專利名稱：一種三頻帶分支線耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻微波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三頻帶分支線耦合器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，無(wú)線通信系統(tǒng)有著巨大的發(fā)展，主要為了解決日益增加的各種商業(yè)需 求禾口軍事應(yīng)用。例如全球微波互聯(lián)接入(worldwide interoperability formicrowave access，簡(jiǎn)稱 WiMAX)、無(wú)線局域網(wǎng)(wireless local area networks，簡(jiǎn)稱 WLANs)、全球定 位系統(tǒng)(global position systems,簡(jiǎn)禾爾 GPSs)、蜂窩電話(global system for mobile communication,簡(jiǎn)稱GSM)和超寬帶通信系統(tǒng)(ultra wide band communication,簡(jiǎn)稱UWB) 都有不同的通信頻段和通信標(biāo)準(zhǔn)，這就促使能同時(shí)支持多個(gè)頻段或者多個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)工作的 系統(tǒng)或者支持超寬帶工作的系統(tǒng)成為研究熱點(diǎn)。這些能同時(shí)工作在多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)更加具 有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值。對(duì)應(yīng)到系統(tǒng)中的無(wú)源器件則要求具有多頻段、超寬帶等功能。耦合器作為微波通信系統(tǒng)中最基本的無(wú)源器件，它廣泛應(yīng)用在各種微波電路中， 比如，在調(diào)制解調(diào)電路、平衡和鏡像抑制混頻器中，耦合器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路輸入信號(hào)進(jìn)行隔 離以及對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行采樣；在平衡放大器中，耦合器有助于實(shí)現(xiàn)良好的輸入/輸出 匹配；在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的饋電網(wǎng)路中，耦合器用來(lái)實(shí)現(xiàn)天線陣方向圖的合成等。所以，多 頻耦合器的設(shè)計(jì)對(duì)多頻通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義?，F(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)三頻帶分支線耦合器設(shè)計(jì)研究技術(shù)不多，主要有Ching-Wen iTang 等人在 IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERSS 上發(fā)表了題為“Design of multipassband microstrip branch-line couplerswith open stubs，，白勺文章，通過(guò)在 傳統(tǒng)的分支線耦合器的輸入端口加入一段開(kāi)路枝節(jié)線實(shí)現(xiàn)多頻段工作。臺(tái)灣學(xué)者Chong-Yi Liou等人利用補(bǔ)償技術(shù)提高分支線耦合器在任意三個(gè)工作頻段的端口匹配特性。上述的兩 種三頻帶分支線耦合器，由于其結(jié)構(gòu)中可調(diào)的參數(shù)很少，因此存在頻率比的調(diào)節(jié)范圍很窄 的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)分支線耦合器只能工作在單一的頻段及其奇次 諧波處等缺點(diǎn)，提供了一種三頻帶分支線耦合器，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)在三個(gè)頻段下耦合 器端口嚴(yán)格匹配和輸出端口之間的嚴(yán)格隔離以及輸出信號(hào)相位嚴(yán)格相差90°，并具有生成 成本低、頻率比調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種三頻帶分支線耦合器，包括雙 頻分支線耦合器，所述雙頻分支線耦合器的四個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器。為更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述阻抗變換器由雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙 頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接，具體是指，所述傳輸線與 雙頻諧振器并聯(lián)，所述傳輸線的一端口與雙頻分支線耦合器的端口連接，傳輸線的另一端口作為三頻帶分支線耦合器的端口。