一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构的制作方法

本发明属于无源微波器件技术领域，具体涉及一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构。

背景技术：

定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，其本质是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配，同时也可以用来进行功率合成。

定向耦合器具有两种耦合机制：后向耦合和前向耦合。后向耦合在保证奇偶模相速相等条件下利用奇偶模阻抗的不同实现能量的耦合，由于两个模式阻抗差距不能过大，后向耦合一般多用于弱耦合(耦合度＜10db)；前向耦合是在保持奇偶模特性阻抗相等条件下利用两模式的相速差来实现能量耦合，与后向耦合相比，它能够实现较高耦合度(理想条件下能达到0db)。从实现方式上来看，耦合器主要采用电路板印刷(pcb，printedcircuitboards)及低温共烧陶瓷(ltcc，lowtemperatureco-firedceramics)工艺，围绕传输线理论、y型多层结构、缺陷地结构来展开设计，实现宽带能量耦合、缩小电尺寸。然而，基于上述方法设计的耦合器在实际应用中存在着电路尺寸较大的问题。因此，需要进一步设计新型小型化耦合器单元电路。针对于此，采用先进的ipd(integratedpassivedevice)工艺，基于优良的电路拓扑结构，可以设计出性能优良的小型化耦合器。因此，设计性能优良的宽带小型化定向耦合器电路单元拓扑成为近年的研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构，实现较高耦合度的同时缩小电路尺寸。

本发明的技术方案如下：

该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构由两条主路、主路互联的一条支路和主路到地的两条旁路构成，拓扑结构关于轴mm1上下对称、关于支路左右对称。所述前向波定向耦合器电路单元拓扑结构包括4个主路电感l、4个主路电容cs、2个支路电感ls和2个旁路电容c；

进一步，主路电感l与主路电容cs串联，并通过旁路电容c并联到地，在偶模激励下引入一个串联谐振点；

进一步，主路电感l与主路电容cs串联，由于整个拓扑结构具有轴对称的结构特征，在奇模激励下，mm1处可视为理想电壁，节点n等效为零电势点，此时支路电感ls可等效为与旁路电容c一起并联到地，因此奇模激励下同时引入串、并联谐振点，增大奇偶模相位差，实现能量耦合；

本发明所提供的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构与现有的定向耦合器电路相比，具有如下的优点：

1)该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构能够在宽带内增大奇偶模相位差，具有小型化的优势。

2)通过4个单元的级联，该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构在9.6-13ghz频段内实现0db耦合，耦合相对带宽达30.08％，具有宽带的优势。

3)该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构通过合理调节电感ls、l及电容cs、c，实现任意奇偶模相位差，通过单元级联完成任意耦合度的设计。

4)该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构新颖且简单，便于实际应用中电路拓扑结构的实现。

附图说明

图1为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构示意图。

图2为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构偶模工作原理图。

图3为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构奇模工作原理图。

图4为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构级联4个单元后具体实施例的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所提供的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构实施例进行具体说明。

如图1所示，本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构由两条主路、主路互联的一条支路和主路到地的两条旁路构成，拓扑关于轴mm1上下对称、关于支路左右对称。所述前向波定向耦合器电路单元拓扑结构包括4个主路电感l、4个主路电容cs、2个支路电感ls和2个旁路电容c。具体实施例中各电路参数值为：l＝0.8nh，ls＝0.9nh，c＝0.4pf，cs＝1.0pf。

图2为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构偶模工作原理图。在偶模激励下，电路中传输的是偶模信号，此时轴对称线mm1可以等效为理想磁壁，并联的2个支路电感ls可视为开路。此时，该偶模工作原理图表现为lc高通谐振电路，引入一个合适的偶模电长度起始频率fl，even。

图3为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构奇模工作原理图。在奇模激励下，电路中传输的是奇模信号，此时轴对称线mm1可以等效为理想电壁，节点n等效为零电势点。此时奇模工作原理图表现为复合左右手(crlh，compositeright/left-handed)传输线，其中一个谐振频点为偶模激励下的串联谐振点fl，even，另一个并联谐振点设定为fl，odd，利用这两个频点差值来增大奇偶模相位差，从而实现前向波能量耦合。

图4为本发明所提出的宽带小型化前向波定向耦合器电路单元拓扑结构级联4个单元后具体实施例的仿真结果。可以看到，在9.6-13ghz频段内，耦合度s31接近0db，直通端s21和驻波s11均小于-10db，隔离端s41在-10db左右，耦合相对带宽达30.08％，耦合度较高(接近0db)且实现了器件的小型化。因此，该前向波定向耦合器电路单元拓扑结构性能优良。