基于双面平行带线的小型化双频混合环制造技术

一种射频微波技术领域的基于双面平行带线的小型化双频混合环，由介质基板及两组镜像对称设置于介质基板上下表面的带线组合组成，每组带线组合包括：四组对应的馈线、开路短截线以及阶梯阻抗结构，其中：四组开路短截线分别设置于介质基板上，四组阶梯阻抗结构环绕设置于四组开路短截线外部，四组馈线分别设置于阶梯阻抗结构的外围。本发明专利技术采用由双面平行带线实现的反相器实现电路的小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种射频微波
的装置，具体是一种基于双面平行带线的小型化双频混合环。
技术介绍
随着通信技术的发展，越来越多的系统同时工作在两个频段上，例如2. 45/5. 2GHz 的无线局域网(WLAN)和0. 90/1. 80GHz的全球移动通讯系统(GSM)。混合环耦合器是一种用于射频微波功率分配与合成的四端口电路。用于功率分配时，它可输出两个等幅同相或反相的信号；用于功率合成时，则可给出一个和信号(Σ )、一个差信号(Δ)。混合环耦合器常用于功率放大器、混频器和多天线馈电网络中，是射频前端关键无源元件之一。为同时满足通信系统双频工作、高密度集成、低成本的要求，混合环耦合器也应具备较灵活的双频工作能力且小型化。而传统混合环耦合器(Conventional Rat-race Coupler)由三个λ/4 和一个3 λ/4的分支线(Branch Line)构成，周长和面积都较大，而且其只适合于两个频率满足奇数倍关系(即f2 = Sf1^f1,...)的情况。因此，研发出新型小型化双频混合环耦合器方可解决传统混合环遇到的技术挑战。经过对现有技术的检索发现，美国专利文献号US2009/(^89737A1《基于超材料的紧凑双频混合环耦合器(Compact Dual-Band Metamaterial-Based Hybrid Ring Coupler)》以基于超材料的复合左右手(Composite Right-/Left_Handed)延迟线取代传统混合环中的传输线，可实现正负可控且随频率非线性变化的相移，从而实现任意双频特性及小型化；但其各段分支线电长度仍限定在士90°，混合环面积缩小约一半，工作频率较低时仍占据较大面积，需要使用额外的表贴元件。美国专利文献号US2010/0371313A1《双频耦合器单元及相关耦合器和接收器 (Dual-Band Coupler Unit and Dual-Band Coupler Thereof and Receiver Thereof) )) 于平行耦合线提出了一种双频混合环结构；由于采用的微带C型节中平行耦合线难以实现紧耦合，致使整个C型节尺寸较大，且其中较长的平行耦合线无法弯折，整体电路尺寸也较大。此外，Cheng,K. _Κ· Μ.等在 IEEE Microw. Wireless Compon. Lett.期刊上发表的《一款新颖双频混合环设计(A Novel Rat-Race Coupler Design for Dual Band Application)》一文通过在传统混合环基础上加入两条短路短截线设计了一款双频微带混合环；由于该混合环中的一条分支线过长，该结构的尺寸仍较大。Hsu，C.-L.等在IEEE Trans. Microw. Theory Tech.期刊上发表的《任意功分比小型化双频混合环(Miniaturized Dual-Band Hybrid Couplers With Arbitrary Power Division Ratios)》利用两端带有开路短截线的阶梯阻抗结构(Stepped Impedance Mructure)设计了三款2. 45/5. 2GHz混合环；由于其采用的微带线难以实现很高的特性阻抗，小型化程度受到一定限制。aiang， H.等在IET Microw. Antennas Propag.期刊上发表的《双频混合环设计(Design of Dual-band Rat-Race Couplers)》中提出了用T型线来设计两个频带中心频率比值小于3的双频混合环；由于该混合环中的一条T型线尺寸过长，该结构尺寸仍较大。Chin，K. -S. 等在IEEE Trans. Microw. Theory Tech.期刊上发表的《带有阶梯阻抗短截线的紧凑双频分支线和混合环耦合器(Compact Dual-Band Branch-Line and Rat-Race Couplers With Stepped-Impedance-Stub Lines)》一文通过加载阶梯阻抗短截线设计了一款双频混合环； 该结构中仍含有一条较长的类似于传统混合环中3 λ/4的分支线，其尺寸仍较大。上述双频混合环均未结合反相器(Phase Inverter)设计，小型化程度较为有限。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于双面平行带线的小型化双频混合环，结合由双面平行带线实现的反相器实现电路的小型化。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术由介质基板及两组镜像对称设置于介质基板上下表面的带线组合组成，每组带线组合包括四组对应的馈线、开路短截线以及阶梯阻抗结构，其中四组开路短截线分别设置于介质基板上，四组阶梯阻抗结构环绕设置于四组开路短截线外部，四组馈线分别设置于阶梯阻抗结构的外围。