[发明专利]一种非对称共面波导定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种定向耦合器，尤其涉及一种非对称共面波导定向耦合器。

背景技术

在移动通信技术迅速发展的今天，耦合器广泛应用在射频、微波系统中， 用于进行信号功率分配合成、功率取样和检测、圆极化天线阵的馈电、平衡功 率放大器、移相器、滤波器等。典型的耦合器实质上是在特定的频率范围内将 输入信号功率按特定比例分成两个输出信号的四端口网络，同样，反过来使用 就是功率合成的作用。耦合器的种类非常多，各有其特点。平面电路耦合器是 耦合器的一种用途广泛的实现形式，它能够由成熟的印制电路板技术实现，体 积小，易于集成，在现代通信电路中需求很大，因此得到了空前发展。通常平 面电路耦合器包括三种结构：微带线构成的侧边耦合器、带状线构成的耦合器 和共面波导构成的耦合器。

如果主信号线和耦合信号线共面，则构成侧边耦合器；如果主信号线和耦 合信号线异面，则构成宽边耦合器；如果主信号线和耦合信号线都是微带线， 则只能构成侧边耦合器；如果主信号线和耦合信号线都是共面波导或带状线， 并且共面，则可以构成侧边耦合器；如果主信号线和耦合信号线都是共面波导 或带状线，并且异面，则可以构成宽边耦合器。由于侧边耦合器的耦合度较小， 通常采用宽边耦合器实现紧耦合(耦合度为3-8dB)。

在各种射频、微波平面传输线中，微带线的加工、分析和设计都较为方便， 是使用最广泛的平面电路之一，然而随着微波毫米波技术特别是单片微波集成 电路的发展，微带线在损耗及色散等特性上的不足已不能忽略，在此背景下， 共面波导得到了越来越多的关注。与微带传输线相比，共面波导有着易于制作， 易实现无源、有源器件在电路中的串并联以及提高电路密度等优点。共面波导 不仅可以作为微波集成电路中的连接线，还能制作各种微波无源器件，目前在 国外共面波导已应用于微波、毫米波、光学和高温超导集成电路，并已在一些 电路中取代微带线，在微波集成电路中占据着越来越重要的地位，特别是在毫 米波、亚毫米波及光学集成电路中将成为主流。共面波导耦合器也理所当然地 得到了越来越多的关注和研究。已有的研究表明，在耦合共面波导中存在两种 传播模式：奇模和偶模。由于单位长度上的奇模和偶模电容不相等，所以奇模 和偶模相速也不相等(偶模相速大于奇模相速，即偶模相速与奇模相速之比大 于1)，从而使得共面波导耦合器的方向性和隔离度较差。

非对称共面波导是在共面波导的基础上发展而成的一种新型传输线。与对 称共面波导相比，非对称共面波导中心导带与两侧地之间的缝隙宽度是不同的， 从而非对称共面波导比对称共面波导多一个设计参量。耦合器作为一种平面电 路，往往会用到多段传输线，这样非对称共面波导耦合器的设计参量要比对称 共面波导耦合器多数个，也就是说在优化过程中，非对称共面波导耦合器要比 对称共面波导耦合器多数个自由度。众所周知，对于同一个物理问题，目标函 数的变量越多，优化结果往往就越优。从数学角度讲，对称共面波导耦合器进 行优化时，两个槽宽必须相等相当于加了一个约束条件，而非对称共面波导耦 合器的优化则取消了这个约束，无约束优化的结果当然优于有约束的优化。因 此采用非对称共面波导构建的耦合器，将得到更好的电路性能。

有鉴于此，确有必要提出一种具有高方向性、高隔离度、宽频带、低成本、 易加工等特性的非对称共面波导定向耦合器。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，研制了一种宽边耦合非对称共面波导定向耦 合器。本发明采用的技术方案如下：

一种非对称共面波导定向耦合器，其特征在于包括：宽边耦合非对称共面 波导、地板、过渡线、输入输出馈线和支撑介质板；所述宽边耦合非对称共面 波导的结构至上而下依次为主信号线、支撑介质板和耦合信号线；所述主信号 线缝隙的宽度不等；所述耦合信号线缝隙的宽度不等；所述主信号线和耦合信 号线通过过渡线和输入输出馈线连接到连接端。

在过渡线和输入输出馈线之间设有电容性补偿传输线。

所述电容性补偿传输线采用带金属底板的非对称共面波导或采用特性阻抗 小于50欧姆的微带线，其作用在于降低宽边耦合非对称共面波导中传输偶模与 奇模电磁波相速比，提高定向耦合器的方向性和隔离度。

所述过渡线采用45度切角。实现宽边耦合非对称共面波导和电容性补偿传 输线的互联。

输入输出馈线采用共面波导或微带线。

宽边耦合非对称共面波导可实现紧耦合，耦合度为3-8dB。