一種高方向性的微帶定向耦合器的制造方法
【專利摘要】本發明屬于微波通信技術領域，具體涉及一種高方向性的微帶定向耦合器。本發明包括殼體及微帶板，微帶板上至少布置兩組微帶線；以垂直微帶板板面作一鉛垂面，兩組微帶線沿該鉛垂面而面對稱布置；兩微帶線的槽口朝向彼此反向，槽背彼此平行并列且兩槽背間存有間距；在微帶線的槽底中心點處沿殼體底面向該微帶線的槽口方向延伸有一根等效電感帶線，且該等效電感帶線的延伸段呈現偏向該微帶線的一側槽壁的盤絲狀或直角彎折狀，兩根等效電感帶線彼此軸對稱布置；等效電感帶線的延伸段的末端處布置有用于與微帶板的地相連接的金屬化孔。本發明可有效的提升耦合器的方向性，進而使得器件能滿足低損耗、高方向性的電訊指標。
【專利說明】
一種高方向性的微帶定向耦合器
技術領域
[0001] 本發明屬于微波通信技術領域，具體涉及一種高方向性的微帶定向耦合器。
【背景技術】
[0002] 定向耦合器作為一種重要的微波元件，在微波電路與微波集成電路中有著廣泛的 應用。目前多以奇偶模分析法來進行微帶線定向耦合器的微波電路結構分析，然而該分析 方法需要滿足以下條件：
[0003] 1)、線上為 TEM 波；
[0004] 2)、2根微帶線的參量相同；
[0005] 3)、微帶線完全置于均勻介質中；
[0006] 4)、微帶線損耗可忽略不計；
[0007] 5 )、耦合微帶線只工作于偶模及奇模的工作狀態。
[0008] 基于上述奇偶模分析法，進而得出理想均勾介質中微帶線定向親合器的理想無反 射條件和理想隔離條件為：
[0009] l)Sii = 0.5(Siie+Sii〇)=0,理想無反射條件；
[0010] 2)S31=0.5( S4ie_S4i。）= 0，理想隔離條件；
[0011 ]式中，下標e、o分別代表偶模與奇模，理想均勾介質中奇模與偶模的相速度是相 同。
[0012] 然而，上述也只是理想狀況下的分析和計算。實際應用中，由于微帶線部分處在介 質板上部的空氣中，而并不是全部處于理想狀況下的均勻介質內，這使得隨之產生的電場 囊括了空氣與介質基片兩個工作環境，進而使得其奇偶模相速度不均等。由于奇偶模相速 度的差異，往往會導致奇偶模的S參數不同，隔離度下降，最終也就影響了耦合器的方向性， 并隨之影響到關聯器件的靈敏度和精度。

【發明內容】

[0013] 本發明的目的為克服上述現有技術的不足，提供一種結構更為緊湊合理的具備高 方向性的微帶定向耦合器。本發明可有效的提升耦合器的方向性，進而使得器件能滿足低 損耗、高方向性的電訊指標。
[0014] 為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0015] -種高方向性的微帶定向親合器，包括殼體以及板面貼合的固定于殼體內腔底面 處的微帶板，其特征在于:微帶板板面處至少布置兩組外形均呈直角槽型彎折的微帶線；以 垂直微帶板板面作一鉛垂面，兩組微帶線沿該鉛垂面而面對稱布置;兩微帶線的槽口朝向 彼此反向，槽背彼此平行并列且兩槽背間存有間距;在微帶線的槽底中心點處沿殼體底面 向該微帶線的槽口方向延伸有一根等效電感帶線，且該等效電感帶線的延伸段呈現偏向該 微帶線的一側槽壁的盤絲狀或直角彎折狀，兩根等效電感帶線彼此軸對稱布置;等效電感 帶線的延伸段的末端處布置有用于與微帶板的地相連接的金屬化孔。
