[发明专利]一种小型化混合环耦合器及其设计方法

权利要求书

1.一种小型化混合环耦合器，包括第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)和第四端口(4)，其特征在于：第一端口(1)经第一T型传输线连接第二端口(2)，第三端口(3)经两端短路的TRD耦合线连接第四端口(4)，第一端口(1)和第三端口(3)之间跨接第二T型传输线，第二端口(2)和第四端口(4)之间跨接第三T型传输线；

所述第一T型传输线、第二T型传输线和第三T型传输线的结构为：在两个特性阻抗均为Z₁、电长度均为θ₁的传输线之间并联特性阻抗为Z₂、电长度为θ₂的开路枝节；

所述TRD耦合线的结构为在传统平行耦合微带线上周期性加载电容元件；TRD耦合线的奇、偶模特性阻抗分别为Z_e、Z_o，加载电容参数为C_s。

2.一种如权利要求1所述的小型化混合环耦合器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10：在直通端和耦合端之间接短路负载，根据微波网络分析理论，其ABCD矩阵参量分别为：

式中，Z_0e和Z_0o分别为TRD耦合线的偶模和奇模等效特性阻抗，j表示复数的虚部，将TRD耦合线的偶模电长度θ_e＝π/2和奇模电长度θ_o＝3π/2代入式(1)～(3)可得，短路TRD耦合线的ABCD矩阵为

S20：将短路TRD耦合线等效为一段3λ/4均匀传输线，短路TRD耦合线的ABCD矩阵与3λ/4均匀传输线的ABCD矩阵相等；根据微波网络理论可知，一段特性阻抗为Z_t的3λ/4均匀传输线的ABCD矩阵为

令式(4)与(5)相等可得，短路TRD耦合线与3λ/4均匀传输线的等效关系为

TRD耦合线的耦合系数定义为

S30：短路TRD耦合线等效为3λ/4均匀传输线的公式为：

式中，k为TRD耦合线的耦合系数，根据奇偶模分析方法，当耦合线的电长度θ＝π/2时，负载电容C_e为0，则TRD耦合线的偶模、奇模特性阻抗Z_e和Z_o及加载电容C_s分别为：

式中，N为电容加载个数，ω为传输信号的角频率；

S40：T型传输线的ABCD矩阵参量分别为：

式中，Z₁和Z₂为T型传输线的特性阻抗，θ₁和θ₂为T型传输线的电长度，j表示复数的虚部，根据微波网络理论，一段特性阻抗为Z_t的λ/4均匀传输线的ABCD矩阵为

令T型传输线的ABCD矩阵与λ/4均匀传输线的ABCD矩阵相等，所得等效关系式为

Z₁＝Z_tcotθ₁ (19)