大频率比双频分支线定向耦合器设计

孙如英 ,韩荣苍 ,卢忠亮 ,陈庆虎

(1.临沂大学 电子工程系,山东 临沂 276000;2.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430072;3.江西理工大学 信息工程学院,江西 赣州 341000)

分支线定向耦合器是最常用的微波无源器件之一,这类耦合器的特点是两个输出端口提供了一对幅度相等、相位正交的两路信号,因此它们通常用于微波平衡放大器、调制器、镜频抑制混频器和微波整流器等常用电路[1-5],以实现良好的回波损耗及对杂散信号的高效抑制。多频段定向耦合器是设计多频段无线通信系统的关键部件,是提高多波段通信系统电磁波能量传输效率的有效途径。双频分支线定向耦合器的结构和设计方法有多种,利用T 形传输线(Transmission Line,TL)[6-8]、π 形TL[9-11]和耦合线[12-14]均可实现双频设计,这三类方案在工程中比较常用。另外,通过端口扩展[15-17]技术和左右手传输线[18-19]也可实现双频工作,但分析方法更为复杂。在工艺上,定向耦合器一般采用平面印刷电路结构。然而,由于印刷电路板线宽(决定阻抗大小)的限制,大多数双频耦合器[6-19]实现的频率比(fH/fL)都小于4(其中fH和fL分别是耦合器上、下工作频带的中心频率)。低fH/fL比不足以满足某些工业应用,例如4G 长期演进(LTE)移动通信系统和工业科学与医学(ISM)频带,它们分别需要在700,1800,2600,3600 MHz (4G-LTE)频段和900,2400,5800 MHz (ISM)频段下工作。所以,在这种情况下,设计fH/fL=3600/700=5.14 和fH/fL=5800/915=6.34 的大频率比双频微波器件是很有必要的。

本文提出了将阶梯阻抗传输线等效为λ/4 传输线的设计理念,建立了模型和传统的λ/4 传输线之间的等价关系,分析了阶梯阻抗传输线的双频工作原理,并给出了大频率比双频工作时的传输线阻抗和频率比的关系。……