一种功率分配比和频率可调的微带混合环制造技术

本说明书实施例公开了一种功率分配比和频率可调的微带混合环，包括：输入端口、输出直通端口、隔离端口、输出耦合端口、第一可调单元、第二可调单元与第三可调单元，第一可调单元与二可调单元通过第三可调单元级联；第一可调单元用于控制输入端口与输出直通端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；第二可调单元用于控制隔离端口与输出耦合端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；第一可调单元与第二可调单元，用于调节微带混合环的频率至目标频率值；第三可调单元用于调节微带混合环的功率分配比至目标功率分配比。本说明书实施例的微带混合环可以同时调节频率和功率分配比。混合环可以同时调节频率和功率分配比。混合环可以同时调节频率和功率分配比。

【技术实现步骤摘要】
一种功率分配比和频率可调的微带混合环


[0001]本说明书涉及电气领域，涉及一种微波、毫米波通信中使用的无源射频器件，尤其涉及一种功率分配比和频率可调的微带混合环。

技术介绍

[0002]混合环(又名环形耦合器)可以在输出端口之间提供同相/反相信号输出，广泛应用于设计平衡混频器、平衡放大器和相控阵天线馈电网络等器件和电路。在平衡放大器中，混合环可以改善输入端口匹配特性，提供不随负载阻抗变化的稳定功率输出；在相控阵天线中，混合环可以控制波束的指向和形状。
[0003]根据可重构能力，可重构耦合器可分为频率可重构耦合器和功率分配比可重构耦合器。频率可重构耦合器通常可以通过在输入/输出端口级联可调电容，或通过使用由有源电感和变容二极管组成的可调单元替代耦合器中λ/4传输线基本单元，或者通过构造基于变容二极管的特殊电路结构来实现。然而，当调谐元件的值变化很大时，上述耦合器的匹配和隔离性能会恶化，因此其频率调谐范围受到限制。因此，设计一个在所有调谐状态下都具有良好匹配和隔离性能的频率可重构耦合器是必要的。功率分配比可重构耦合器主要通过调节传输线特性阻抗、切换不同的馈电路径或构造基于变容二极管的特殊电路结构来实现。
[0004]为了进一步适应现代动态通信系统的发展趋势，对频率和功率分配比可重构同时可调的微带混合环的需求越来越高。