所述雙頻諧振器由開(kāi)路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線組成，所述開(kāi)路枝節(jié)線與傳輸線并 聯(lián)，所述短路枝節(jié)線與傳輸線并聯(lián)。所述阻抗變換器由階梯阻抗諧振器和傳輸線組成，所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳 輸線與階梯阻抗諧振器連接。所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接，具體是指，所述傳輸 線與階梯阻抗諧振器并聯(lián)，所述傳輸線的一端口與雙頻分支線耦合器的端口連接，傳輸線 的另一端口作為三頻帶分支線耦合器的端口。所述階梯阻抗諧振器由串聯(lián)的第二傳輸線和開(kāi)路枝節(jié)線組成，所述階梯阻抗諧振 器的第二傳輸線與傳輸線連接。所述傳輸線的特征阻抗和雙頻分支線耦合器的端口阻抗相同。所述傳輸線為微帶傳輸線。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)多頻，降低生成成本傳統(tǒng)的分支線耦合器只能工作在單一的頻段及其奇 次諧波處，而本實(shí)用新型通過(guò)在雙頻分支線耦合器的端口加入阻抗變換器，使得耦合器可 以工作在三個(gè)可控的頻段下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在三個(gè)頻段下端口嚴(yán)格匹配和輸出端口之間的嚴(yán)格 隔離以及輸出信號(hào)相位嚴(yán)格相差90°，減少了多頻通信系統(tǒng)中所需耦合器的數(shù)目，從而減 小了系統(tǒng)的電路尺寸，降低了生產(chǎn)成本。2、頻率比調(diào)節(jié)范圍寬與現(xiàn)有的利用端口匹配補(bǔ)償技術(shù)設(shè)計(jì)的三頻耦合器相比， 具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可調(diào)工作頻率比范圍寬，工作頻段外存在多個(gè)傳輸零點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的三頻 耦合器不能同時(shí)在三個(gè)任意的頻段獲得嚴(yán)格的端口匹配和嚴(yán)格的輸出端口隔離特性，并且 設(shè)計(jì)需要復(fù)雜的綜合公式；而在本實(shí)用新型中，耦合器設(shè)計(jì)所需的參數(shù)可以由解析式唯一 確定，不需要額外的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；由于耦合器中采用了開(kāi)路或則短路枝節(jié)線，因此本實(shí)用 新型可以在耦合器通帶外引入傳輸零點(diǎn)，抑制不需要的信號(hào)，更適合于多頻微波通信系統(tǒng) 的應(yīng)用。

圖1是實(shí)施例一中三頻帶分支線耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例一中阻抗變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例一中三頻帶分支線耦合器的PCB布版圖；圖4是實(shí)施例一中三頻帶分支線耦合器的插入損耗測(cè)量和仿真結(jié)果示意圖；其中 61為第一個(gè)工作頻帶和第二個(gè)工作頻段之間的一個(gè)傳輸零點(diǎn)；圖5是實(shí)施例一中三頻帶分支線耦合器的輸入端回波損耗和輸出端隔離度的測(cè) 量和仿真結(jié)果示意圖；圖6是實(shí)施例一中三頻帶分支線耦合器的輸出端相位平衡度的測(cè)量和仿真結(jié)果 示意圖；圖7是實(shí)施例二中三頻帶分支線耦合器的PCB布版圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不限于此。實(shí)施例一本實(shí)用新型一種工作在0. 9/2/2. 45GH三頻帶分支線耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示， 包括雙頻分支線耦合器，所述雙頻分支線耦合器的四個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所 述阻抗變換器不影響分支線耦合器在原來(lái)兩個(gè)頻段下的端口匹配和輸出端口隔離特性，并 能同時(shí)實(shí)現(xiàn)在第三個(gè)可控頻段下的端口匹配和隔離特性。如圖2所示，所述阻抗變換器由雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻分支線耦合 器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。如圖3所示，兩段傳輸線10和兩段傳輸線11構(gòu)成了傳統(tǒng)的分支線耦合器結(jié)構(gòu)。雙 頻分支線耦合器通過(guò)在傳統(tǒng)分支線耦合器結(jié)構(gòu)的四個(gè)端口分別加入相同的開(kāi)路枝節(jié)線12 實(shí)現(xiàn)的。為了使得電路緊湊，尺寸小，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將開(kāi)路枝節(jié)線12彎曲。