[0016] 所述外形呈直角槽型彎折的微帶線，由構成兩側槽壁的50 Ω微帶線以及構成槽底 的耦合微帶線彼此首尾銜接組成;等效電感帶線的一端固定于直條狀的耦合微帶線的中心 點處，其延伸段呈現向同一方向作連續三段彎折的直角彎折狀構造。
[0017] 所述50 Ω微帶線線寬為1.42mm，耦合微帶線線寬為1.47mm;兩組微帶線的槽背之 間的間距為〇.14_;以每根等效電感帶線的由耦合微帶線的中心點處向微帶線槽口處直線 延伸的一段為直電感線段，該直電感線段長度為5.53mm，以由直電感線段向一側槽壁處依 次作同向彎折的三段彎折段分別命名為第一彎折段、第二彎折段和第三彎折段，所述第一 彎折段長度為15.7mm，第二彎折段長度為1.5mm，第三彎折段長度為13.1mm;所述金屬化孔 孔徑3mm。
[0018] 微帶板介電常數為2.2，板厚為0.508mm，覆銅厚度為0.035mm。
[0019] 耦合微帶線長度為四分之一傳導波長。
[0020]本發明的有益效果在于：
[0021]有別于傳統的直接單純以微帶線焊固于微帶板上的固定結構形式，本發明采用了 獨特的軸對稱結構的等效電感帶線，用以提升耦合器的方向性。具體而言，本發明通過在兩 組微帶線部分處軸對稱的加載并聯電感，以確保奇偶模相速度等同性，從而可以使該耦合 器得到理想的最大隔離度，進而實現了器件的低損耗、高方向性的電訊指標。本發明具備方 向性高、結構緊湊、體積小、易裝卸、易集成，便于與其他模塊等組裝在一起等一系列優點， 且重復性和一致性很好，成本較低，可以大批量生產，可滿足多種情況下的應用需求。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的外觀結構圖；
[0023]圖2為微帶板位于殼體內的安裝位置俯視圖；
[0024]圖3為圖2的I部分局部放大圖；
[0025]圖4為本發明的各端口仿真駐波曲線圖；
[0026]圖5為本發明的仿真S參數曲線圖。
[0027] 附圖中各標號與本發明的各部件名稱對應關系如下：
[0028] 10-殼體11-盒體12-盒蓋
[0029] 20-微帶板
[0030] 21-微帶線221-金屬化孔21a-50Q微帶線21b-耦合微帶線 [0031] 22-等效電感帶線22a-直電感線段22b-第一彎折段
[0032] 22c-第二彎折段22d-第三彎折段
【具體實施方式】
[0033] 為便于理解，此處結合附圖對本發明的具體實施結構及工作流程作以下描述：
[0034] 本發明的具體結構，如圖1-3所示，其包括作為外部包容物的殼體10。殼體10由具 備盒腔的盒體11以及覆蓋于盒體11盒口處的盒蓋12組合構成，盒腔內貼附固定微帶板20。 盒體11為長方盒狀，沿其盒邊布置有4個端口，分別為輸入端口、直通端口、耦合端口和隔離 端口。
[0035]圖1-3中，其盒體11盒腔尺寸與微帶板20的尺寸應當相對應，并對盒腔做正公差。 盒腔11內腔的高度因傳輸信號的功率容量定為7mm。盒腔的尺寸為47mmX23mmX 7mm。輸入 端口、直通端口、耦合端口、隔離端口的駐波VSWR在工作頻段內小于1.04。
[0036]微帶板20上布置有兩組微帶線21。在圖2-3所示的實施例中，兩組微帶線21均為直 角槽狀彎折或者說是"U"型直角彎折狀。以平行盒體11長度方向的鉛垂面為對稱面，兩組微 帶線21彼此槽背相鄰而槽口相對的沿上述對稱面而面對稱布置。微帶線21本身則由兩根50 Ω微帶線21a配合一根耦合微帶線21b構成。當以直角槽狀彎折來形容微帶線21形狀時，兩 根50 Ω微帶線21a構成其兩側的槽壁，一根耦合微帶線21b構成其槽底。具體反應在圖2-3中 時，50Ω微帶線21線寬W0 = 1.42mm，該段微帶線的長度沒有限制，可根據器件設計的要求進 行調節。親合微帶線21b的線寬Wl = l .47mm。親合微帶線21b之間的間距，也即兩組微帶線21 的槽背間距WC = 0.14mm。