技术实现思路

[0005]本说明书一个或多个实施例提供了一种功率分配比和频率可调的微带混合环，用于解决
技术介绍
提出的技术问题。
[0006]本说明书一个或多个实施例采用下述技术方案：
[0007]本说明书一个或多个实施例提供的一种功率分配比和频率可调的微带混合环，包括：输入端口、输出直通端口、隔离端口、输出耦合端口、第一可调单元、第二可调单元与第三可调单元，所述第一可调单元与所述第二可调单元通过所述第三可调单元级联；其中，
[0008]所述第一可调单元的两端连接所述输入端口与所述输出直通端口，所述第二可调单元的两端连接所述隔离端口与所述输出耦合端口，所述第三可调单元的两端分别连接所述输入端口与所述输出耦合端口，以及所述输出直通端口与所述隔离端口；
[0009]所述第一可调单元用于控制所述输入端口与所述输出直通端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；
[0010]所述第二可调单元用于控制所述隔离端口与所述输出耦合端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；
[0011]所述第一可调单元与所述第二可调单元，用于调节所述微带混合环的频率至目标频率值；
[0012]所述第三可调单元用于调节所述微带混合环的功率分配比至目标功率分配比。
[0013]本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0014]本说明书实施例的微带混合环可以首次实现中心频率和功率分配比同时可调的微带混合环，且频率和功率分配比调节范围宽；其次，本说明书实施例的微带混合环可以首次将频率可调混合环和功率分配比可调混合环合二为一，不仅有利于实现电路的小型化，还可以降低系统复杂度、功耗和成本。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0016]图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种功率分配比和频率可调的微带混合环的结构示意图；
[0017]图2为本说明书一个或多个实施例提供的功率分配比和频率可调的微带混合环的PCB布版结构示意图；
[0018]图3(a)为本说明书一个或多个实施例提供的第一可调单元和等效替代的可调传输线示意图；
[0019]图3(b)为本说明书一个或多个实施例提供的第二可调单元和等效替代的可调传输线示意图；
[0020]图4(a)为本说明书一个或多个实施例在频率可重构模式下输入端口被激励时的仿真结果图；
[0021]图4(b)为本说明书一个或多个实施例在频率可重构模式下隔离端口被激励时的仿真结果图；
[0022]图5为本说明书一个或多个实施例在频率可重构模式下输出直通端口和耦合端口间的相位差的仿真结果图；
[0023]图6为本说明书一个或多个实施例在频率可重构模式下，中心频率处，输出直通端口和耦合端口间的幅度差和相位不平衡的仿真结果图；
[0024]图7(a)为本说明书一个或多个实施例在功率分配比可重构模式下，输入端口被激励时，在中心频率1.2GHz、2.2GHz和3.0GHz处，功率分配比分别为
‑
5dB、
‑
11.4dB和
‑
12.1dB时的仿真结果图；
[0025]图7(b)为本说明书一个或多个实施例在功率分配比可重构模式下，隔离端口被激励时，在中心频率1.2GHz、2.2GHz和3.0GHz处，功率分配比分别为
‑
5dB、
‑
11.4dB和
‑
12.1dB时的仿真结果图；
[0026]图7(c)为本说明书一个或多个实施例在功率分配比可重构模式下，输入端口被激励时，在中心频率1.2GHz、2.2GHz和3.0GHz处，功率分配比分别为17dB、8dB和4dB时的仿真结果图；
[0027]图7(d)为本说明书一个或多个实施例在功率分配比可重构模式下，隔离端口被激励时，在中心频率1.2GHz、2.2GHz和3.0GHz处，功率分配比分别为17dB、8dB和4dB时的仿真
结果图；
[0028]图8为本说明书一个或多个实施例在环功率分配比可重构模式下，在中心频率1.2GHz、2.2GHz和3.0GHz时，输出直通端口和耦合端口间的相位差仿真结果图。
具体实施方式
[0029]本说明书实施例提供一种功率分配比和频率可调的微带混合环。
[0030]随着通信技术的发展，通信系统(如5G和无线功率传输系统等)的工作频带和工作标准不断增加，导致射频前端复杂度增加、成本提高以及尺寸变大，因此各类电路和器件需进行小型化和集成化设计。另外，为缓解频谱资源紧张问题，多功能可重构系统可以根据频谱环境切换到不同模式工作。针对这些挑战和应用，集成化设计多功能可重构电路和器件的研究具有十分重要的理论意义和工程应用价值。作为一种重要的功率分配/合成器件，混合环(又名环形耦合器)可以在输出端口之间提供同相/反相信号输出，广泛应用于设计平衡混频器、平衡放大器和相控阵天线馈电网络等器件和电路。
[0031]为了使本
的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率分配比和频率可调的微带混合环，其特征在于，所述微带混合环包括：输入端口、输出直通端口、隔离端口、输出耦合端口、第一可调单元、第二可调单元与第三可调单元，所述第一可调单元与所述第二可调单元通过所述第三可调单元级联；其中，所述第一可调单元的两端连接所述输入端口与所述输出直通端口，所述第二可调单元的两端连接所述隔离端口与所述输出耦合端口，所述第三可调单元的两端分别连接所述输入端口与所述输出耦合端口，以及所述输出直通端口与所述隔离端口；所述第一可调单元用于控制所述输入端口与所述输出直通端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；所述第二可调单元用于控制所述隔离端口与所述输出耦合端口之间的阻抗与电长度处于恒定状态；所述第一可调单元与所述第二可调单元，用于调节所述微带混合环的频率至目标频率值；所述第三可调单元用于调节所述微带混合环的功率分配比至目标功率分配比。2.根据权利要求1所述的微带混合环，其特征在于，所述第一可调单元包括至少两类可调电容，所述第二可调单元包括至少两类可调电容；所述第一可调单元与所述第二可调单元，用于调节所述微带混合环的频率至目标频率值，包括：所述第一可调单元用于等效替代阻抗为Z1、电长度为θ1的可调传输线，并通过传输矩阵相等的性质确定所述第一可调单元中各可调电容与所述微带混合环的频率间的第一关系式；所述第二可调单元用于等效替代阻抗为Z1、电长度为
‑
θ1的可调传输线，并通过传输矩阵相等的性质确定所述第二可调单元中各可调电容与所述微带混合环的频率间的第二关系式；根据所述第一关系式与所述第二关系式，调节所述微带混合环的频率至目标频率值。3.根据权利要求2所述的微带混合环，其特征在于，所述第一可调单元包括接地的两个第一可调电容、一个第二可调电容、两个第一电感与两个接地的第二电感，所述第二可调单元包括接地的两个第三可调电容、一个第四可调电容、两个第三电感与两个第四电感；其中，第一个第二电感、第一个第一可调电容、第一个第一电感、所述第二可调电容、第二个第一电感、第二个第一可调电容与第二个第二电感依次连接于所述输入端口与输出直通端口之间；第一个第四电感、第一个第三可调电容、第一个第三电感、所述第四可调电容、第二个第三电感、第二个第三可调电容与第二个第四电感依次连接于所述输出耦合端口与隔离端口之间。4.根据权利要求3所述的微带混合环，其特征在于，所述第一可调单元用于等效替代阻抗为Z1、电长度为θ1的可调传输线，并通过传输矩阵相等的性质确定所述第一可调单元中各可调电容与所述微带混合环的频率间的第一关系式，包括：所述第一可调单元用于将第一可调单元等效替代可调传输线(Z1，θ1)，并通过传输矩阵相等的性质确定所述第一可调单元中各可调电容的表达式
a1＝(2
‑
(2C1L2+C2(L1+L2))ω2+ω4C1C2L1L2)，得到第一关系式为：得到第一关系式为：其中，L1为第一电感，L2为第二电感，C1为第一可调电容，ω为角频率，C2为第二可调电容，Z1为阻抗，θ1为电长度。5.根据权利要求3所述的微带混合环，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭相冠，张玉霞，梁泉泉，张玉萍，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：