[发明专利]基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器，具体涉及一种结构简单、隔离度高、实现三个频段功分效果的分支线耦合器。

背景技术

耦合器作为微波系统中最基本的无源器件之一，它能提供正交、同向或者反向的信号输出，并且各输出端相互隔离。因此耦合器被广泛应用于平衡放大器、混频器以及阵列天线的馈电网络等微波电路中。其中最常见的、也是研究最多的就是分支线耦合器和环形耦合器。分支线耦合器是一个3dB耦合器，其直通口和耦合口的输出幅度相等，相位相差90度。

随着现代无线通信技术的迅速发展，各种通信业务在不同频段应运而生，于是多频技术变得日益重要，从而可以使用一种器件支持多个频段的通信频谱。许多学者研究设计出了可多频工作的分支线耦合器。设计多频耦合器最普遍的方法就是直接将单频传输线换成多频传输线模块。通常采用在传统分支线耦合器结构上另加开路/短路支节来实现双频分支线耦合器，如已经提出的Pi型网络、T型网络、左右手传输线、加载支节的阶梯型阻抗等具体实现方式。而现阶段对于三频分支线耦合器的研究设计还较少，目前提出的方式有：在Pi型网络上再增加开路短路支节替换单频传输线、在各端口另加阻抗变换网络、在各端口增加电容电感的补偿技术等。其缺点为：(1)大多采用多个支节加载，且支节不等长，各通带的频点公式难以推导计算；(2)三频耦合器一般难以实现中心频率处的功分效果；(3)各个通带之间的隔离度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器，包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面，该三频耦合器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口位于介质基板的上层，所述第一端口、第二端口第三端口和第四端口分别位于介质基板的左边、上边、右边、下边四个侧边；四条50欧姆的微带线分别与对应的四个端口相连，端口四条50欧姆的微带线分别为第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线，所述相邻的两条微带线相互垂直；

第五微带线、第七微带线、第六微带线和第八微带线按顺时针方向顺次连接，形成方形环状的结构，其中第五微带线、第六微带线垂直放置，二者均为50欧姆的微带线，第七微带线、第八微带线平行放置，二者均为35.36欧姆的微带线；该方形结构的四条微带线分别与四个端口处的50欧姆微带线相连，其中第五微带线与端口第一微带线相连，第七微带线与端口第二微带线相连，第六微带线与端口第三微带线相连，第八微带线与端口第四微带线相连；

四对平行耦合线连接在中间的方形结构的微带线与端口50欧姆微带线之间，这四对平行耦合线分别为第一平行耦合线、第二平行耦合线、第三平行耦合线和第四平行耦合线，并且对所述的四对平行耦合线进行了弯折；上层微带结构的四对平行耦合器通过第一金属化过孔、第二金属化过孔、第三金属化过孔和第四金属化过孔四个金属化过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：1)本发明基于四分之一波长平行耦合线，无需外加不等长的开路短路支节线，使得结构更加简单，推导计算也更加简便；2)本发明实现了三个频段的3dB功率分配，而通常三频耦合器中心频率处的功分效果难以实现；3)由于传输零点的引入，三个通带之间均具有高的隔离度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于短路平行耦合线的三频分支线耦合器的原理图。

图2是本发明三频分支线耦合器奇偶模分析的等效电路图，其中图2(a)为偶-偶模等效电路图，图2(b)为偶-奇模等效电路图，图2(c)为奇-偶模等效电路图，图2(d)为奇-奇模等效电路图。

图3是本发明三频分支线耦合器的回波损耗曲线与直通口的传输特性曲线。

图4是本发明三频分支线耦合器耦合口的传输特性曲线与隔离端口的特性曲线。

具体实施方式