专利名称：小型分支线耦合器的制作方法
技术领域：
本发明用于3G通信中功率分配和耦合，特别是一种小型分支线耦合器。
背景技术：
在微波系统中，分支线耦合器是一种应用广泛的微波器件，例如在矢量网络分析 仪、功率合成及微波接收机中的混频器等都要应用定向藕合器。传输线耦合器有很多形式， 主要有分支线耦合器和耦合线耦合器两大类，对于分支线耦合器这类器件的基本原理与设 计技术的大量文献已相继出现，例如《超宽带微波直接定向耦合器设计》[广东通信技术， 2008. 03，作者高帆]、《超宽带定向耦合器的设计》[2003年无线电工程第33卷第12期，作 者张爽、王家礼]等，目前随着移动通信技术的迅猛发展，已经对通信技术提出了小型化的 要求，已涌现了从立体到平面、从低频到高频的大量研究成果。并且这些成果已广泛应用于 微波工程技术领域。微带分支线耦合器因其结构紧凑、性能稳定、成本低等特点而在微波技 术领域有着及其广泛的应用。目前随着移动通信技术的迅猛发展，已经对通信技术提出了 小型化要求。传统的分支线耦合器(微波工程，David Μ. pozar,P. 287-290)结构由下到上 分别是接地板、介质基片、和金属导带。首先通过计算得到分支线耦合器各段金属导带的阻 抗，然后用工具软件ADS算出金属导带长度和宽度，然后进行加工即可得到传统的分支线 耦合器。但传统常用的分支线耦合器由于所占面积大不适合用于集成电路中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于3G通信接收机中混频器前端的分支线耦合器， 使其工作在1920MHz-2170MHz频段上，从而满足3G通信中的需要。实现本发明目的的技术解决方案为一种小型分支线耦合器，包括第一、第二金属 导带、四个端口和接地板，在介质层中打上由上下和左右两组金属柱构成人工介质层，在接 地板上叠加人工介质层，在人工介质层上叠加隔离层，在金属柱对应的隔离层上方位置设 置由第一、第二金属导带构成的矩形电路。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)采用了人工介质层和隔离层代替了传 统分支线耦合器中的普通介质基片，有效减小了电路的尺寸实现电路的小型化，更好的应 用到移动通信中。(2)带宽覆盖1920MHz-2170MHz，满足3G通信带宽的需要。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明小型分支线耦合器的原理结构框图。图2是本发明小型分支线耦合器的俯视图。图3是本发明小型分支线耦合器的主视图。图4是本发明小型分支线耦合器的左视图。图5是本发明小型分支线耦合器的仿真结果图。
具体实施方式
本发明小型分支线耦合器，包括第一、第二金属导带1、2，四个端口 3和接地板8， 在介质层中打上由上下和左右两组金属柱4、5构成人工介质层7，在接地板8上叠加人工介 质层7，在人工介质层7上叠加隔离层6，在金属柱4、5对应的隔离层6上方位置设置由第 一、第二金属导带1、2构成的矩形电路。其中，人工介质层7中的金属柱4、5上下和左右可 以分别对称。隔离层6和人工介质层7的相对介电常数为、为1一4。本发明小型分支线耦合器的结构是由传统分支线耦合器改进而来。将传统分支 线耦合器介质基片换成人工介质基片和隔离层(隔离层在上)，如图1。人工介质基片是 通过在在金属导带下面部位打上金属柱，这种结构可以提高金属导带的分布电容C，相当于 提高了有效介电常数Srff，而分布电感L基本保持不变，介质的有效磁导率基本保持 不变。金属导带的特性阻抗
这样就可以在金属导带的宽度保持不变通过改变 金属导带下的金属柱的大小和排列而改变金属导带的特性阻抗，同样若保持金属导带阻抗 不变就可以通过在金属导带下打金属柱来减小金属导带的宽度。此外介质的有效折射率
，其中Iff是介质的有效介电常数，μ eff是介质的有效磁导率，所以介质的有
效折射率就提高了。导波波长等于真空中波长除以有效折射率，从而减小了导波波长，这样 就可以实现电路的小型化。本发明小型分支线耦合器中，第一金属导带1长I1为13. 2mm-34. 6mm，宽W1为 0. 24mm-3. 95mm ；第二金属导带 2 长 I2 为 14mm_35. 2mm,宽 W2 为 0. 15mm_2. 46mm ；每个端口 3的金属导带长1为2mm-4mm，宽w为lmm_2. 5mm ；第一组金属柱4的直径(I1为0. 3mm-lmm, 金属柱圆心之间间距P1为1. lrnm-2mm ；第二组金属柱5的直径d2为0. 2mm_0. 9mm，金属柱圆 心之间间距P2为0. 9mm-1. 8mm，所有金属柱4、5高都是h2为0. lmm-0. 45mm。结合图1、图2、图3以工作频段在1920MHz-2170MHz的功率分配、耦合器件为例， 详细说明本发明结构的具体实施方式
