[发明专利]宽带非对称多节定向耦合器

说明书

本发明公开了一种基于耦合带状线级联的宽带非对称多节定向耦合器。该定向耦合器的外形由三对单节耦合带状线级联，三对补偿枝节和极小的过渡转角三角形组成，保证了耦合器结构的紧凑性，结构简单清晰，所述耦合器有四个端口，分别在三节级联枝节的两侧，为输入端、直通端、耦合端和隔离端，端口设置为50Ω。在定向耦合器的每节耦合线上增加一个补偿枝节，提高了耦合器的隔离度，使该耦合器具有高方向性。三节耦合线的级联保证了耦合器的带宽。本发明提供了一种新型的宽带定向耦合器拓扑结构，该结构较为容易实现，实现了在较宽频域中耦合器具有高定向性，且性能由于其他结构的定向耦合器。

技术领域：

本发明涉及到微波通信领域，是一种宽带、制作简单，隔离度高的高方向性定向耦合器，并可在微波系统中用于信号发生器中的功率监视装置，接收机中的混频器等的定向耦合器。

背景技术：

在微波系统中，定向耦合器是一种具有方向性的微波元件，有着广泛的用途，如用于信号发生器中的功率监视装置，接收机中的混频器等。定向耦合器主要有三类：波导型、支线型和平行耦合线型。波导型定向耦合器由于作者研究较少，此处不做评论。支线型定向耦合器，可用微带结构来设计实现，依据相位叠加原理易于实现强耦合，但在实现宽带的时候需要多节级联，这就需要更高的传输线阻抗，从而需要更窄的带线宽度，这需要更高的加工工艺。平行耦合线型定向耦合器，在宽带的实现上相较于支线型更有优势，按其结构实现可分为微带型和带状线型。耦合微带线定向耦合器，易于加工实现，但受限于奇偶模相速不等的影响，其定向性太差，而耦合带状线是一种传输线，奇偶模相速相等，故定向性能较好。

随着电磁理论和无线电应用的迅速发展，微波无线通信早己渗入人们生活的许多方面，大到神舟飞船、月球车，小到蓝牙耳机及智能手机等便携式移动终端设备之间的互联互通，人们的工作和生活己经无法离开各种通信设备带来的种种便利。现代电子对抗系统和仪器系统覆盖了越来越宽的频带,这个趋势也对各种微波器件提出了宽带要求,作为在电子对抗系统和仪器系统中广泛应用的定向耦合器也不例外,所以研制宽带乃至超宽带定向耦合器具有迫切的现实意义。随着通信网络的不断升级换代，在民用通信领域工作频率向更低频覆盖，在军用通信领域工作频率向更高频扩充，这都对定向耦合器的带宽提出了更高的要求。

分析耦合带状线的主要方法是奇偶模法，常用的三种耦合带状线分别为侧边耦合、宽边耦合和偏置耦合带状线。对于这三种结构,奇偶模阻抗的求解是最重要的问题,因为奇偶模阻抗决定了耦合器的尺寸参数。对于宽带耦合器,其奇偶模阻抗的求解是一个比较复杂的过程,也是设计的难点所在。虽然已经有很多的专家学者对平行耦合线定向耦合器的综合给出了比较完备的论述和相关的设计列表，但存在的问题一是理论公式推导太复杂，二是设计图表不完善，并不能完全满足当今工程上对定向耦合器的设计要求。随着带宽比的不断增大，定向耦合器在工作频率高端，端口驻波和端口隔离会逐渐恶化，甚至会失去定向性能，从而宽带定向耦合器定向性能的改进的研究变的尤为必要。

用带状线实现的定向耦合器具有体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、性能优越、功能的可复制性好等优点,特别是它们适宜与微波固体芯片器件配合使用,能构成各种各样的混合微波集成电路和单片微波集成电路。本设计中选择的带状线侧边耦合是实现手段之一，其原理在于将多节耦合带状线等效为多节阶梯阻抗的级联。将多节耦合线等效为多节阶梯阻抗的级联构成定向耦合器的基本结构，拓宽了定向耦合器的带宽。在每节耦合线的中心处加入加载枝节，在保证不影响定向耦合器的耦合度的情况下提高了耦合器的隔离度，即改进了定向耦合器的方向性能。该定向耦合器性能优越，可用于对频率要求高的微波系统，比一般滤波器方向性更高，体积更小。

从现有文献来看，提高带状线定向耦合器的定向性有效方法有三种：一是使不连续性不参与耦合，即在不连续的平行线间加上金属隔栅。二是使偶模相位滞后使之与奇模相位相等，加大板线的对地电容可使偶模相位相对滞后；三是使奇模相位超前使之等于偶模相位，可在板线之间跨接集总电感。

发明内容

为了满足微波技术发展的需求，本发明的主要目的是，提供了一种宽带非对称多节定向耦合器设计。