本实用新型专利技术提出了一种频率和相位可重构的混合耦合器及其设计方法，所述耦合器由四条两两平行的微带线，四条端口阻抗匹配线，四个隔直电容，四个射频扼流圈，四个变容二极管以及介质基板和金属地组成。所述四条微带线和四条端口阻抗匹配线用来构成基本的分支线耦合器，所述变容二极管用来实现耦合器的相位和频率可重构功能；本实用新型专利技术首次提出了相位和频率可重构的定向耦合器，将功分器件和移相器件合二为一，可广泛应用在波束成形、天线阵等系统中。
【技术实现步骤摘要】
本技术设及微波、毫米波通信中使用的禪合器，特别设及一种可同时实现频 率和相位可重构的混合禪合器，W及该禪合器的设计方法。
技术介绍
禪合器是一种具有方向性的功率分配元件，它能从主传输系统的正向波中按照不 同比例把功率分配到禪合端。在功率增益控制器件、平衡放大器、调制解调电路、相控阵雷 达系统的馈电网络中，都需要用到禪合器。一直W来，人们对禪合器的研究主要集中在带宽 增强，双频带，任意的功分比和差分相位W及频率、禪合系数可重构方面，可重构相位的禪 合器至今从未实现。 事实上，在相位天线阵中，到达每个天线的信号相位需要通过波束成形网络进行 精确控制，该通常是通过在功分器或者混合禪合器之后级联可调的移相器实现，但移相器 的引入会导致整个前馈网络产生高的插入损耗，大的相位偏差W及较大的尺寸等问题，假 如功率分配单元可W实现相位可重构，就可W去掉多元的移相单元，上述问题将迎刃而解， 所W，相位可重构特性在波束成形技术中至关重要。 因此，本技术提出一种实现相位可重构的混合禪合器，它同时还具有频率可 重构特性。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有波束成形技术中存在的不足，并填补禪合器 在可调相位特性研究中的空白，而提供一种结构简单、合理，能实现可调相位和可调频率输 出的混合禪合器。 本技术的目的通过W下技术措施解决： -种频率和相位可重构的混合禪合器，其特征是，包括从上至下依次排布的=层 结构；第一层为微带单元，第二层为基板，第=层为金属地层；其中，第一层微带单元上设 有加载变容二极管的分支线禪合器，该分支线禪合器主要由分支线禪合器、隔直电容、射频 扼流圈和变容二极管组成。 所述分支线禪合器由第一、第二、第=、第四微带线和四条端口阻抗匹配线构成， 所述第一、第二、第=、第四微带线围成四边形、且各条微带线分别作为四边形的一边，所述 第一微带线和第二微带线为一组，第=微带线和第四微带线为另一组，每一组内的两条微 带线之间相互平行且结构一致，其中，第一微带线和第二微带线作为四边形的左右两侧竖 直边，第=微带线和第四微带线作为四边形的上下两侧水平边，所述四条端口阻抗匹配线 分别拼接在第=微带线和第四微带线的两端。 所述第一微带线和第二微带线的两端分别依次连接有隔直电容、射频扼流圈和变 容二极管。 所述射频扼流圈一端跨接在隔直电容和变容二极管之间，另一端通过导线输入直 流电压，提供给变容二极管；所述变容二极管一段连接在隔直电容和射频扼流圈之间，另一 端通过金属过孔接地。 所述变容二极管型号为SkyworksSMV1265,通过改变偏置电压值在0-30V之间， 提供0. 71pF到22. 47pF的电容值。 所述加载有变容二极管的分支线禪合器，采用微带工艺固定在基板上，基板为介 质材料基板，介质材料采用厚度为0.6-0. 8mm的RogersRT/Duroid5870材料，其介电常 数在2. 25-2. 35之间；如；介质材料采用厚度为0. 787mm的RogersRT/Duroid5870材料， 其介电常数为2. 33。 所述金属地层为铺满良导体的金属地层。 所述混合禪合器在保证等功分输出的前提下，可提供45° -135°的可调差分相 位输出；且所述混合禪合器在0. 8GHZ-1.IGHz频率范围内可调 所述禪合器结构还可W用W实现其它无源器件巧日功分器，移相器）功能。 本技术的另一目的还在于提供一种频率和相位可重构的混合禪合器可重构 相位的设计方法。 一种频率和相位可重构的混合禪合器可重构相位的设计方法，其特征是，首先，根 据所需中屯、频率，初始差分相位W及3地定向禪合器的设计方法，按等功分、低反射和高隔 离的要求，W确定四条微带线的宽度和长度W及变容二极管电容的初始值，然后，固定中屯、 频率，通过改变变容二极管上的电压改变其电容值来实现不同的差分相位输出；其中，四个 变容二极管，沿水平轴对称分布的每一对二极管上的电压相等。 