術通訊,2017年；59頁：第2822-2830頁；或通過基片集成波導來實現小型化，如Hagag,Mohamed F.,and Dimitrios Peroulis，一種緊湊的可調諧濾波180°耦合器，In Proc.IEEE/MTT-S國際微波研討會,2018年；第1118-1121頁。

然而，這些方法的帶寬增大和尺寸小型化需要通過過渡，缺陷的地面結構，鍵合線或金屬帶，導致制造過程復雜，生產產量小。這對于容差敏感的5G設備生產是不穩定的。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種基于邊耦合結構的寬帶小型化180°耦合器，通過在每個輸入/輸出端口使用單層邊耦合線以及阻抗匹配來使得帶寬變大，通過采取彎曲微帶線和兩段環形拓撲結構級聯的方法實現耦合器整體小型化。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于邊耦合結構的寬帶小型化180°耦合器，所述耦合器包括4個輸入/輸出端口、設置在所述4個輸入/輸出端口側的單層邊耦合線和兩段級聯的環形拓撲結構，所述兩段級聯的環形拓撲結構包括由彎曲微帶線實現的兩個環形結構以及4條突出的微帶線，其中，所述單層邊耦合線與突出的微帶線處于同一層，每個輸入/輸出端口均通過對應的單層邊耦合線與突出的微帶線相交錯，實現單層邊耦合。