宽频带低损耗定向耦合器及调频发射机系统技术方案

本发明专利技术涉及一种宽频带低损耗定向耦合器，包括测量端点；至少两条主路由测量端点连接构成，每条主路上设置有第一电感；电感支路由第二电感构成，电感支路连接于至少两条主路之间；电容支路由第一电容构成，电容支路连接于至少两条主路之间，电容支路与电感支路并联；接地旁路连接主路，接地旁路上设置有第二电容。本发明专利技术基于IPD制造工艺并采用LC单元电路拓扑结构来设计定向耦合器，在兼顾器件小尺寸、易集成的同时，实现了低插入损耗、宽频带、弱耦合、强隔离等优异的射频性能。强隔离等优异的射频性能。强隔离等优异的射频性能。

【技术实现步骤摘要】
宽频带低损耗定向耦合器及调频发射机系统


[0001]本专利技术涉及微波器件
，尤其是指一种宽频带低损耗定向耦合器及调频发射机系统。

技术介绍

[0002]随着现代通信科技水平的高速发展，微波通信凭借其在远距离通信中频带宽、信道容量大、通信质量高等优点使其目前主要应用于微波中继通信、天线、雷达等方面。然而随着微波理论的完善以及5G技术、射频识别技术等的逐步发展，微波器件也开始逐渐受到重视。定向耦合器是其中一种应用广泛的微波元件，它可以应用于信号检测与处理，信号合成、功率监测等；在无线通信系统中，它可以实现信号间的相互隔离等；在连续波调频雷达系统中，它能够将部分能量耦合出来作为本振信号，也可以用来合成相控雷达系统馈电网络的天线方向图等；不仅如此，定向耦合器还可以在通信系统中实现稳定、准确的输出功率控制。
[0003]定向耦合器是一种无源的端口互易的四端口器件，其中的一个端口与输入端口隔离。在理想状态下，四个端口都是完全匹配，且电路无损耗。定向耦合器用于采样输入信号和输出信号，其性能参数主要包括插入损耗、隔离度、耦合度、输入驻波比及工作带宽等。现代通信设备正在朝着小型化、集成化、便捷化方向发展，传统的定向耦合器大多都是采用印刷电路板(PCB)或是低温共烧陶瓷(LTCC)加工方式，由于工艺对器件中微带线、电容、电感等产生的限制，现有的定向耦合器物理尺寸偏大，集成难度大，不利于定向耦合器的进一步发展。因此，需要一种尺寸小、射频性能优良的定向耦合器来满足现代无线通信系统的发展。而集成无源器件(IPD)工艺则凭借其小尺寸、高射频性能、低成本以及易加工等优势逐渐受到重视。
[0004]现有的定向耦合器主要是基于微带线、带状线和波导等方式实现，在性能及尺寸方面都有所局限。在使用微带线结构设计耦合器时，其耦合度取决于介质板的介电常数以及两条传输线之间的间距大小，在传统的PCB电路板以及LTCC加工工艺中，还无法实现小尺寸的可以同时兼顾耦合器的各项性能指标，故而难以满足该器件设计的要求。如刁振宇在2019年设计的微带型定向耦合器，是通过设计了在耦合微带线两侧的三角形过渡接地贴片结构，并将传统的第四个端口(隔离端口)用贴片电阻进行负载匹配，其耦合器在通带(5.6～8.5GHz)内的传输系数大于
‑
1dB,耦合度在
‑
12dB和
‑
10dB之间,输出端口的隔离度达到
‑
20dB，反射系数小于
‑
18dB,并且输出驻波比小于1.2；公开号为CN216015674U中提出的75欧姆阻抗双定向耦合器在500kHz
‑
4GHz工作频段范围内，插入损耗为3dB，耦合度为30dB，隔离度D≥57dB(仅高频段)，输入驻波比VSWR≤1.2，但此双定向耦合器的整体结构尺寸却为：70.4mm
×
17.5mm
×
6mm；又如公开号为CN113410601B提出的一种带状线波定向耦合器单元电路，其可以实现在6.1
‑
6.7GHz频段范围内驻波S11、直通端S21与隔离端口S41均在
‑
10dB以下；公开号为CN110677137A的专利中提出了一种宽带小型化波定向耦合器电路单元拓扑结构，在其工作频段内，耦合度S31接近0dB，直通端S21和驻波S11均小于
‑
10dB，隔离端S41
在
‑
10dB左右。由上述现有技术可以得出基于PCB和LTCC工艺的定向耦合器在实现低损耗、强隔离下无法同时兼顾小尺寸及宽频带的特性，因此，设计得到一种基于IPD的在兼顾器件小尺寸、易集成的同时实现低插入损耗、宽频带、弱耦合、强隔离的定向耦合器显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的问题，提出一种宽频带低损耗定向耦合器及调频发射机系统，其基于IPD制造工艺并采用LC单元电路拓扑结构来设计定向耦合器，在兼顾器件小尺寸、易集成的同时，实现了低插入损耗、宽频带、弱耦合、强隔离等优异的射频性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种宽频带低损耗定向耦合器，包括：
[0007]测量端点；