作为设计方法的另一实施方案，一种频率和相位可重构的混合禪合器可重构频率 的设计方法，其特征是，首先，根据初始中屯、频率，差分相位W及3地定向禪合器的设计方 法，按等功分、低反射和高隔离的要求，W确定四条微带线的宽度和长度W及变容二极管电 容的初始值，然后，固定输出差分相位，通过改变变容二极管上的电压改变其电容值来实现 不同的频率范围；其中，四个变容二极管，沿水平轴对称分布的每一对二极管上的电压相 等。 本技术的有益效果如下： (1)本技术首次提出了一种相位和频率可重构的禪合器，将波束成形技术中 的功分器件和移相器件合二为一，非常适合于相位天线阵等无线通信系统的应用。 (2)与现有技术相比，实施本技术中所采用的相位和频率可重构禪合器，具有 W下有益效果；1、通过在分支线禪合器上加载变容二极管，可实现任意差分相位，任意中屯、 频率输出。2、尺寸小，可实现小型化，易于集成；3、使用平面微带结构，结构简单，成本低； 4、可实现的可调相位角度范围广。【附图说明】 图1为本技术实施例侧面结构示意图。 图2为本技术实施例第一层上层微带整体结构示意图。 图3为本技术实施例在不同的偏置电压下实现的可重构差分相位仿真和测 量结果对比图。图4为本技术实施例输出差分相位为45°时仿真和测量的幅度响应结果对 比图。 图5为本技术实施例输出差分相位为45°时仿真和测量的相位响应结果对 比图。 图6为本技术实施例输出差分相位为90°时仿真和测量的幅度响应结果对 比图。 图7为本技术实施例输出差分相位为90°时仿真和测量的相位响应结果对 比图。 图8为本技术实施例输出差分相位为135°时仿真和测量的幅度响应结果对 比图。 图9为本技术实施例输出差分相位为135°时仿真和测量的相位响应结果对 比图。[003。 图10为本技术实施例加载不同变容二极管时(预设Ci=C2)对应的S。测量结 果图。[003引图11为本技术实施例中屯、频率为0. 8GHz时仿真和测量的幅度响应结果对比 图。[003引图12为本技术实施例中屯、频率为0. 8GHz时仿真和测量的相位响应结果对比 图。 图13为本技术实施例中屯、频率为1.IGHz时仿真和测量的幅度响应结果对比 图。 图14为本技术实施例中屯、频率为1.IGHz时仿真和测量的相位响应结果对比 图。【具体实施方式】 下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例所采用的技术方案 进行清晰、详细的说明，所描述的实施例仅仅是本技术中的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提 下所获得的其他实施例，都属于本技术实施例的保护范围。 结合图1和图2所示，一种频率和相位可重构的混合禪合器，其特征是，包括从上 至下依次排布的=层结构：第一层为微带单元101，第二层为基板102,第=层为金属地层 103 ;其中，第一层微带单元101上设有加载变容二极管的分支线禪合器200,该分支线禪合 器200主要由分支线禪合器201、隔直电容202、射频扼流圈203和变容二极管204组成。 所述分支线禪合器201由第一微带本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种频率和相位可重构的混合耦合器，其特征是，包括从上至下依次排布的三层结构：第一层为微带单元（101），第二层为基板（102），第三层为金属地层（103）；其中，第一层微带单元（101）上设有加载变容二极管的分支线耦合器（200），该分支线耦合器（200）主要由分支线耦合器（201）、隔直电容（202）、射频扼流圈（203）和变容二极管（204）组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑少勇，蒲星宇，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44
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