傳輸線15分別 與開(kāi)路枝節(jié)線14和與短路枝節(jié)線13并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三頻帶分支線耦合器端口處所需的阻抗變 換器，其中開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線13相當(dāng)于阻抗變換器中的雙頻諧振器部分。傳輸 線15的一端連接所述的雙頻分支線耦合器的端口，另一端變成為所述三頻帶分支線耦合 器的端口。短路枝節(jié)線13末端設(shè)有接地通孔16，微帶傳輸線通過(guò)該接地通孔16與地板相 連形成短路。同樣為了減小電路尺寸，對(duì)開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線13進(jìn)行彎折。傳輸 線15的特征阻抗值和三頻帶分支線耦合器端口阻抗值一樣，傳輸線10、傳輸線11，開(kāi)路枝 節(jié)線12、開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線13的特征阻抗值分別為三頻帶分支線耦合器輸入端 口阻抗的0. 85、1. 2,1. 1U. 4,0. 65倍。工作在第一個(gè)頻段和第二個(gè)頻段的中心頻率處時(shí)， 傳輸線10、傳輸線11，開(kāi)路枝節(jié)線12、開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線13的電長(zhǎng)度均為90° ； 在第三個(gè)頻段的中心頻率處時(shí)，傳輸線15的電長(zhǎng)度為32.6°。所述傳輸線15為微帶傳輸線，所述傳輸線15的特征阻抗和雙頻分支線耦合器的 端口阻抗相同，雙頻諧振器在諧振時(shí)相當(dāng)于開(kāi)路。這樣不破壞雙頻分支線耦合器原來(lái)的雙 頻特性，而在第三個(gè)頻段時(shí)，傳輸線和雙頻諧振器組成的阻抗變換器可以實(shí)現(xiàn)耦合器端口 匹配和輸出端口隔離。上述三頻帶分支線耦合器的插入損耗測(cè)量和仿真結(jié)果示意圖，如圖4所示；其中 61為第一個(gè)工作頻帶和第二個(gè)工作頻段之間的一個(gè)傳輸零點(diǎn)，信號(hào)在這個(gè)頻率處，不能從 輸入端傳輸?shù)捷敵龆?，可以用?lái)抑制在這個(gè)頻率處不需要的信號(hào)；其中實(shí)線表示|S31|的 測(cè)量結(jié)果，其中I S311表示端口 1到端口 3的傳輸系數(shù)的幅度；虛線表示I S211的測(cè)量結(jié)果， 其中ι S211表示端口 1到端口 2的傳輸系數(shù)的幅度；□□口 □表示|S31|的仿真結(jié)果；++++ 表示|S21|的仿真結(jié)果。圖中可以清晰看到在0.9、2和2. 45GHz這三個(gè)頻率附近|S2l|和
S31在-3dB左右。實(shí)現(xiàn)了耦合器在這3個(gè)頻段下的等功率輸出。上述三頻帶分支線耦合器的輸入端回波損耗和輸出端隔離度的測(cè)量和仿真結(jié)果 示意圖，如圖5所示，其中實(shí)線表示Isiil的測(cè)量結(jié)果，其中IsiIl表示端口 ι的反射系數(shù) 的幅度；虛線表示|S41|的測(cè)量結(jié)果，其中|S41|表示端口 1到端口 4的傳輸系數(shù)的幅度； □ 口 □表示Isill的仿真結(jié)果，++++表示|S41|的仿真結(jié)果。圖中可以清晰看到在0.9、2 和2. 45GHz這三個(gè)頻率附近Isill和|S4l|都小于_15dB。實(shí)現(xiàn)了耦合器在這3個(gè)頻段下的端口匹配和輸出端口隔離。上述三頻帶分支線耦合器的輸出端相位平衡度的測(cè)量和仿真結(jié)果示意圖，如圖6 所示，其中實(shí)線表示Z S31- Z S21的測(cè)量結(jié)果，其中Z S31表示表示端口 1到端口 3的傳 輸系數(shù)的相位，Z S21表示表示端口 1到端口 2的傳輸系數(shù)的相位；Z S31- Z S21表示二 者的差。虛線表示ZS31-ZS21的仿真結(jié)果。圖中可以清晰看到在0.9、2和2. 45GHz這 三個(gè)頻率附近ZS31-ZS21在-90°左右。實(shí)現(xiàn)了耦合器在這3個(gè)頻段下的輸出信號(hào)相位 相差90°。實(shí)施例二一種三頻帶分支線耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括雙頻分支線耦合器，所述雙頻 分支線耦合器的四個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所述阻抗變換器用于實(shí)現(xiàn)三頻帶分支 線耦合器的端口匹配和輸出端口隔離。不同于實(shí)施例一的是，所述阻抗變換器由階梯阻抗諧振器和傳輸線組成，所述雙 頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接。如圖7所示，兩段傳輸線10和兩段傳輸線11構(gòu)成了傳統(tǒng)的分支線耦合器結(jié)構(gòu)。 雙頻分支線耦合器是通過(guò)在傳統(tǒng)分支線耦合器結(jié)構(gòu)的四個(gè)端口分別加入相同的開(kāi)路枝節(jié) 線12實(shí)現(xiàn)的。