[0008]至少两条主路，其由测量端点连接构成，每条主路上设置有第一电感；
[0009]电感支路，其由第二电感构成，所述电感支路连接于至少两条主路之间；
[0010]电容支路，其由第一电容构成，所述电容支路连接于至少两条主路之间，所述电容支路与所述电感支路并联；
[0011]接地旁路，其连接所述主路，所述接地旁路上设置有第二电容。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述测量端点连接构成两条主路，所述测量端点包括输入端、直通端、耦合端和隔离端，所述输入端和直通端连接构成其中一条主路，耦合端和隔离端连接构成另一条主路。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，每条主路的中点连接电感支路，所述电感支路互联两条主路。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，电容支路的数量为两条，两条电容支路关于电感支路的中心点中心对称，且每条电容支路互联两条主路。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，设置于每条主路上的第一电感的数量为两个，两个第一电感串联在所述主路上，且两个第一电感关于电感支路的中心点中心对称。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，第一电容的数量为一个，一个第一电容设置于所述电容支路上。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，设置于每条主路上的第一电感的数量为四个，四个第一电感等分为两组，两组第一电感串联在所述主路上，且每组中的两个第一电感关于电感支路的中心点中心对称。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，电容支路的数量为四条，四条电容支路等分为两组，每组中的两条电容支路关于电感支路的中心点中心对称，且每条电容支路互联两条主路。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，每组中的其中一条电容支路上的第一电容的数量为一个，另外一条电容支路上的第一电容的数量为两个。
[0020]此外，本专利技术还提供一种调频发射机系统，包括如上述所述的宽频带低损耗定向耦合器。
[0021]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0022]1.本专利技术基于IPD制造工艺并采用LC单元电路拓扑结构来设计定向耦合器，在兼
顾器件小尺寸、易集成的同时，实现了低插入损耗、宽频带、弱耦合、强隔离等优异的射频性能；
[0023]2.本专利技术通过以LC单元为基础组件设计的对称结构，实现了能量的传输与耦合，并在一定频段范围内保持稳定。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]图1为本专利技术提出的定向耦合器所用基板结构示意图；
[0026]图2为本专利技术提出的一阶宽频、低损耗、弱耦合定向耦合器电路结构拓扑图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽频带低损耗定向耦合器，其特征在于，包括：测量端点；至少两条主路，其由测量端点连接构成，每条主路上设置有第一电感；电感支路，其由第二电感构成，所述电感支路连接于至少两条主路之间；电容支路，其由第一电容构成，所述电容支路连接于至少两条主路之间，所述电容支路与所述电感支路并联；接地旁路，其连接所述主路，所述接地旁路上设置有第二电容。2.根据权利要求1所述的宽频带低损耗定向耦合器，其特征在于：所述测量端点连接构成两条主路，所述测量端点包括输入端、直通端、耦合端和隔离端，所述输入端和直通端连接构成其中一条主路，耦合端和隔离端连接构成另一条主路。3.根据权利要求2所述的宽频带低损耗定向耦合器，其特征在于：每条主路的中点连接电感支路，所述电感支路互联两条主路。4.根据权利要求3所述的宽频带低损耗定向耦合器，其特征在于：电容支路的数量为两条，两条电容支路关于电感支路的中心点中心对称，且每条电容支路互联两条主路。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的宽频带低损耗定向耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：强天，王彦雄，雷玉双，徐梦鑫，汤攀，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：