本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种具备宽频率可调范围的宽带可重构耦合器。
背景技术：
耦合器作为重要的射频无源器件，能够提供功率分配和结合的功能，被广泛应用于阵列天线、混频器、功率放大器等诸多方面。随着无线通信领域的飞速发展和对多功能射频器件的要求，传统耦合器单一的功能已经不能满足当今无线通信的需求。为了满足更多实际通信应用方面的要求，例如雷达，卫星等，宽带耦合器、双频耦合器等多功能的耦合器不断被研究，同时伴随着器件小型化、低成本等要求，多种功能集中于同一耦合器的特性十分满足当今通信系统的发展趋势。传统的耦合器往往只能工作在某一固定频段，且具有较窄的带宽。而当今无线通信需要射频器件具有同时兼容不同频段的特点，从而满足多标准通信技术要求，另外具有较宽带宽的射频器件对于提高通信速率也具有一定的意义。在考虑电路尺寸、设计成本等诸多方面的情况下，如果能在同一器件上同时频率可重构和宽带特性将解决无线通信所面临的诸多问题。
为了实现耦合器频率可重构的功能，cmos、mems开关、变容二极管等方法已经应用在可重构耦合器的设计当中。其中，变容二极管相对于其他方法而言，具有结构简单、成本低廉、实现方法简单等优势，在利用变容二极管实现器件的可重构特性时，通过对变容二极管加载偏置电压可以改变其呈现的电容值，从而使电路呈现不同特性。另外，不同二极管提供的可调电容范围以及损耗程度也有很大不同，大大增加了选择可重构范围的灵活度，同时对于产生较好的响应有更大的选择空间。
以往对频率可重构耦合器的研究具有可调范围较小，带宽较窄的特点，而频率可调范围的增大可以覆盖更多的通信标准，同时带宽的增大一定程度上也对通信速率有一定的提升，因此，对于频率可调范围较大、频率较宽的可重构耦合器对于当今所需的多制式、高速率的无线通信标准具有重要意义，同时在节省耗材和成本方面也具有一定贡献。
技术实现要素：
本发明提供一种能够提供较宽频率可调范围的具备宽频率可调范围的宽带可重构耦合器。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种具备宽频率可调范围的宽带可重构耦合器，包括第一介质基板和第二介质基板，其中，第一介质基板垂直安装在第二介质基板上，第二介质基板包括从上至下依次排布的三层结构：第一层结构为第一微带电路单元(101)，第二层结构为第一基板(102)，第三层结构为第一金属地层(103)，第一介质基板包括从上至下依次排布的三层结构：第一层结构为第二微带电路单元(104)，第二层结构为第二基板(105)，第三层结构为第三微带电路单元(106)；第二介质基板还包括直流偏置单元(107)，直流偏置单元(107)由隔直电容cblock、扼流电阻rfc和变容二极管cv组成。
所述第一微带电路单元(101)为四条阻抗匹配线b1-b4组成的矩形贴片，所述第二微带电路单元(104)和第三微带电路单元(106)为相同的矩形贴片；隔直电容cblock加载在端口和变容二极管cv之间，直流电压通过导线加载在扼流电阻rfc一端，扼流电阻rfc的另一端接在隔直电容cblock和变容二极管cv之间。
进一步地，所述四条阻抗匹配线b1-b4的形状和大小均一致。
进一步地，第一介质基板与第二介质基板垂直的两侧面上设置有相互耦合的矩形贴片a1和a2，四条阻抗匹配线b1-b4位于第二介质基板上，分别与耦合贴片的末端相连；第二介质基板上还设有补偿短截线c1-c2和矩形缺陷地结构d，补偿短截线c1-c2与耦合贴片的中心相连；矩形缺陷地结构d位于水平基板金属地板中心，与补偿短截线相平行。
进一步地，所述矩形缺陷地结构d位于第二介质基板的中心；所述第二介质基板的介质材料厚度为0.813mm的rogers4003c材料，其介电常数为3.38；第一介质基板为厚度为1.57mm的rt/duriod5870材料，其介电常数为2.33。
进一步地，该耦合器的仿真方法包括：
首先，根据所需要的中心频率，介质基板的相对介电常数，计算出耦合器端口的尺寸，根据耦合器所工作的最大频率计算出耦合贴片的电长度，在垂直基板两侧的同一端的两个端口之间加载电容，通过调节电容改变耦合器的工作频率，利用加载补偿短截线和矩形缺陷地结构进行微调使得耦合器的特性得到完善。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种能够提供较宽频率可调范围，同时具有宽带特性的可重构耦合器，可以实现多个频率的等功分和各个频率的宽带特性，实现了对耦合器应用灵活度的提高，非常适合当今多标准、高速率的现代无线通信系统；该耦合器通过调节变容二极管的电容值，可以很容易使得耦合器工作在其他频率段，大大提升了其满足多种通信标准的范围；采用垂直安装基板结构，使得耦合器在各个中心频率都具有较宽的带宽；由于加载补偿短截线和矩形缺陷地结构，使得耦合器更加容易匹配，同时可以增加其可重构范围；尺寸小，易于与其他器件或设备集成；结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例侧面结构示意图；
