[发明专利]一种基于折叠线和非等宽耦合三线的宽带超小型耦合器

说明书

本发明公开了一种基于折叠线和非等宽耦合三线的宽带超小型耦合器，构建在单层印刷电路板上，顶层为所设计的耦合器电路结构，中间层为微波介质板，底层为金属地面；所述的耦合器电路包括四个端口以及两个耦合折叠传输线和一个三线耦合传输线。本发明通过使用折叠线以及多线耦合结构，以较小尺寸实现更宽的带宽，解决了传统90度耦合器具有尺寸大及带宽窄的问题。本发明的耦合器，作为射频前端的基本部件，与传统解决方法相比，使用小于2到3倍的电路面积即可实现相同带宽。电路尺寸较小，成本较低，适用广泛；电路结构简单，易于设计且便于加工制作；电路结构平面化，可采用单层电路板加工，易于集成。

技术领域

本发明属于电气领域，涉及一种无源射频器件，尤其涉及一种基于折叠线和非等宽耦合三线的宽带超小型耦合器。

背景技术

传统耦合器主要包括正交耦合器和环形耦合器，分别具有90度和180 度相移，是所有无线通信系统的关键电路元件。此外，在某些平衡混频器、天线馈电网络以及功率放大器中，具有90度相移的耦合器也有广泛的实际用途。

随着无线通信产品和雷达产品对器件宽带、小型化和集成化的追求，在平面电路板上上研制小型化、宽带及易集成的耦合器具有重大的应用价值和现实意义。传统的耦合器体积较大、带宽较窄并且制造复杂。近些年， 90度耦合器如分支线耦合器、Lange耦合器、耦合线耦合器等，其宽带化性能被广泛研究。

采用耦合器多级级联的方式，虽然能在一定程度上拓宽耦合器的带宽，但其电路尺寸较大。采用多种不同类型的耦合结构是另一种常见的拓宽带宽的方式，如Lange耦合器虽具有较强的耦合度，但是其实用性较差。其他方法如采用耦合线代替一部分分支线、端口级联宽带匹配电路等技术，虽然这类技术在一定程度上都可以增加耦合器的带宽，但是其尺寸仍具有较大限制。此外，基于介质集成波导技术的耦合器，现面临制作成本高、加工工艺复杂和难以集成等困难。现有小型化耦合器的带宽仍相对较窄。

因此，对平面超小型、易集成的90度耦合器带宽进一步拓展仍是一项技术难题，具有重大应用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于折叠线和非等宽耦合三线的宽带超小型耦合器。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种基于折叠线和非等宽耦合三线的宽带超小型耦合器，所述的宽带超小型耦合器构建在单层印刷电路板上，顶层为所设计的耦合器电路结构，中间层为微波介质板，底层为金属地面；所述的耦合器电路包括四个端口，分别为输入端口P1、输出直通端口P2、输出耦合端口P3 和隔离端口P4，还包括两个耦合折叠传输线和一个三线耦合传输线。

进一步地，两个所述的耦合折叠传输线均由平行设置的四根传输线首尾相连，四根所述的传输线具有相同的线宽、线长和间隔。

进一步地，第一个耦合折叠传输线的第一根传输线的一端连接输入端口P1，第四根传输线的另一端与输出直通端口P2相连；第二个耦合折叠传输线的第一根传输线的一端连接隔离端口P4，第四根传输线的另一端与输出耦合端口P3相连。

进一步地，两个耦合折叠传输线顶层电路尺寸分别完全相同，偶模阻抗、奇模阻抗与电长度分别为Z_e2、Z_o2和θ₂。

进一步地，宽带超小型耦合器的四个端口阻抗均为Z₀。

进一步地，所述的三线耦合传输线由平行设置的三根传输线构成，三根传输线具有相同的线长和间隔，中间传输线的线宽与两边传输线不同，两边的传输线对称设置且具有相同的线宽。