[0037] 在上述微帶線20的基礎上，如圖3所示，沿耦合微帶線21b的中心點處直線狀的延 伸有等效電感帶線22。該等效電感帶線22反映在圖2-3中時，呈現出了向某一同側而三段連 續彎折的直角彎折線構造。所謂的同方向連續直角彎折;也即某根等效電感帶線22在由垂 直耦合微帶線21b長度方向延伸后，當首先向該延伸方向的右側直角彎折一次時，會再持續 延伸一段路徑，再向該持續延伸的方向的右側再直角彎折一次，以此類推，也即同方向的連 續彎折，最終形成圖3所示的回旋結構。而在實際應用中，等效電感帶線22也可呈現螺旋狀 的盤繞結構等，此處就不再贅述。在圖3的實施例中，等效電感帶線22的線寬WL = 0.3mm，其 總長度為35.83mm，其中直電感段21a的LI = 5.53mm，第一彎折段21b的L2 = 15.7mm，第二彎 折段21c的L3 = l .5mm，第三彎折段21d的L4 = 13.1mm。在等效電感帶線22的末端，也即等效 電感帶線22的相對固定耦合微帶線21b的端部的另一端處，設置接有半徑1.5mm的金屬化孔 221，從而使得等效電感帶線22能與微帶板20的地相連接。對于微帶板20而言，其選用的型 號優選為F4B-2，其介電常數為2.2，板材厚度為0.508mm，覆銅厚度為0.035mm。
[0038] 進一步的，所述耦合微帶線21b的長度在理論值上為四分之一傳導波長。而需要說 明的是，所述四分之一傳導波長僅為理論值，實際長度經過軟件程序的進一步優化后，可能 會與該理論值有一些偏差，因此本發明允許上述實際距離與該理論值存在一定的偏差。 [0039] 以S12表示入射端口 2到出設端口 1的插入損耗，S21表示入射端口 1到出設端口 2的 插入損耗。由圖4-5中不難看出，經由本發明的結構改進后，耦合器的傳輸特性S12/S21在帶 內為-0.31dB±0.01dB，耦合特性S13/S31在帶內為-12dB±0.5dB，隔離特性S14/S41在在內 <-45dB。根據公式:方向性D =隔離度I-耦合度C，可以看出其結構的方向性大于33dB，部分 頻段方向性甚至可以達到50dB以上，耦合器的方向性得到了顯著增強。
[0040] 為便于理解，現將本發明的工作原理作進一步的如下闡述：
[0041] 傳統的微帶線耦合器都屬于弱耦合器的范疇，對于加強弱耦合器的方向性，歷來 是一件很困難的事。本發明在傳統微帶定向耦合器的基礎上，在耦合器的耦合微帶線21b中 間位置加載并聯電感，從而形成如圖1 -2所示的結構。
[0042]通過加載了并聯電感的耦合器，使得傳統定向耦合器的四端口 S參數替換為以下 的公式表不：
[0045] Ze〇 = jZ〇etan(Be/2)
[0046] Z〇〇 = jZo〇tan(B〇/2)
[0047] 同樣的，公式中的Z參數也可以由奇偶模輸入阻抗表示，如下：
[0048] Zlle=(Zee+Zeo)/2
[0049] Z21e=(Zee-Zeo)/2
[0050] Zll〇= (Z〇e+z〇〇)/2
[0051] Z2i〇=( Z〇e-Z 00)/2
