[发明专利]一种微波平面电路耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及耦合器技术领域，尤其涉及一种微波平面电路耦合器。

背景技术

在微带平面电路中，定向耦合器是重要的微波元件之一，其通过相邻的两根平行线互相耦合,主线的一部分能量被耦合到辅线,耦合的功率的大小取决于耦合线的物理尺寸、工作频率和主功率的传播方向。对这种定向耦合器一般采用奇偶模方法进行分析。

如图1所示的平行耦合微带线定向耦合器，中心频率.f。＝3GHz,耦合度C＝15dB,引出线特性阻抗Zc＝50Ω,介质基片介电常数εr＝9.6,基片厚度h＝l.0mm，耦合区长度为λg/4。

其中耦合能量的强弱主要取决于两平行耦合条带在耦合区的相互间距，上图耦合度15dB时两耦合条带间距为0.62mm。

如果在上述的同样条件下设计一个用途极广的3.0dB的耦合器，两耦合线的间距将小于0.01mm。该物理尺寸在目前的印刷电路、厚膜电路、薄膜电路等制造工艺均不能实现的。故而，这种“窄边”耦合结构只能制作耦合度在10dB以上的微带定向耦合器。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种微波平面电路耦合器，既具有强耦合能力也具有能实现弱耦合的能力，尤其可以实现1dB以下耦合度。

本发明提出的一种微波平面电路耦合器，包括：介质基板、第一耦合导带、第二耦合导带、第一接地板和第二接地板；其中，第一耦合导带和第二耦合导带对称布置在介质基板的上表面和下表面，第一接地板布置在介质基板的上表面并位于第一耦合导带的第一侧，第二接地板布置在介质基板的下表面并位于第二耦合导带的第二侧；

所述微波平面电路耦合器具有奇模激励和偶模激励两种激励方式：

在奇模激励时，第一耦合导带和第二耦合导带之间产生一个零电位的电壁，第一耦合导带和第二耦合导带之间分布有电容，通过控制第一耦合导带和第二耦合导带的宽度和间距控制电容的大小，从而控制奇模特性阻抗Z_oo；

在偶模激励时，第一耦合导带和第二耦合导带之间产生一个表示开路的磁壁，第一耦合导带和第一接地板之间分布有电容，第二耦合导带和第二接地板之间分布有电容，通过控制耦合导带与接地板的间距控制电容的大小，从而控制偶模特性阻抗Z_oe；

所述微波平面电路耦合器通过控制奇偶模特性阻抗控制耦合强度；

耦合系数K的计算公式为：K＝(Z_oe–Z_oo)/(Z_oe+Z_oo)，其中，Z_oo表示奇模特性阻抗，Z_oe表示偶模特性阻抗；

偶合度C的计算公式为：C＝20lg(1/K)；

特性阻抗Z的计算公式为：其中，表示相速，C₀表示单位长度的分布容。

优选地，介质基板采用氧化铝陶瓷制成。

优选地，几何尺寸采用短量法计算，或采用复变函数Schwarz-Christoffel变换求解。

优选地，几何尺寸包括介质基板的厚度、第一耦合导带和第一接地板的间距、第二耦合导带和第二接地板的间距。

本发明设计了一种宽边强耦合器，根据微波电磁场的静电场理论，通过控制奇偶模特性阻抗值的方式控制耦合度的强弱，可实现了微波平面电路中的超紧电磁耦合的特殊功能；同时，通过降低奇模特性阻抗值，提高偶模特性阻抗值的方法可减小耦合度，实现10dB以下甚至更小的耦合度。本发明结构简单，易于制造，生产速度快。本发明适用于不同波段的微波平面电路中的紧耦合设计，可以用于雷达、制导、通信和高密度三维立体组装的功能组件之中，使用环境限制小，有利于推进电磁波技术领域的发展。

附图说明

图1为平行耦合微带线定向耦合器结构图；

图2为本发明提出的一种微波平面电路耦合器的俯视图；

图3为本发明提出的一种微波平面电路耦合器的正视图；

图4为微波平面电路耦合器奇模激励电场结构图；

图5为微波平面电路耦合器偶模激励电场结构图；

图6为五节串接级联示意图。

具体实施方式

参照图2、图3，本发明提出的一种微波平面电路耦合器，包括介质基板1、第一耦合导带2、第二耦合导带3、第一接地板4和第二接地板5。