。实施例1 借助目前已非常成熟的微波集成电路加工工艺技术，按下列参数在印 刷电路板上制作一金属导带，该耦合器结构是上下、左右对称的，第一块金属导带1长I1为 20mm,宽W1 = Imm第二块金属导带2长I2为20. 3mm,宽W2 = 0. 6mm ；第三块金属导带3长1 为4謹，宽w = 1. 54謹；金属孔4的直径Cl1 = 0. 9謹、间距P1 = 1. 2謹，金属孔5的直径d2 = 0. 6_、间距 p2 = 1mm，它们高都为 h2 = 0. 4mm ；介质 6、7 高分别为 Ii1 = 0. lmm、h2 = 0. 4mm, 相对介电常数都为ε , = 2. 2 ;8为接地板。表1 图5是本发明的HFSS仿真结果，从图5-1可以看出该分支线耦合器在工作频段 (1920MHz-2170MHz)内，反射系数Sll彡1. 4dB，传输系数3dB彡S21彡3. ldB，耦合系 数3. 18dB ^ S31彡3. 27dB，隔离度S41彡19dB，从图5-2可以看出S21相位与S31相 位接近相差90°，能够满足3G通信的要求，并且从表1中可以看出本发明电路所占面积缩小了约50%o实施例2 第一块金属导带1长I1为13. 2mm,宽W1 = 0. 24mm第二块金属导带2长I2为14mm，宽W2 = 0. 15mm ；第三块金属导带3长1为2mm，宽w = Imm ；金属孔4的直径(I1 =1_、间距P1 = 1. Imm,金属孔5的直径d2 = 0. 8_、间距p2 = 0. 9mm,它们高都为h2 = 0. 45mm ；介质6、7高分别为Ii1 = 0. 05mm、h2 = 0. 45mm，相对介电常数都为ε r = 4 ;8为接 地板。这时在工作频段(1760MHz-2130MHz)内也能符合要求。实施例3 第一块金属导带1长I1为34. 6mm,宽W1 = 3. 95mm第二块金属导带2长 I2为35. 2mm,宽W2 = 2. 46mm ；第三块金属导带3长1为4mm，宽w = 2. 5謹；金属孔4的直 径Cl1 = 0. 3mm、间距Pl = 2mm,金属孔5的直径d2 = 0. 2mm、间距p2 = 1. 8mm,它们高都为h2 =0. Imm ；介质6、7高分别为Ii1 = 0. 4mm、h2 = 0. 1mm，相对介电常数都为ε r = 1 ;8为接地 板。这时在工作频段(1760MHZ-2130MHz)内也能符合要求。
权利要求
一种小型分支线耦合器，包括第一、第二金属导带[1，2]、四个端口[3]和接地板[8]，其特征在于在介质层中打上由上下和左右两组金属柱[4，5]构成人工介质层[7]，在接地板[8]上叠加人工介质层[7]，在人工介质层[7]上叠加隔离层[6]，在金属柱[4，5]对应的隔离层[6]上方位置设置由第一、第二金属导带[1，2]构成的矩形电路。
2.根据权利要求1所述的小型分支线耦合器，其特征在于人工介质层[7]中的金属 柱[4，5]上下和左右分别对称。
3.根据权利要求1所述的小型分支线耦合器，其特征在于第一金属导带[1]长I1为 13. 2mm-34. 6mm,宽 W1 为 0. 24mm-3. 95mm ；第二金属导带[2]长 I2 为 14mm-35. 2mm,宽 W2 为 0. 15mm-2. 46mm ；每个端口 [3]的金属导带长1为2_-4_，宽w为lmm_2. 5mm ；第一组金属 柱[4]的直径Cl1为`0. 3mm-lmm,金属柱圆心之间间距P1为1. lmm-2mm ；第二组金属柱[5]的 直径d2为0. 2mm-0. 9mm，金属柱圆心之间间距p2为0. 9mm-1. 8mm，所有金属柱[4，5]高都是 h2 为 0. lmm-0. 45mm。
4.根据权利要求1所述的小型分支线耦合器，其特征在于隔离层[6]和人工介质层 [7]的相对介电常数为、为1一4。
全文摘要
本发明公开了一种小型分支线耦合器，包括第一、第二金属导带、四个端口和接地板，在介质层中打上由上下和左右两组金属柱构成人工介质层，在接地板上叠加人工介质层，在人工介质层上叠加隔离层，在金属柱对应的隔离层上方位置设置由第一、第二金属导带构成的矩形电路。本发明采用了人工介质层和隔离层代替了传统分支线耦合器中的普通介质基片，有效减小了电路的尺寸实现电路的小型化，更好的应用到移动通信中；带宽覆盖1920MHz-2170MHz，满足3G通信带宽的需要。
文档编号H01P5/18GK101847771SQ20091002992
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者丁大志, 唐万春, 林叶嵩, 温中会, 王丹阳, 王晓科, 许小卫, 陈如山 申请人:南京理工大学