[發明專利]微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器

有效

• 申請號: 202111294159.5
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN114156623B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 朱舫;趙鑫;吳云飛;羅國清
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01P5/18
• 分類號: H01P5/18
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器，主要包括分支線耦合器、低通濾波器、縫隙耦合饋電結構、基片集成波導(SIW)定向耦合器、SIW90度轉角和50歐姆饋電微帶線。本發明能夠同時覆蓋頻率跨度很大的微波頻段和毫米波頻段，實現了高頻比的雙頻段耦合，而面積僅與微波頻段的單頻帶分支線耦合器相當；另一方面，由于微波頻段信號和毫米波頻段信號具有相互隔離的物理傳輸路徑，兩者之間互不影響，隔離度高，因此使得兩個頻段的耦合器設計完全獨立，大大方便了雙頻帶高頻比耦合器的設計。

技術領域

本發明屬于微波毫米波技術領域，涉及一種雙頻帶定向耦合器，尤其涉及一種微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，能夠同時覆蓋多個頻段、兼容多種通信標準并提供高質量服務的多功能系統已成為未來無線通信系統發展的必然趨勢。比如，5G低頻段包括900MHz、2.4GHz，3.5GHz和5GHz等微波頻段；同時，5G高頻段還包括26GHz,28GHz和39GHz等毫米波頻段。可以預見，未來無線通信系統的發展趨勢必然是微波和毫米波技術共存，因此設計和實現同時支持微波頻段和毫米波頻段的雙頻帶/多頻帶電路和系統至關重要。但是微波頻段和毫米波頻段間隔較大，例如2.4GHz和28GHz的頻比高達11.67，要實現如此高頻比的雙頻帶器件是一項很大的挑戰。

定向耦合器是無線通信系統中的重要器件。對于雙頻帶定向耦合器而言，實現高頻比主要包含以下幾種方法：1)使用對稱階梯阻抗耦合線替換四分之一波長耦合線，其缺點是耦合度不高；2)在傳統的分支線耦合器兩端和中間增加開路抽頭構成E型網絡，最高頻比能達到8；3)兩對微帶耦合線一端通過兩段微帶傳輸線相連，且連接處接有開路負載，兩對微帶耦合線另一端接耦合器端口，雖然最高頻比達到了11.7，但是其高頻段的頻率只有12GHz左右。上述雙頻帶高頻比定向耦合器在高、低兩個頻帶均采用微帶方案，若高頻帶達到毫米波頻段，將會造成很大的損耗，而且兩個頻帶的設計相互關聯，設計復雜度高。

為了克服現有技術的不足，本發明提出了一種基于微帶和基片集成波導(SIW)的微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器，可以同時適用于微波頻段和毫米波頻段，且兩個頻帶的設計相互獨立，降低了設計復雜度。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供了一種基于微帶和SIW的微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器。

本發明采用如下技術方案：

一種微波毫米波雙頻帶獨立設計的高頻比定向耦合器，為雙軸對稱結構，包括：

第一介質基板；

第二介質基板，位于所述第一介質基板的下方；

中間層金屬地，位于所述第一介質基板和所述第二介質基板之間；

底層金屬地，位于所述第二介質基板的底層；

工作在微波頻帶的分支線耦合器，位于所述第一介質基板的頂層；

雙頻耦合器端口，位于所述第一介質基板的頂層；

饋電微帶線，位于所述第一介質基板的頂層；

低通濾波器，位于所述第一介質基板的頂層；

工作在毫米波頻帶的SIW定向耦合器，位于分支線耦合器的下方；

其中，所述中間層金屬地開有四個耦合縫隙；四個耦合縫隙分別處于四條饋電微帶線的正下方相對位置，即耦合縫隙位于雙頻耦合器端口與低通濾波器之間位置的下方；且四個耦合縫隙分別相對應位于SIW定向耦合器的四個端口內部。

每個耦合縫隙與最近距離低通濾波器的距離L₁為雙頻帶耦合器高頻帶中心頻率對應的四分之一波長。