[发明专利]一种基于超表面的小型微波频率可重构耦合器

说明书

本发明涉及一种基于超表面的小型微波频率可重构耦合器，主要解决现有技术中存在的尺寸大、成本高、损耗高、调谐范围小的技术问题。本发明通过采用包括半径及厚度均相等的上层圆形结构，下层圆形结构，上层圆形结构与下层圆形结构通过圆心处设置的圆心孔(4)与贯穿圆心孔(4)设置的金属棒实现结构固定及相对角度调谐；所述上层圆形结构上表面为超表面；所述下层圆形结构上表面固贴有环形耦合器，下表面为接地面的技术方案，较好的解决了该问题，可用于微波频率可重构耦合器的工业生产中。

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及到一种基于超表面的小型微波频率可重构耦合器。

背景技术

在现今的多频和多标准移动无线系统中，收发机大多是通过并行集成多个单频或单标准工作的射频前端和共享部分模拟基带处理电路实现的。随着工作频段和标准的增加，传统的多频和多标准收发机中的片上硅面积和片外无源器件数目增加，导致系统尺寸变大、设计成本增加、系统功耗增加和电池使用寿命变短等问题。耦合器作为微波通信系统中的基本元件，广泛应用于平衡放大器、混频器以及天线阵列的馈电网络等微波电路。为了适应现代通信发展的需要，近年来关于微波耦合器的研究非常多。这些研究主要集中在实现耦合器的小型化、宽带化、多频带和可调谐技术等方面。由于现代通信系统对多个无线标准集成到单个无线平台的强烈需求，因此，耦合器可调谐技术成为研究的热点。

现有的技术，分为机械调谐与电调谐，机械调谐通过调谐尺寸来达到改变耦合器工作频率的目的。采用电调谐技术，是通过加载电子器件如PIN二极管、变容二极管等，控制电子器件偏置电压从而获得可调谐的性质。电调谐技术需要低频电压偏置，这会对微波器件的性能产生不良影响，比如，电调谐耦合器需要偏置电压控制PIN二极管或变容二极管以实现可调谐，则微波耦合器的性能将依靠于电子器件与偏置源的可靠性；同时，由于加载电子器件，使得器件损耗大，且难以实现小型化。现有技术中的可重构耦合器存在尺寸大、成本高、损耗高、调谐范围小的技术问题。因此，提供一种尺寸小、损耗低、调谐范围大的微波频率可重构耦合器就很有必要。

发明内容

本发明所要解决的是现有技术中存在的尺寸大、成本高、损耗高、调谐范围小的技术问题。提供一种新的基于超表面的小型微波频率可重构耦合器，具有结构简洁紧凑、成本低、损耗低、调谐范围大的特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种基于超表面的小型微波频率可重构耦合器，包括半径及厚度均相等的上层圆形结构，下层圆形结构，上层圆形结构与下层圆形结构通过圆心处设置的圆心孔4与贯穿圆心孔4设置的金属棒实现结构固定及相对角度调谐；所述上层圆形结构上表面为超表面；所述下层圆形结构上表面固贴有环形耦合器，下表面为接地面。

上述方案中，为优化，进一步地，所述环形耦合器包括一个圆周长为1.5λ的混合环3；所述混合环3内圆周并联有6个尺寸相同、间距相同的矩形微带线1；所述6个矩形微带线1中相邻的5个矩形微带线1将混合环分为5段，于间距较短4段中每段的中心处设有尺寸相同与混合环3外沿连接的微带分支线2；所述微带分支线2未与混合环3连接一端均设有馈电点，所述接地面于馈电点对应位置设有用于馈电连接的馈电孔；其中，λ为工作频率下的波长。

进一步地，所述馈电点为环形微带，所述馈电孔设于环形微带内环。耦合器通过微带线底馈的方式从接地板通过SMA连接头给贴片馈电。这种馈电方式不会影响超表面层的旋转。

进一步地，所述微带分支线2中心处设有用于阻抗匹配的微带枝节线，所述微带枝节线位于微带分支线2逆时针向分布。

进一步地，所述微带分支线2中心处设有用于阻抗匹配的微带枝节线，所述微带枝节线位于微带分支线2顺时针向分布。

进一步地，所述微带枝节线宽度与所述微带分支线2相等。

进一步地，所述超表面包括周期分布的矩形金属环结构。