[发明专利]一种基于多层技术的0-dB定向耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于多层技术的0-dB定向耦合器。

背景技术

定向耦合器是一种具有定向传输特性的微波毫米波多端口元器件，在微波系统中广泛应用，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率检测、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。

定向耦合器由两条传输线构成，同轴线、矩形波导、带状线和微带线等都能实现定向耦合器，所以，从结构来看，定向耦合器种类繁多，差异很大。从耦合机理来看，可分为前向型和后向型两种。前向型基于奇偶模相速度不同而工作，后向型基于奇偶模特性阻抗不同而工作。

根据“RF and Microwave Coupled-Line Circuits (Rajesh Mongia, Inder Bahl, Prakash Bhartia et al. Boston, MA: Artech House, 2007.)”中对耦合线定向耦合器的论述，前向型定向耦合器当奇偶模相速度不相等时，始终存在一个长度，使得能量能够全部传输到耦合端口，而对后向型定向耦合器而言，能量则很难完全传到耦合端口。因此，后向型定向耦合器较难实现0-dB耦合，而前向型定向耦合器虽能实现0-dB耦合，但其尺寸过大。

为减小前向型定向耦合器的物理尺寸，文献“Improved Capacitive Loading Method for Miniaturization of 0-dB Forward-Wave Directional Couplers (Ji-Hoon Park, and Yongshik Lee, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2011, 21(4) : 191-193)”提出了一种电容加载的方法，周期性加载的并联电容可增大奇偶模相速度的差异，从而使耦合区长度l = π/ |β_e-β_o|明显减小，但其物理尺寸依然大于后向型耦合器。

文献“Design of 0-dB Forward Coupler Using Half-Mode Groove Waveguide for Wireless Power Transmission (Seiya Mori, Mitsuyoshi Kishihara, Kensuke Okubo, et al., 2012 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, Page(s): 1004 -1006 )”使用半模凹槽波导结构设计了一个0-dB前向型耦合器。其中，两个半模凹槽波导对称排列，将介质条带插在两个波导中间来增加波导间的间隙从而抑制辐射，使得功率仅在介质条带内部传输，从而增加耦合强度。但由于该结构体积大、加工精度要求高，使其应用范围受到一定限制。

虽然提出了若干减小尺寸的措施，但前向型定向耦合器的尺寸仍然大于后向型定向耦合器。因此，尽管前向型耦合器能实现0-dB耦合，且定向度高，却难以满足当今电子设备小型化的需求。

综上所述，如何实现小型化的0-dB定向耦合器是设计的难点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于如何提供一种基于多层技术的0-dB定向耦合器，在满足定向度高的同时缩小定向耦合器的尺寸，使其小型化。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多层技术的0-dB定向耦合器，其特征在于，该定向耦合器为具有三个端口的后向型定向耦合器，包括四分之一波长的上层耦合线和下层耦合线，上层耦合线和下层耦合线形成宽边耦合；所述端口分别为第一端口、第二端口和第三端口；所述上层耦合线的一端与第一端口相连形成第一耦合端口、另一端与第三端口相连形成直通端口，该直通端口上加载四分之一波长开路枝节，所述下层耦合线的一端经一连接孔与第二端口相连形成第二耦合端口，下层耦合线的另一端为开路。

在本发明中，所述后向型定向耦合器具有五层结构，由下而上依次为金属接地层、介质基片层、金属层、介质基片层和金属层。

在本发明中，所述加载的四分之一波长开路枝节为扇形，也可以为其他形状。