[发明专利]一种应用于5G工作频段的宽带紧凑型180°耦合器

说明书

本发明公开一种应用于5G工作频段的宽带紧凑型180°耦合器，所述耦合器包括4个输入/输出端口、设置在所述4个输入/输出端口侧的双层宽边耦合线和两段级联的环形拓扑结构，所述两段级联的环形拓扑结构包括由弯曲微带线实现的两个环形结构以及4条突出的微带线，其中，所述双层宽边耦合线与突出的微带线处于不同的层，每个输入/输出端口均通过对应的双层宽边耦合线与突出的微带线实现上下层耦合。本发明通过在每个输入/输出端口使用双层宽边耦合线和阻抗匹配来使得带宽变大，通过采取弯曲微带线和两段环形拓扑结构级联的方法实现耦合器整体的紧凑化，并且通过采用双层宽边耦合获得更大的宽带特性优化空间。

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，具体为一种应用于5G工作频段的宽带紧凑型180°耦合器。

背景技术

第五代(5G)通信需要使用低于6GHz的频率传输宽带信号。在频率范围为1(FR1)的5G新无线通信技术(NR)中，最有应用前景的波段是N77(3.3-4.2GHz)、N78(3.3-3.8GHz)和N79(4.4-5GHz)。因此，对覆盖3.3到5GHz应用的组件的需求越来越大。关于3.3-5GHz无源器件(滤波器或天线)的研究文献已有报道，但针对3.3-5GHz频率的180°耦合器却鲜有报道。180°耦合器，被用来分离或组合用于平衡混频器、平衡放大器和天线阵列馈电网络的信号。众所周知，在收发器中大量使用的180°耦合器是5G通信中最具挑战性的组件之一。这是因为传统的180°耦合器相对带宽有限，而且有4个输入/输出端口，所有端口都有阻抗匹配要求和相位要求(0°或180°)。其次，传统的180°耦合器由于传输线转角为90°或270°，面积较大，这一点在低频段尤为严重。因此，增加带宽和缩小尺寸是5G N77、N78和N79波段应用的研究热点。

现有技术中，有通过采用180°反相器来增加带宽，如，Mo T T,Xue Q,Chan C H.一种使用新型CPW逆变器的宽带紧凑型180°耦合器，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，2007年；第55期:第161-167页；或通过悬带线来增加带宽，如，Robert Smolarz,KrzysztofWincza and Slawomir Gruszczynski，悬条线宽带180°耦合器的大信号S参数测量,inProc.第21届国际微波会议,雷达和无线通信(MIKON),2016年；第1-3页。

现有技术中，有通过采用慢波人工传输线来实现小型化，如，Coromina,J.,Selga,J.,Vélez,P.,Bonache,J.and Martín,F，采用电容性负载慢波传输线实现支路耦合器的尺寸减小和谐波抑制，微波与光学技术通讯,2017年；59页：第2822-2830页；或通过基片集成波导来实现小型化，如Hagag,Mohamed F.,and Dimitrios Peroulis，一种紧凑的可调谐滤波180°耦合器，In Proc.IEEE/MTT-S国际微波研讨会,2018年；第1118-1121页。

然而，这些方法的带宽增大和尺寸小型化需要通过过渡，缺陷的地面结构，键合线或金属带，导致制造过程复杂，生产产量小。这对于容差敏感的5G设备生产是不稳定的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种应用于5G工作频段的宽带紧凑型180°耦合器，通过在每个输入/输出端口使用双层宽边耦合线和两段环形拓扑结构来使得带宽变大，通过采取弯曲微带线的方法实现两段环形拓扑结构的小型化，并且通过采用双层宽边耦合获得更大的宽带特性优化空间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于5G工作频段的宽带紧凑型180°耦合器，所述耦合器包括4个输入/输出端口、设置在所述4个输入/输出端口侧的双层宽边耦合线和两段级联的环形拓扑结构，所述两段级联的环形拓扑结构包括由弯曲微带线实现的两个环形结构以及4条突出的微带线，其中，所述宽边耦合线与突出的微带线处于不同的层，每个输入/输出端口均通过对应的宽边耦合线与突出的微带线实现上下层耦合。