旋形禪合单元内部的各段互禪的主微带线和副 微带线的间距和线宽可W渐变不同，从而形成禪合系数的渐变W及寄生电容值的差异，还 可根据具体情况，在所述螺旋形禪合器的主副微带线主体之间跨接电容，优化电容值，调节 所述禪合器的禪合量，实现整个螺旋形禪合器各段的禪合系数可调。所述禪合器的输入输 出端口处W及各螺旋形禪合单元的连接处并联电容到地，通过优化各螺旋形禪合单元的禪 合间距，微带线线宽W及的电容容值，获得所需的超宽工作频带，直通端口与禪合端口输出 的射频微波信号频率与输入信号相同，实现3地功率等分。相位上，直通端口与禪合端口的 输出信号相差90度，实现了单端信号与正交信号之间转化的结构。
[0021] 本发明所述的新型超宽频90°集成禪合器，我们W-个由4个螺旋形禪合单元构 成的超宽频90°集成禪合器为例，介绍它的【具体实施方式】。
[0022] 如图2和图3所示，本发明的超宽频90°集成禪合器由两条相互禪合的微带线构 成，其中一端被配置为禪合器的输入端口 1的微带线称为主微带，它的另一端则作为直通 端口 4输出信号。另一条微带线称为副微带，它的两端分别配置为禪合器的禪合端口 2W 及隔离端口 3,隔离端口 3与50欧负载相连，从而实现良好的输入驻波，实现最大的能量传 输。如图3中所示，主副微带路径重叠部分通过多层金属结构实现，主副微带分别位于不同 层金属，同时实现微带线上下禪合W及边际禪合。从总体上来看，通过两条微带线的上下禪 合W及边际禪合，实现图3中的新型超宽频90°集成禪合器。
[0023] 常规的螺旋型禪合器，所包含各螺旋禪合单元中，微带线禪合间距不变，原理上与 平行板禪合器类似，所构成的螺旋型禪合系数，在整个禪合路径上，禪合系数保持一个定 值，如图2所示，对于传统结构的螺旋型禪合器，各螺旋形禪合单元5,6, 7,8的等效结构，他 们的禪合系数K1，K2,K3,K4会形成 KI=K2 =K3 =K4 该样一个等量关系。那么，根据传统禪合器理论我们可W知道，该样的结构是很难实现 宽带的禪合。
[0024] 不同于常规的螺旋形禪合器，在本发明所述的新型超宽频90°集成禪合器中，两 条紧密禪合的微带线呈螺旋状形成串联的多个螺旋形禪合单元巧日说明书附图3中标号5， 6,7,8所示)，各相邻所述螺旋形禪合单元的禪合间距和微带线宽都不同，为从外部到内部 逐渐变小，且每个螺旋形禪合单元内部的各段互禪的主微带线和副微带线的间距和线宽可 W渐变不同，从而形成禪合系数的渐变W及寄生电容值的差异，实现整个螺旋形禪合器各 段的禪合系数渐变可调，形成如图3所示的结构。从禪合器等效原理来看，外围的两个螺旋 形禪合单元的间距较大，禪合系数较小，而中也两个螺旋形禪合单元的间距较小，实现紧密 禪合，禪合系数较大。从图2来看，各螺旋形禪合单元5,6, 7,8的禪合系数将实现如下的等 量关系： K1 = K4 <区2 = K3 从禪合器原理上来分析，如图2所示的禪合器结构，实现了禪合系数由外部到内部的 渐变，从而实现禪合器的超宽带禪合。
[0025] 与此同时，所述禪合器的输入输出端口处，W及各螺旋形禪合单元的连接处，都可W并联电容到地，在所述螺旋形禪合器的主副微带线主体之间同样可W跨接电容，通过电 磁仿真，优化各螺旋形禪合单元的禪合间距W及电容容值，获得所需的超宽工作频带，直通 端口与禪合端口输出的射频/微波信号频率与输入信号相同，实现3地功率等分。相位上， 直通端口与禪合端口的输出信号相差90度，实现了单端信号与正交信号之间转化的结构。
[0026] 根据本发明所述的新型超宽频90°集成禪合器原理，我们通过电磁仿真，采用理 想元件设计实现了一个8-30GHZ的新型超宽频90°集成禪合器，其结构如图4所示。
[0027] 图5中，给出了我们通过电磁仿真软件实现的新型超宽频90°集成禪合器，在我 们所需工作带宽8-30GHZ内的性能。我们可W看到，如图5 (a)所示，直通输出端口 4W及 禪合输出端口 2的信号插入损耗都在3地左右，符合我们理论预测的性能。如图5 (b)所 示，在直通输出端口 4W及禪合输出端口 2之前，信号隔离度达到了 30地W上该样一个出 色的隔离性能。如图5(C)所示，对于IQ正交信号，我们设计的新型超宽频90°集成禪合 器的镜像抑制能力，在整个工作带宽8-30GHZ内都达到了 25地CW上。
【主权项】
1. 一种新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，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，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，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。
2. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，各所述螺旋形耦合 单元的连接处并联电容到地。
3. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，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。
4. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，所述主微带线和副 微带线之间跨接电容。
5. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，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。
6. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，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。
7. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，所述主微带线和副 微带线的螺旋结构通过多层金属结构实现交叉以便与外部电路连接。
8. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，所述主微带线和副 微带线主体属于同层金属并利用边际耦合实现相互耦合。
9. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，所述主微带线和副 微带线主体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。
10. 根据权利要求1所述新型超宽频90°集成耦合器，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种新型超宽频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，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，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。本发明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。
【IPC分类】H01P5-18
【公开号】CN104767022
【申请号】CN201410029195
【发明人】蒋乐, 徐小杰
【申请人】南京米乐为微电子科技有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月22日