[发明专利]基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，具体涉及一种结构简单、隔离度高、可实现三个频段信号交叉传输的十字型耦合器。

背景技术

随着微波/毫米波集成电路的发展，电路愈发复杂，在布线过程中，经常遇到两条微带线互相交叉、信号通道在物理结构上彼此交叉传输的情况。平面十字型耦合器为这种交叉提供了解决方案。平面十字型耦合器，能够实现两路信号彼此交叉传输，同时保持这两路信号之间相互隔离，并且所有端口均匹配。因此，十字型耦合器适用于两条微带线或集成共面波导中的信号交叉传输的情况；另外，十字型耦合器是巴特勒矩阵不可或缺的组成元件，广泛应用于天线阵列系统的馈电网络等。

为支持多标准工作，现代收发机系统要求无源器件支持多频工作以便减小电路尺寸和设计成本。许多学者研究设计出了可多频工作的十字型耦合器，如将传统的单频两节分支线结构平面耦合器扩展到三节分支线结构实现双频工作；将传统单频分支线结构平面耦合器中的垂直传输线的长度设计为平行传输线长度的两倍；将单频传输线换成多频传输线模块，如T型双频传输线替换单频平面耦合器结构中的单频传输线,将其扩展到双频应用；以及在传统结构基础上加载开路短路分支线等方式来实现双频需求。上述实现双频十字型耦合器的几种方法其缺点为：(1)大多采用不等长的微带线，各通带的频点公式难以推导计算；(2)各个通带之间的隔离度不高。而现阶段对于三频十字型耦合器的研究设计还很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器，包括上层微带结构，中间层介质板和下层接地金属；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；该三频耦合器的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口位于介质基板的上层，所述第一端口、第二端口、第三端口和第四端口分别位于介质基板的左边、上边、右边、下边四个侧边；四条50欧姆的微带线分别与对应的四个端口相连，端口四条50欧姆的微带线分别为第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线，所述相邻的两条微带线相互垂直；

七条50欧姆微带线连接成两节分支线结构，这七条50欧姆的微带线分别为第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线和第十一微带线，其中第五、第六、第七、第八微带线按顺时针方向顺次连接，形成第一个方形环状的结构；第九微带线与第六微带线平行相连，第十、第十一微带线顺次连接到第九微带线，与第七微带线共同形成第二个方形环状结构；上述两个方形环状结构构成两节分支线结构；

该两级方形分支线结构的第五微带线与端口第一微带线相连，第九微带线与端口第二微带线相连，第十微带线与端口第三微带线相连，第八微带线与端口第四微带线相连；六对平行耦合线分别连接在两节分支线结构的四角及两级连接处，这六对平行耦合线分别为第一平行耦合线、第二平行耦合线、第三平行耦合线、第四平行耦合线、第五平行耦合线和第六平行耦合线，并且对所述的六对平行耦合线进行了弯折，上层微带结构的六对平行耦合器通过六个金属化过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，所述六个金属化过孔分别为第一金属化过孔、第二金属化过孔、第三金属化过孔、第四金属化过孔、第五金属化过孔和第六金属化过孔。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：1)本发明实现了三个频段的信号交叉传输；2)本发明基于四分之一波长平行耦合线，而非通常采用的不等长的支节线，使得结构更加简单，推导计算也更加简便；3)由于传输零点的引入，三个通带之间均具有高的隔离度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于短路平行耦合线的三频十字型耦合器的原理图。

图2是本发明三频十字型耦合器奇偶模分析的等效电路图，其中图2(a)为偶-偶模等效电路图，图2(b)为偶-奇模等效电路图，图2(c)为奇-偶模等效电路图，图2(d)为奇-奇模等效电路图。

图3是本发明三频十字型耦合器的传输特性曲线与隔离端口4的特性曲线。

图4是本发明三频十字型耦合器的回波损耗曲线与隔离端口2的特性曲线。

具体实施方式