一种等相位差的小型双频分支线耦合器

本发明属于电子，涉及一种微波器件，具体为一种等相位差的小型双频分支线耦合器。

背景技术：

1、近年来，随着微波与毫米波技术的发展，通信、导航、军事电子对抗以及雷达等领域对技术指标的要求日益增多，使得微波器件的设计难度也逐日增加。在不同的应用场景，对微波器件的设计需求也不尽相同。例如：在移动通信系统中，由于不同网络具有特定的频域覆盖范围，这就对微波器件的设计提出了双频或多频、频率比大范围可控的指标要求；在各种相控阵雷达系统中，由于天线单元的数量多，这就要求微波器件具有体积小、功率容量大等特点。

2、耦合器作为一种典型的微波无源器件广泛应用于射频电路当中，是微波集成电路的基本模块。传统的分支线耦合器具有等功率输出且输出固定相位差的功能，但是它也具有诸多局限性。例如，传统分支线耦合器的带宽只有10％，工作在单频率下，无法满足现代多频带、宽频带工作的需求，并且还存在尺寸大等缺点。无线通信系统的迅速发展要求系统内部各个元件能在多频、宽频率比范围内工作。一些双频工作的微波系统需要在每个频率下都有相同的工作状态，即要求耦合器不仅能实现双频工作，还要在每个频段提供等相位差输出，而传统的双频耦合器大多不能提供相等的输出相位。另一方面，随着集成电路技术快速地朝着微型化方向发展,对通信系统的小型化提出了越来越高的要求。但传统耦合器的并不能满足以上要求，因此，提高耦合器性能的同时减小耦合器的尺寸成为值得研究的课题。等相位差的小型双频耦合器具有小体积、双频带、等相差、低成本、易加工的特点，同时由于其耦合端和直通端在同一侧，故当耦合器应用于微波电路时，能够简化电路布局。

技术实现思路

1、根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：包括折叠双分支线，开/短路线加载并联枝节和四个50欧姆端口。

2、所述折叠双分支线包括第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线；所述开/短路线加载并联枝节包括第一开/短路加载传输线、第二开/短路加载传输线、第三开/短路加载传输线和第四开/短路加载传输线；所述第一开/短路加载传输线包括第一弯折传输线、第一蜿蜒开路线和第一短路线；所述第二开/短路加载传输线包括第二弯折传输线、第二蜿蜒开路线和第二短路线；所述第三开/短路加载传输线包括第三弯折传输线、第三蜿蜒开路线和第三短路线；所述第四开/短路加载传输线包括第四弯折传输线、第四蜿蜒开路线和第四短路线。

3、所述第一弯折传输线的左端接于第一段传输线中点；所述第一弯折传输线的下端与第一蜿蜒开路线的上端、第一短路线的左端连接；所述第一蜿蜒开路线的另一端开路；所述第一短路线的另一端短路；所述第二弯折传输线的右端接于第二段传输线中点；所述第二弯折传输线的左端与第二蜿蜒开路线的右端、第二短路线的下端连接；所述第二蜿蜒开路线的另一端开路；所述第二短路线的另一端短路；所述第三弯折传输线的下端接于第三段传输线中点；所述第三弯折传输线的上端与第三蜿蜒开路线的下端、第三短路线的左端连接；所述第三蜿蜒开路线的另一端开路；所述第三短路线的另一端短路；所述第四弯折传输线的上端接于第四段传输线中点；所述第四弯折传输线的右端与第四蜿蜒开路线的左端、第四短路线的上端连接；所述第四蜿蜒开路线的另一端开路；所述第四短路线的另一端短路；

4、所述第一段传输线与第三段传输线参数相同，第二段传输线与第四段传输线参数相同；所述第一开/短路加载传输线与第三开/短路加载传输线参数相同，第二开/短路加载传输线与第四开/短路加载传输线参数相同。

5、所述第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线的特性阻抗z0由耦合器的耦合系数c确定，对于不变阻双分支定向耦合器，具体为：第一段传输线和第三段传输线的阻抗第二段传输线和第四段传输线的阻抗其中，z为端口阻抗，c为耦合系数。

6、所述第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线的电长度θr可由双频频率比p确定，具体为：其中p＝f2/f1，f1低频中心频率，f2为高频中心频率。