所述的馈线为50 Ω的双面平行带线馈线，用于与标准的SMA接头连接。所述的开路短截线首部分别与阶梯阻抗结构相连，尾部位于四组阶梯阻抗结构组成的环形内部。所述的四组阶梯阻抗结构具体为由一个第一双面平行带线和两个第二双面平行带线组成的第一阶梯阻抗结构、第二阶梯阻抗结构和第三阶梯阻抗结构，以及由两组对应的第三双面平行带线、第四双面平行带线和双面平行带线反相器组成的第四阶梯阻抗结构。其中第一和第三双面平行带线的特征阻抗分别低于第二和第四双面平行带线。所述的第二双面平行带线分别位于第一双面平行带线的两端并与之相连。所述的第四阶梯阻抗结构中第四双面平行带线、第三双面平行带线和双面平行带线反相器依次连接，其中两组对应第三双面平行带线和双面平行带线反相器互为中心对称设置。所述的双面平行带线反相器由两个带有金属通孔的阶梯带线组成，其中金属通孔位于阶梯带线内，金属通孔贯穿带线组合及介质基板。本专利技术通过以下方式进行工作每条开路短截线可分解为两条并联的开路短截线，因此，该混合环实质上是由四个由阶梯阻抗结构和位于该阶梯阻抗结构两端的两条开路短截线构成的双频段阻抗变换器组成。在去掉第四阶梯阻抗结构中的双面平行带线反相器所引起的180°附加相移后，如果这四个双频段阻抗变换器在低的工作频点上所等效的传输线的特征阻抗和电长度(该电长度小于90° )分别相等且在高的工作频点上所等效的传输线的特征阻抗和电长度(该电长度与低的工作频点上所等效的传输线的电长度之比不必等于相应的设计频率之比)也分别相等，则该混合环便同时实现了小型化和在所需频点上的双频段工作。与现有的技术相比，本专利技术的优点在于1.采用双面印刷电路板结构，便于加工； 2.采用双面平行带线，易于实现高阻抗线、反相器和较高的功率容量；3.尺寸小；4.双频工作。附图说明图1所示为本专利技术的整体结构示意图。图2所示为实施例基于双面平行带线的小型化0. 9/1. 8GHz混合环的顶层图。图3所示为实施例基于双面平行带线的小型化0. 9/1. 8GHz混合环的底层图。图4所示为实施例基于双面平行带线的小型化0. 9/1. 8GHz混合环的仿真和测试结果图；其中图如为同相输出幅度响应图，图4b为反相输出幅度响应图，图如为相位响应图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于双面平行带线的小型化双频混合环，由介质基板及两组镜像对称设置于介质基板上下表面的带线组合组成，其特征在于，每组带线组合包括：四组对应的馈线、开路短截线以及阶梯阻抗结构，其中：四组开路短截线分别设置于介质基板上，四组阶梯阻抗结构环绕设置于四组开路短截线外部，四组馈线分别设置于阶梯阻抗结构的外围。

【技术特征摘要】
1.一种基于双面平行带线的小型化双频混合环，由介质基板及两组镜像对称设置于介质基板上下表面的带线组合组成，其特征在于，每组带线组合包括四组对应的馈线、开路短截线以及阶梯阻抗结构，其中四组开路短截线分别设置于介质基板上，四组阶梯阻抗结构环绕设置于四组开路短截线外部，四组馈线分别设置于阶梯阻抗结构的外围。2.根据权利要求1所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的馈线为50 Ω的双面平行带线馈线，用于与标准的SMA接头连接。3.根据权利要求1所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的四组阶梯阻抗结构具体为由一个第一双面平行带线和两个第二双面平行带线组成的第一阶梯阻抗结构、第二阶梯阻抗结构和第三阶梯阻抗结构，以及由两组对应的第三双面平行带线、第四双面平行带线和双面平行带线反相器组成的第四阶梯阻抗结构，其中第一和第三双面平行带线的特征阻抗分别低于第二和第四双面平行带线。4.根据权利要求3所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的第二双面平行带线分别位于第一双面平行带线的两端并与之相连。5.根据权利要求3所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的第四阶梯阻抗结构中第四双面平行带线、第三双面平行带线和双面平行带线反相器依次连接，其中两组对应第三双面平行带线和双面平行带线反相器互为中心对称设置。6.根据权利要求3或5所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的双面平行带线反相器由两个带有金属通孔的阶梯带线组成，其中金属通孔位于阶梯带线中，金属通孔贯穿带线组合及介质基板。7.根据权利要求1所述的基于双面平行带线的小型化双频混合环，其特征是，所述的介质基板为长方体结构，其相对介电常数为2. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国庆，吴林晟，周亮，尹文言，毛军发，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31