[发明专利]多倍频程3dB正交电桥

说明书

技术领域

本发明涉及微波多倍频程功率分配/合成技术领域，具体涉及一种基于多节级联的多倍频程3dB正交电桥。

背景技术

在微波系统中，正交电桥作为一种可以将信号功率按照一定比例进行定向分配的电子器件，在功率分配/合成、功率测量、信号采集等诸多领域有着广泛的应用。由于正交电桥有个特性是它只耦合特定传播方向的能量，使正交电桥成为电子战、通信和雷达等系统中不可缺少的元件，主要用于平衡放大器、固态功率放大器，功率合成器和移相器等器件。

当今的军用和民用通信频率朝着更高的方向发展，高性能的超宽带正交电桥一直是研究重点之一。正交电桥按类型来区分有波导型，同轴线型，微带线型和带状线型等。其中微带线型和带状性型除了具有设计紧凑、便于小型化的设计、便于加工的优点外，还有宽频带的特点，对于进行超宽带的设计有重大的意义。

常见的微带线型正交电桥有Lange电桥、环形电桥、分支线电桥等。若要实现3dB的耦合度，则需要将多个相同的电桥进行级联，正如T.Ciamulski于2009年设计的一种将多个Lange电桥进行级联[Ciamulski T.Accuracy of electromagnetic analysis for a MMIC Lange coupler[C].International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications.IEEE,2009:647-650.]，不过这种方法并不能将3dB正交电桥做到多个倍频程，而要做到多个倍频程的带宽，其耦合度则很难达到3dB。

本发明针对上述难题，提出了一种基于多节级联形式多倍频程3dB正交电桥的设计方法。利用这种方法，所发明的电桥具有回波损耗小、工作频带宽、耦合程度高、输出幅度平衡性好、模型紧凑便于小型化、电路结构简单等优势，而且向更高频率扩展时，仍具可行性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够用于多倍频程3dB正交电桥的方案，最终在工作频带内输出两路幅度相等、相位相差90度的信号。除此之外，所发明的电桥必须具有结构简单、易加工、工作频带宽、输出幅度平衡性好，而且能够向更高频率扩展等优势。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该多倍频程超宽带正交电桥由三节电桥级联而成，具体包括强耦合结构一个以及弱耦合结构两个，这三节耦合器按照“弱耦合—强耦合—弱耦合”的顺序进行级联。最终，所设计的电桥在可以在多个倍频程的频率范围内，实现将输入信号分为两路幅度相等、相位相差90度信号输出的功能。

进一步的是，所述多倍频程正交电桥中弱耦合部分通过倾斜渐变耦合线进行耦合，并且耦合程度由中心向两端连续递减，而对耦合缝隙的倾斜渐变，有助于改善传输线中奇、耦模速度不相等的问题，从而加强该部分的定向性、降低回波损耗，也可以增加工作带宽。

进一步的是，所述多倍频程正交电桥中强耦合部分由两个完全相同的电桥串联形成，且每个用于串联的电桥设计成交叉耦合的形式，以实现在多倍频程的频带内实现90度相移、减小整体电路的尺寸、便于电桥向小型化、集成化的方向发展。

进一步的是，所述多倍频程正交电桥中强耦合部分由两个电桥串联形成，且每个用于串联的电桥以圆弧形状进行耦合，从而加强耦合程度、增加工作带宽、简化电路结构、使整个电路易于加工；整个电桥通过在各部分耦合线衔接过渡区通过倒角、倒圆角处理，减小整体电路的不连续性，使整个电路的损耗更小、匹配更好。

本发明的有益效果：一、整个电桥的弱耦合部分，采用渐变结构进行耦合，从而增加工作带宽，改善电桥的定向性、减少回波损耗；二、整个电桥的强耦合部分，将两个完全相等的电桥进行串联，并采用圆弧结构进行耦合，从而加强耦合程度、增加工作带宽、简化电路结构、减小整体电路体积，便于电桥的小型化和集成化；三、上述两个弱耦合结构和一个强耦合结构按照“弱耦合—强耦合—弱耦合”的顺序进行级联，最终电桥带宽可以做到多个倍频程，并且拥有良好的定向性和回波损耗。

附图说明

图1是本发明基于多倍频程3dB正交电桥中整体模型图；

图2是本发明基于多倍频程3dB正交电桥强耦合部分模型图；

图3是本发明基于多倍频程3dB正交电桥回波损耗及隔离度曲线图；

图4是本发明基于多倍频程3dB正交电桥输出信号幅度不平衡度曲线图；

图5是本发明基于多倍频程3dB正交电桥输出信号相位不平衡度曲线图；