[0052] 其中，上式內的下標1、2、3、4分別代表耦合器的四個端口；之后，四端口 S參數的公 式就可以進一步簡化為：
[0053] ZeeZoo = ZeoZoe
[0055]依據上述，我們就可以得到理想隔離度所需要的電感值：
[0057] 公式中的下標〇、e分別代表親合器中的偶模和奇模。
[0058] 由上可知，本發明中用加載并聯電感的方法使得整個耦合器的系統阻抗與傳統耦 合器的系統阻抗Z0不再相同。這種結構上的改變，對于改善傳統耦合器的隔離度和耦合度 都是非常直接和有效的，進而使得耦合器的整體系統結構中，奇偶模的傳播相速度也得到 改善。上述改善可以使該耦合器得到理想的最大隔離度，即可以得到很高的方向性，這給提 高傳統耦合器的方向性提出了一種簡單可行的方法。
【主權項】
1. 一種高方向性的微帶定向耦合器，包括殼體(10)以及板面貼合的固定于殼體(10)內 腔底面處的微帶板(20)，其特征在于:微帶板(20)板面處至少布置兩組外形均呈直角槽型 彎折的微帶線（21);以垂直微帶板(20)板面作一鉛垂面，兩組微帶線(21)沿該鉛垂面而面 對稱布置;兩微帶線(21)的槽口朝向彼此反向，槽背彼此平行并列且兩槽背間存有間距;在 微帶線(21)的槽底中心點處沿殼體（10)底面向該微帶線（21)的槽口方向延伸有一根等效 電感帶線(22)，且該等效電感帶線(22)的延伸段呈現偏向該微帶線(21)的一側槽壁的盤絲 狀或直角彎折狀，兩根等效電感帶線（22)彼此軸對稱布置;等效電感帶線（22)的延伸段的 末端處布置有用于與微帶板(20)的地相連接的金屬化孔(221)。2. 根據權利要求1所述的一種高方向性的微帶定向耦合器，其特征在于:所述外形呈直 角槽型彎折的微帶線（21)，由構成兩側槽壁的50 Ω微帶線（21a)以及構成槽底的耦合微帶 線(21b)彼此首尾銜接組成;等效電感帶線(22)的一端固定于直條狀的耦合微帶線(21b)的 中心點處，其延伸段呈現向同一方向作連續三段彎折的直角彎折狀構造。3. 根據權利要求2所述的一種高方向性的微帶定向親合器，其特征在于:所述50 Ω微帶 線(21a)線寬為1.42mm，耦合微帶線(21b)線寬為1.47mm;兩組微帶線(21)的槽背之間的間 距為0.14mm;以每根等效電感帶線（22)的由親合微帶線（21b)的中心點處向微帶線（21)槽 口處直線延伸的一段為直電感線段(22a)，該直電感線段(22a)長度為5.53mm，以由直電感 線段(22a)向一側槽壁處依次作同向彎折的三段彎折段分別命名為第一彎折段(22b)、第二 彎折段(22c)和第三彎折段(22d)，所述第一彎折段(22b)長度為15.7mm，第二彎折段(22c) 長度為1.5mm，第三彎折段(22d)長度為13.1mm;所述金屬化孔(221)孔徑3mm。4. 根據權利要求2或3所述的一種高方向性的微帶定向耦合器，其特征在于：微帶板 (20)介電常數為2.2，板厚為0.508_，覆銅厚度為0.035_。5. 根據權利要求2或3所述的一種高方向性的微帶定向耦合器，其特征在于:耦合微帶 線(21b)長度為四分之一傳導波長。
【文檔編號】H01P5/18GK106025478SQ201610512421
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】高靜, 胡衛東, 魯長來, 王甜, 孫浩, 李霞, 侯艷茹, 吳瑩瑩, 袁士濤, 禹清晨
【申請人】安徽四創電子股份有限公司