[发明专利]小型化可调耦合系数的耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及射频耦合器领域，具体涉及一种小型化可调节耦合系数耦合器。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，各种通信业务需要射频系统工作在不同频段、不同的模式下。尤其在雷达、电子对抗等通信系统中，需要可重构射频前端来满足各种模式的通信系统的要求。可调耦合器是构成可调射频前端的关键元器件之一，其可以应用在电路的功率侦测和天线阵列方向图的可重构等方面。许多学者研究设计了不同结构的可调频率的耦合器，如文献1(C.S.Kim,J.S.Park,D.Ahn,and J.B.Lim,“Variable directional coupler with LC resonator,”Electron.Lett.,Vol.36,No.18,2000，pp.1557–1559)和文献2 (“Compact quasi-lumped hybrid coupler tunable over large frequency,”Electronic Letter, Vol.43,No.19,2007，pp.1030-1031)。然而可调频率耦合器的耦合系数多在3dB左右，且不能在可调频段内自由调节耦合系数。为了实现耦合系数的可调，学者设计了多种拓扑结构的新型耦合器，如文献3(“Reconfigurable RF Quadrature Patch Hybrid Coupler,”IEEE Trans.Ind.Electron.,Vol.60,No.8,2013，pp.3349–3359)和文献4(“A varactor based 90° directional coupler with tunable coupling ratios and reconfigurable responses,”IEEE Trans. Microw.Theory Tech.,Vol.62,No.3,2014，pp.416–421)。然而现有的这些调节耦合系数的耦合器的仍然具有一些缺点：(1)电路尺寸较大；(2)所用可调元件较多，造成结构的插入损耗增加；(3)较少覆盖弱耦合的范围(10dB以上)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化可调耦合系数耦合器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种小型化可调耦合系数耦合器，包括由上至下依次设置的上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属；其中，上层微带结构包括两条相互平行的第一传输线以及两条相互平行的第二传输线，上层微带结构关于两条第一传输线的中线对称，两条第二传输线分别位于两条第一传输线中线的两侧且第二传输线的两端与两条第一传输线垂直连接，两条第一传输线的端口共设有四个网络端口，分别为第一网络端口、第二网络端口、第三网络端口、第四网络端口，两条第二传输线的中点通过隔离电容与可调电纳结构的一端连接，可调电纳结构的另一端接地；

第一传输线包括两条第一微带线以及一条第二微带线，两条第一微带线的一端分别与第二微带线的端口连接；

第二传输线包括两条第三微带线以及一条第四微带线，两条第三微带线的一端分别通过串联电感与第四微带线连接；两条第三微带线的另一端分别与第一微带线与第二微带线的连接处垂直连接。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：1)结构简单，仅引入了两个变容二极管便实现了耦合系数的可调节；2)结构的小型化，本发明利用串联电感构成等效微带线，可以减少微带线的电长度；3)可调范围覆盖可以覆盖弱耦合系数，本发明的耦合系数范围可以覆盖10dB～18dB；4)使用材料及元器件的成本较低，具有广泛的通用性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明小型化可调耦合系数耦合器的上层微带结构的结构图。

图2为调耦合系数为9.0dB时，本发明小型化可调耦合系数耦合器的S参数响应曲线图。

图3为调耦合系数为13.3dB时，本发明小型化可调耦合系数耦合器的S参数响应曲线图。

图4为调耦合系数为18.4dB时，本发明小型化可调耦合系数耦合器的S参数响应曲线图。

图5为调耦合系数分别为9.0dB、13.3dB、18.4dB时，输出端口P2和P3的相位差随频率变化的曲线。

具体实施方式