图2为本发明实施例结构框图；
图3为本发明实施例工作在1.3ghz时输出端口间耦合因数为3db时仿真和测量的幅度响应结果对比图；
图4为本发明实施例工作在2ghz时输出端口间耦合因数为3db时仿真和测量的幅度响应结果对比图；
图5为本发明实施例工作在2.7ghz时输出端口间耦合因数为3db时仿真和测量的幅度响应结果对比图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-2所示，一种具备宽频率可调范围的宽带可重构耦合器，包括第一介质基板和第二介质基板，其中，第一介质基板垂直安装在第二介质基板上，第二介质基板包括从上至下依次排布的三层结构：第一层结构为第一微带电路单元101，第二层结构为第一基板102，第三层结构为第一金属地层103，第一介质基板包括从上至下依次排布的三层结构：第一层结构为第二微带电路单元104，第二层结构为第二基板105，第三层结构为第三微带电路单元106；第二介质基板还包括直流偏置单元107，直流偏置单元107由隔直电容cblock、扼流电阻rfc和变容二极管cv组成。
所述第一微带电路单元101为四条阻抗匹配线b1-b4组成的矩形贴片，所述第二微带电路单元104和第三微带电路单元106为相同的矩形贴片；隔直电容cblock加载在端口和变容二极管cv之间，直流电压通过导线加载在扼流电阻rfc一端，扼流电阻rfc的另一端接在隔直电容cblock和变容二极管cv之间。
直流偏置单元107由隔直电容cblock、扼流电阻rfc和变容二极管cv组成。隔直电容cblock为了防止直流信号进入到射频电路，加载在耦合器端口和变容二极管之间，直流电压通过导线加载在扼流电阻一端，扼流电阻的另一端接在隔直电容和变容二极管之间。
所用隔直电容cblock和扼流电阻rfc封装均为0203，隔直电容电容值为cblock＝5nf，扼流电阻阻值为rfc＝1kω，以上参数固定不变。
如图2所示，所述四条阻抗匹配线b1-b4的形状和大小均一致，宽为wp，长度为lp；金属地层103为铺满良导体的金属地层103；
第一介质基板与第二介质基板垂直的两侧面上设置有相互耦合的矩形贴片a1和a2，四条阻抗匹配线b1-b4位于第二介质基板上，分别与耦合贴片的末端相连；第二介质基板上还设有补偿短截线c1-c2和矩形缺陷地结构d，补偿短截线c1-c2与耦合贴片的中心相连；矩形缺陷地结构d位于水平基板金属地板中心，与补偿短截线相平行。
进一步地，所述矩形缺陷地结构d位于第二介质基板的中心。
进一步地，该耦合器的仿真方法包括：
首先，根据所需要的中心频率，介质基板的相对介电常数，计算出耦合器端口的尺寸，根据耦合器所工作的最大频率计算出耦合贴片的电长度，在垂直基板两侧的同一端的两个端口之间加载电容，通过调节电容改变耦合器的工作频率，利用加载补偿短截线和矩形缺陷地结构进行微调使得耦合器的特性得到完善。
首先根据所述耦合器的等效模型，所需要的中心频率，以及耦合器s参数的关系，利用基偶模分析求出等效基偶模阻抗以及耦合贴片电长度和可变电容cv的关系。根据确定的可调频率的最高频率以及耦合贴片电长度和可变电容cv的关系求出最适合的耦合贴片的电长度，利用电长度求出等效模型的基偶模阻抗，利用基偶模阻抗的值选取适合的水平和垂直基板材料。在位于垂直基板两侧的同一端的两个端口之间加载偏置网络。其中隔直电容加载在耦合器和变容二极管之间，在变容二极管两端加载不同电压差改变变容二极管的容值，可以得到不同频率的s参数。在水平基板上加入补偿短截线与垂直耦合贴片的中心相连，在水平基板金属地层加入矩形缺陷地结构，通过微调补偿短截线和矩形缺陷地的尺寸，可以得到较好的s参数响应。
耦合器的参数为：w＝1.88mm，l＝15mm，wd＝1.88mm，ld＝5.45mm，ws＝2.5mm，ls＝0.94mm，以上参数固定不变，耦合器不同的特性仅靠变容二极管不同的电容值来实现。
参照图3-5(本发明实施例在1.3ghz、2ghz、2.7ghz输出端口间耦合因数为3db时仿真和测量的幅度响应结果对比图)，对应的变容二极管电容值分别为cv＝2.22pf，cv＝1pf，cv＝0.3pf，此时，耦合器从1.3ghz到2.7ghz之间输出端口的相位差为90°±5°，s31与s21之间的差距不大于1db，且s11和s41均小于-10db，整个移频过程中，耦合器的带宽能够保持在40％以上。
参照图3-5所用的水平基板为rogers4003c材料，厚度为0.813mm，介电常数为3.38；垂直基板材料为rt/duriod5870，介电常数为2.33，基板厚度为1.57mm的真实环境下通过网络分析仪测得。通过以上仿真和测试对比图可以发现，仿真和实测曲线的吻合度较高。
通过所测得的良好结果，表明本发明的方案切实可行。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。