7、所述第一弯折传输线、第二弯折传输线、第三弯折传输线和第四弯折传输线的电长度θ1由双频频率比确定，具体为：其中zc1为第一弯折传输线、第二弯折传输线、第三弯折传输线和第四弯折传输线的阻抗值。

8、所述第一蜿蜒开路线、第二蜿蜒开路线、第三蜿蜒开路线和第四蜿蜒开路线的电长度θ2在高频中心频率f2处取90度。

9、所述第一短路线、第二短路线、第三短路线和第四短路线的电长度θ3由双频频率比p和第一弯折传输线、第二弯折传输线、第三弯折传输线和第四弯折传输线的电长度θ1确定，具体为计算出第一短路线、第二短路线、第三短路线和第四短路线的电长度θ3，其中zc2为第一蜿蜒开路线、第二蜿蜒开路线、第三蜿蜒开路线和第四蜿蜒开路线的特性阻抗，zc3为第一短路线、第二短路线、第三短路线和第四短路线的特性阻抗。

10、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，由于采用了所特定结构可以实现双频带、等相位差、小体积的同向输出的定向耦合器；另外该耦合器结构简单，能够简化电路布局，减小电路尺寸。

技术特征：

1.一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：包括折叠双分支线(1)、开/短路线加载并联枝节(2)和四个50欧姆端口；

2.根据权利要求书1所述的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：所述第一段传输线(11)、第二段传输线(12)、第三段传输线(13)和第四段传输线(14)的特性阻抗z0由耦合器的耦合系数c确定；对于不变阻双分支定向耦合器，具体为：第一段传输线(11)和第三段传输线(13)的阻抗第二段传输线(12)和第四段传输线(14)的阻抗其中，z为端口阻抗，c为耦合系数。

3.根据权利要求书1所述的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：所述第一段传输线(11)、第二段传输线(12)、第三段传输线(13)和第四段传输线(14)的电长度θr由双频频率比p确定，具体为：其中p＝f2/f1，f1低频中心频率，f2为高频中心频率。

4.根据权利要求书1所述的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于：所述第一弯折传输线(211)、第二弯折传输线(221)、第三弯折传输线(231)和第四弯折传输线(241)的电长度θ1由双频频率比确定，具体为：其中zc1为第一弯折传输线(211)、第二弯折传输线(221)、第三弯折传输线(231)和第四弯折传输线(241)的阻抗值。

5.根据权利要求书1所述的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于所述第一蜿蜒开路线(212)、第二蜿蜒开路线(222)、第三蜿蜒开路线(232)和第四蜿蜒开路线(242)的电长度θ2在高频中心频率f2处取90度。

6.根据权利要求书1所述的一种等相位差的小型双频分支线耦合器，其特征在于所述第一短路线(213)、第二短路线(223)、第三短路线(233)和第四短路线(243)的电长度θ3由双频频率比p和第一弯折传输线(211)、第二弯折传输线(221)、第三弯折传输线(231)和第四弯折传输线(241)的电长度θ1确定，具体为计算出第一短路线(213)、第二短路线(223)、第三短路线(233)和第四短路线(243)的电长度θ3，其中zc2为第一蜿蜒开路线(212)、第二蜿蜒开路线(222)、第三蜿蜒开路线(232)和第四蜿蜒开路线(242)的特性阻抗，zc3为第一短路线(213)、第二短路线(223)、第三短路线(233)和第四短路线(243)的特性阻抗。

技术总结
本发明公开了一种等相位差的小型双频分支线耦合器，具体方案为：包括折叠双分支线，开/短路加载并联枝节和四个50欧姆输入/输出端口；所述折叠双分支线包括第一段传输线、第二段传输线、第三段传输线和第四段传输线；所述开/短路线加载并联枝节包括第一开/短路加载传输线、第二开/短路加载传输线、第三开/短路加载传输线和第四开/短路加载传输线；所述第一开/短路加载传输线包括第一弯折传输线、第一蜿蜒开路线和第一短路线；所述第二开/短路加载传输线包括第二弯折传输线、第二蜿蜒开路线和第二短路线。本装置可以实现小尺寸、双频带、等相位差，同时有输出端口在同侧的特点。

技术研发人员：刘宏梅,王鑫硕,任俊豪,刘思含,王钟葆,房少军
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13