[实用新型]新型超宽频90°集成耦合器

说明书

技术领域

本实用新型属于射频/微波电路设计领域，具体是一种新型超宽频90°集成耦合器。

背景技术

定向耦合器作为一种重要的微波元件在射频/微波电路以及集成电路中都有着广泛的应用。它的主要作用是将射频/微波信号按照所需的比例进行功率分配。通常来说，定向耦合器由两根传输线所组成，不同类型的传输线包括同轴线、矩形波带状线以及微带线等都是可以实现定向耦合器的。从耦合器的耦合结构机理来看的话，主要可以分为四种：平行耦合、分支耦合、小孔耦合以及匹配双T。随着无线通信技术的发展，对射频/微波电路的设计提出了更高的要求，通信系统的带宽日益增大，而通信系统的设备尺寸实现小型化，相应的也要求应用其中的微波器件实现小型化，螺旋型耦合器的引入正好解决了无线通信技术对于微波电路小型化的要求。但传统的螺旋型耦合器通常只能实现较窄带的信号耦合传输，有着较高的插入损耗等问题。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种新型超宽频90°集成耦合器，可以实现更宽的耦合器工作带宽，输出端口之间拥有更好的信号隔离度，以及提供较小的插入损耗。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为一种新型超宽频90°集成耦合器，包括相互耦合的主微带线和副微带线，所述主微带线的一端被配置为耦合器的输入端口，用于接收射频/微波输入信号，另一端被配置为直通输出端口（简称“直通端口”），用于输出信号；所述副微带线的一端被配置为耦合器的耦合输出端口（简称“耦合端口”），另一端被配置为隔离端口，所述隔离端口与50欧负载相连；所述主微带线和副微带线呈螺旋状形成串联的多个螺旋形耦合单元，各相邻所述螺旋形耦合单元的耦合间距不同或微带线宽不同，且为从外部到内部逐渐变小。

进一步的，各所述螺旋形耦合单元的连接处并联电容到地，调节所述耦合器的耦合量。

进一步的，所述耦合器的输入端口、直通输出端口和耦合输出端口处并联电容到地，优化输入输出端口匹配，调节所述耦合器的耦合量。

进一步的，所述主微带线和副微带线之间跨接电容，根据具体情况，优化电容值，调节所述耦合器的耦合量。

进一步的，所述主微带线和副微带线的等效电长度都是中心工作频率所对应的波长的1/4。根据具体情况，会有相应调整。

进一步的，每个所述螺旋形耦合单元内部的各段互耦的主微带线和副微带线的间距和线宽渐变不同。

进一步的，所述直通输出端口与耦合输出端口输出的射频/微波信号的频率与输入信号相同，实现3dB功率等分。

进一步的，所述直通输出端口与耦合输出端口输出的射频/微波信号在相位上相差90度，实现了单端信号与正交信号之间转化的结构。

进一步的，所述主微带线和副微带线的螺旋结构可通过多层金属结构实现交叉以便与外部电路连接，所述主微带线和副微带线主体可属于同层金属并利用边际耦合实现相互耦合，或者所述主微带线和副微带线主体分分别位于不同层金属，同时利用边际耦合和不同层的上下耦合实现相互耦合。

进一步的，各相邻所述螺旋形耦合单元的耦合间距和微带线宽都不同。

主微带线和副微带线的长度与宽度依据实际应用场景所需频率设定，实现本实用新型中被配置作为传输路径的新型超宽频90°集成耦合器。不同于常规的螺旋形耦合器，在本实用新型新型超宽频90°集成耦合器中，两条紧密耦合的微带线呈螺旋状形成串联的多个（小）螺旋形耦合单元，而各相邻小螺旋形耦合单元间的耦合间距和微带线宽都是不同的，从外部到内部逐渐变小，且每个螺旋形耦合单元内部的各段互耦的主微带线和副微带线的间距和线宽可以渐变不同，从而形成耦合系数的渐变以及寄生电容值的差异，还可根据具体情况，在所述螺旋形耦合器的主副微带线主体之间跨接电容，优化电容值，调节所述耦合器的耦合量，实现整个螺旋形耦合器各段的耦合系数可调。各小螺旋形耦合器的连接处并联电容到地，通过电磁仿真，优化各小螺旋形耦合单元的耦合间距以及电容容值，获得所需的超宽频螺旋形耦合器。

有益效果：多层金属叠加实现的螺旋形耦合器，结构紧凑，加工简单，功率容量大，插入损耗低，与传统的螺旋形耦合器相比，能够实现更宽的工作带宽，在带宽上有着突出的优势。本实用新型的新型超宽频90-度集成耦合器可以广泛应用于射频/微波/毫米波频段的无线通信系统当中。

附图说明

图1（a）为现有的平行微带线耦合器原理示意图，图1（b）为本实用新型的耦合器基本原理示意图；