為了使得電路緊湊，尺寸小，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將開(kāi)路枝節(jié)線12彎曲。通過(guò)在傳 輸線15上并聯(lián)第二傳輸線23，并且第二傳輸線23和開(kāi)路枝節(jié)線M串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三頻帶分支 線耦合器端口處所需的阻抗變換器，其中串聯(lián)的第二傳輸線23和開(kāi)路枝節(jié)線M構(gòu)成了阻 抗變換器中的階梯阻抗諧振器(S^，St印Impedance Resonator) 0傳輸線15的一端連接 所述的雙頻分支線耦合器的端口，另一端變成為所述三頻帶分支線耦合器的端口。同樣為 了減小電路尺寸，對(duì)第二傳輸線23和開(kāi)路枝節(jié)線M進(jìn)行彎折。所述傳輸線15的特征阻抗 和雙頻分支線耦合器的端口阻抗相同所述傳輸線15為微帶傳輸線，所述傳輸線15的特征阻抗和雙頻分支線耦合器的 端口阻抗相同，階梯阻抗諧振器在諧振時(shí)相當(dāng)于開(kāi)路。這樣不破壞雙頻分支線耦合器原來(lái) 的雙頻特性，而在第三個(gè)頻段時(shí)，傳輸線和雙頻諧振器組成的阻抗變換器可以實(shí)現(xiàn)耦合器 端口匹配和輸出端口隔離。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述 實(shí)施例的限制，可以采取其他雙頻分支線耦合器和其他阻抗變換器合理組合實(shí)現(xiàn)。其他的 任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等 效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種三頻帶分支線耦合器，包括雙頻分支線耦合器，其特征在于，所述雙頻分支線耦 合器的四個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述阻抗變換器由雙 頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述雙頻分支線耦合 器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接，具體是指，所述傳輸線與雙頻諧振器并聯(lián)，所述傳輸線的 一端口與雙頻分支線耦合器的端口連接，傳輸線的另一端口作為三頻帶分支線耦合器的端
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述雙頻諧振器由開(kāi) 路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線組成，所述開(kāi)路枝節(jié)線與傳輸線并聯(lián)，所述短路枝節(jié)線與傳輸線并 聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述阻抗變換器由階 梯阻抗諧振器和傳輸線組成，所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述雙頻分支線耦合 器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接，具體是指，所述傳輸線與階梯阻抗諧振器并聯(lián)，所述 傳輸線的一端口與雙頻分支線耦合器的端口連接，傳輸線的另一端口作為三頻帶分支線耦 合器的端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述階梯阻抗諧振器 由串聯(lián)的第二傳輸線和開(kāi)路枝節(jié)線組成，所述階梯阻抗諧振器的第二傳輸線與傳輸線連 接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述傳輸線的特征 阻抗和雙頻分支線耦合器的端口阻抗相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述一種三頻帶分支線耦合器，其特征在于，所述傳輸線為微帶 傳輸線。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種三頻帶分支線耦合器，包括雙頻分支線耦合器，所述雙頻分支線耦合器的四個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所述阻抗變換器由雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻分支線耦合器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)在三個(gè)頻段下耦合器端口嚴(yán)格匹配和輸出端口之間的嚴(yán)格隔離以及輸出信號(hào)相位嚴(yán)格相差90°，并具有生成成本低、頻率比調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P5/12GK201845848SQ20102059036
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者林峰, 褚慶昕 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)