一种宽带平衡式滤波定向耦合器

本发明涉及一种微波通信器件，具体涉及一种宽带平衡式滤波定向耦合器。

背景技术：

1、定向耦合器和滤波器是微波通信系统中的两个常用部件，通常都在发射链路的输出端或接收链路的输入端。定向耦合器的耦合是指从主通路中耦合出信号，定向是指隔离端口信号远小于耦合端口信号，被广泛应用于接收机的抗干扰性测量或杂散测量、信号取样和监测、功率在线检测等场景。滤波器主要用于抑制带外杂散信号，防止带外信号对系统产生干扰。如果将定向耦合功能与滤波功能融合形成滤波定向耦合器，可以以单个器件同时实现两项功能，能够减少系统的器件数目、减小尺寸和损耗，并降低成本。平衡式滤波定向耦合器是指对差分信号实现定向耦合及滤波功能，并对共模信号实现抑制，因此在滤波定向耦合器的基础上进一步实现了对共模噪声的免疫能力，具有重要的应用价值。

2、目前的定向耦合器，主要融入了平衡式带来的共模抑制功能，还无法将平衡式及滤波功能同时融入到定向耦合器中，即实现了平衡式定向耦合器，还没有实现平衡式滤波定向耦合器。平衡式定向耦合器的实现方法主要分两种：一种是双层共面波导耦合线或双层带状耦合线，采用两两左右或上下耦合实现对差模信号的定向耦合及对共模信号的抑制，但是存在耦合及共模抑制带宽窄的问题；另一种是在两个四分之一波长耦合线间加入两个微波交叉组件，在两侧加入相位补偿线，结合四个半波长线，形成平衡式定向耦合器，但是存在定向性及共模抑制带宽窄、结构复杂、尺寸大等问题。因此，有必要发明一种平衡式滤波定向耦合器，并展宽各功能对应的带宽。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种宽带平衡式滤波定向耦合器，解决定向耦合器无法同时融入平衡式及滤波功能的问题，并综合解决结构复杂度、工作带宽及电路尺寸问题。

2、技术方案：一种宽带平衡式滤波定向耦合器，采用左右对称结构，包括四个平衡式端口、一个四端口耦合线、两个开路耦合线、四个半波长阶梯阻抗传输线；四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；

3、第一、第二半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为输入端口和平输出端口；第三、第四半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为耦合通道端口和隔离通道端口。

4、进一步的，所述半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线连接组成，并且内侧传输线的阻抗高于外侧传输线的阻抗。

5、有益效果：本发明将四个半波长阶梯阻抗传输线与两个开路耦合线置于四端口耦合线各端口，利用前两者对差模匹配带宽、耦合带宽及隔离带宽的展宽作用，对带外共模及差模的抑制作用，形成宽带平衡式滤波定向耦合器，在主通道与耦合通道都能形成滤波作用，具有带宽宽、结构简单、平面化，整体尺寸小等特点。

6、具体的，半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线组成，内侧线的阻抗高于外侧线的阻抗，主通道输入端和输出端的高阻抗线分别连接开路耦合线，耦合端与隔离端的高阻抗线分别连接四端口耦合线；半波长阶梯阻抗传输线够减缓两个子端口对应的阻抗突变，所以在实现基础的差模传输和共模抑制之外，可以增加定向耦合器的匹配带宽，减少主通道的带内传输波动，增加耦合带宽及耦合平坦性，增加隔离带宽及共模抑制带宽。

7、两个开路耦合线分别连接四端口耦合线主通道传输线的两端，对主通道、耦合通道及隔离通道都能产生作用，能够增加主通道的差模传输极点及隔离通道的差模隔离零点，展宽差模的匹配带宽、耦合带宽及隔离带宽，在主通道和耦合通道上都能形成较好的差模滤波响应，在三个通道上都能形成全频段共模抑制。

8、四端口耦合线位于整个电路中心，四个端点分别连接两个开路耦合及两个半波长阶梯阻抗传输线，是三个通道的共用结构，能够为平衡式滤波定向耦合器实现耦合和隔离提供基础。

技术特征：

1.一种宽带平衡式滤波定向耦合器，其特征在于，采用左右对称结构，包括四个平衡式端口、一个四端口耦合线、两个开路耦合线、四个半波长阶梯阻抗传输线；四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；

2.根据权利要求1所述的宽带平衡式滤波定向耦合器，其特征在于，所述半波长阶梯阻抗传输线由两个不同阻抗的四分之一波长传输线连接组成，并且内侧传输线的阻抗高于外侧传输线的阻抗。

技术总结
本发明公开了一种宽带平衡式滤波定向耦合器，采用左右对称结构，四个半波长阶梯阻抗传输线分别对应设置在四端口耦合线的各端口侧，其中，第一、第二半波长阶梯阻抗传输线分别通过一个开路耦合线对应连接所述四端口耦合线的两个端口，第三、第四半波长阶梯阻抗传输线分别直接对应连接所述四端口耦合线的另外两个端口；第一、第二半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为输入端口和平输出端口；第三、第四半波长阶梯阻抗传输线的两端均引出一组平衡式端口，分别作为耦合通道端口和隔离通道端口。与现有技术相比，本发明能够在定向耦合器中同时融入平衡式及滤波功能，同时工作带宽宽，并能综合解决结构复杂度及尺寸问题。

技术研发人员：施金,窦贤龙,张威,吴钢雄,徐凯
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15