[实用新型]小型化谐波抑制简化对偶复合左右手分支线耦合器

说明书

技术领域

本实用新型属于微波分支线耦合器领域。具体涉及一种螺旋结构简化对偶左右手单元以及基于该单元的分支线耦合器。 

背景技术

在微波系统中，分支线耦合器是一种应用广泛的微波器件，例如在矢量网络分析仪、功率合成及微波接收机中的混频器等都有应用。传统的分支线耦合器由两对平行微带线构成，其中一对微带线特性阻抗为50欧，另一对特性阻抗为35.4欧，电长度均为工作频率的四分之一波长。这种传统的分支线耦合器在工作频率内具有良好的性能，但其在工作频率的谐波频段具有相似的频率响应，因此有必要考虑进行谐波抑制，通常谐波抑制需要引入新的滤波器件来实现，这样会增加电路尺寸，同时无源滤波器存在插损，会降低电路性能。在低频段，传统常用的分支线耦合器所占面积大，不利于电路的集成。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于简化对偶左右手结构单元的分支线耦合器，该耦合器有效地减小了电路尺寸，同时能具有良好的谐波抑制性能。 

本实用新型的小型化谐波抑制简化对偶复合左右手分支线耦合器，包括第一分支线和第二分支线，在第一分支线和第二分支线之间设有第三分支线和第四分支线，这四段分支线构成一个矩形，在矩形四个角上分别设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，每段分支线均由至少一个简化对偶复合左右手传输线结构单元实现，所述简化对偶复合左右手传输线结构单元包括一段微带线、微带侧馈开路矩形螺旋电感和连接微带线与螺旋电感的微带馈线。 

所述简化对偶复合左右手传输线结构单元中的微带馈线由微带线的中部引出，螺旋电感位于微带线的中部，并且均设置在分支线耦合器的内部。 

本实用新型与传统分支线耦合器相比，有益效果在于：利用简化对偶左右手传输线结构单元具有的频率响应和相移特性，使其对于谐波具有很好的抑制作用，这是传统分支线耦合器所不具备的，同时能够有效地减小电路尺寸。本实用新型的小型化谐波抑制简化对偶复合左右手分支线耦合器的工作频率可根据需要确定，设计简单，有效地降低了电路复杂性。 

附图说明

图1为本实用新型提出的一种简化对偶复合左右手结构单元结构图。 

图2为本实用新型的简化对偶复合左右手结构单元的等效电路图。 

图3为本实用新型的基于简化复合左右手结构单元的1GHz分支线耦合器结构图。 

图4为本实用新型的分支线耦合器的仿真结果图：工作频率与反射系数的关系曲线图。 

图5为本实用新型的分支线耦合器的仿真结果图：工作频率与端口2和端口3的相位差的关系曲线图。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型提出的一种简化对偶复合左右手单元及其实现的小型化谐波抑制分支线耦合器实施例进行具体说明： 

本实用新型设计的一种简化对偶复合左右手单元如图1所示，包括一段微带线1，微带侧馈开路矩形螺旋电感2，连接微带线1和螺旋电感2的微带馈线3，馈线3由微带线1中部引出。微带线1长度为l₁，宽度为w₁。微带矩形螺旋电感2外径为d_out，内径为d_in，线宽为w，相邻线间距为s，圈数为N。馈线3长度为l，线宽为w。等效电路如图2所示，将并联谐振带来的传输零点位置设计在分支线耦合器的工作频率的倍频处，即可有效地进行谐波抑制。 

本实用新型根据图1设计的工作频率在1GHz的分支线耦合器如图2所示，该耦合器制作在介电常数为3.38，介质厚度为0.8mm的介质基板上，包括第一分支线4和第二分支线5，在第一分支线4和第二分支线5之间设有第三分支线6和第四分支线7，四段分支线构成一个矩形，每段分支线均由3个简化复合左右手单元构成。端口1、端口2、端口3、端口4分别位于矩形四个角上，特性阻抗均为50欧。第一分支线4和第二分支线5特性阻抗为50欧，其单元参数为：w₁=0.9mm，l₁=10.2mm，l=0.6mm，d_out=3.5mm，w=0.3mm，s=0.2mm，d_in=0.9mm，N=3。第二分支线6和第二分支线7特性阻抗为35.4欧，其单元参数为：w₁=1.6mm，l₁=10mm，l=2mm，d_out=4.3mm，w=0.5mm，s=0.3mm，d_in=1.7mm，N=2。所有的螺旋电感结构均位于分支线耦合器内部，为防止螺旋结构相互重合，部分简化对偶复合左右手单元关于自身中轴作对称变换。 

图4和图5是本实用新型的仿真结果，从图4可以看出该分支线耦合器在工作频率1GHz处，反射系数S₁₁小于-20dB，端口2和端口3之间实现了3dB的等功率输出，并且在2GHz处反射系数接近0dB，表现出很强的谐波抑制特性。从图5可以看出在工作频率处端口2和端口3的相位差约为90°。同时该分支线耦合器尺寸为30.6mm×30mm，比传统的分支线耦合器(45.8mm×44.8mm)减小了约56%，很好地实现了电路小型化。