CN112909473A - 一种改进环形定向耦合器电路 - Google Patents

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马婷
谢浩生
张�浩
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips

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Abstract

本发明公开了一种改进环形定向耦合器电路，包括环形定向耦合器、两段四分之一波长特征阻抗为Z0(50Ω)的短路支节，所述环形定向耦合器包括P1端口、P2端口、P3端口、P4端口，所述P1端口与P2端口、P2端口与P3端口、P3端口与P4端口之间连接四分之一波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线，所述P4端口与P1端口间连接四分之三波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线，本发明满足5G应用中对不同频段信号的耦合与传输，大大提升了网络移动数据的传输速度。

Description

一种改进环形定向耦合器电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种改进环形定向耦合器电路。
背景技术
5G技术，是指第五代移动通信技术、蜂窝移动通信技术，5G的核心是表示声音和图像的模拟信号在手机中被数字化，由模数转换器转换并作为比特流传输，主要优势在于数据传输速率高，可满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。
移动数据流量的暴涨将给网络带来严峻的挑战，首先，如果按照当前移动通信网络发展，容量难以支持千倍流量的增长，网络能耗和比特成本难以承受；其次，流量增长必然带来对频谱的进一步需求，而移动通信频谱稀缺，可用频谱呈大跨度、碎片化分布，难以实现频谱的高效使用；此外，要提升网络容量，必须智能高效利用网络资源，例如针对业务和用户的个性进行智能优化，但这方面的能力不足。
因此，为了满足5G技术应用需求，具有配套功能的耦合器电路亟待开发与研究。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供一种改进环形定向耦合器电路。
本发明的技术方案如下：
一种改进环形定向耦合器电路，包括环形定向耦合器、两段四分之一波长特征阻抗为Z0(50Ω)的短路支节，环形定向耦合器包括P1端口、P2端口、P3端口、P4端口，P1端口与P2端口、P2端口与P3端口、P3端口与P4端口之间连接四分之一波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线，P4端口与P1端口间连接四分之三波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线。
作为本发明的一种优选实施方式：两段四分之一波长特征阻抗为Z0(Z0＝50Ω)的短路支节连接在P1端口与P2端口、P3端口与P4端口正中间。
作为本发明的一种优选实施方式：P1端口、P2端口、P3端口、P4端口在工作频率(f0)与二倍工作频率(2f0)匹配。
作为本发明的一种优选实施方式：P2端口、P3端口与P1端口、P4端口之间互传二倍工作频率(2f0)。
作为本发明的一种优选实施方式：P1端口设置工作频率(f0)等功率传输至P2端口、P4端口，P1端口设置二倍工作频率(2f0)全功率传输至P4端口。
作为本发明的一种优选实施方式：P2端口设置工作频率(f0)等功率传输至P1端口、P3端口，P2端口设置二倍工作频率(2f0)全功率传输至P3端口。
本发明有益的技术效果在于：
本发明一种改进环形定向耦合器电路，实现了改进环形定向耦合器特殊耦合特性，保留环形定向耦合器工作频率处的耦合特性的同时，实现P2端口与P3端口、P1端口与P4端口二倍工作频率处的全功率传输特性，从而满足5G应用中对不同频段信号的耦合与传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为环形定向耦合器电路示意图；
图2为改进环形定向耦合器电路示意图；
图3为改进环形定向耦合器P1端口、P2端口匹配S参数仿真结果；
图4为改进环形定向耦合器P1端口传输S参数仿真结果；
图5为改进环形定向耦合器P2端口传输S参数仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种改进环形定向耦合器电路，包括环形定向耦合器、两段四分之一波长特征阻抗为Z0(50Ω)的短路支节，所述环形定向耦合器包括P1端口、P2端口、P3端口、P4端口，所述P1端口与P2端口、P2端口与P3端口、P3端口与P4端口之间连接四分之一波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线，所述P4端口与P1端口间连接四分之三波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线。
基于上述实施例，本发明一种改进环形定向耦合器电路，实现了改进环形定向耦合器特殊耦合特性，保留环形定向耦合器工作频率处的耦合特性，满足5G应用中对不同频段信号的耦合与传输。
具体地，环形定向耦合器是一种毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、***损耗，定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。
环形定向耦合器作为许多电路的重要组成部分被广泛应用于现代电子***之中，在移动通信中，使用环形耦合器可以确定移相键控发射机的相位误差，环形耦合器在所有四个端口均匹配于特性阻抗，这使得它可以方便地被嵌入到其它电路或子***之中。
图1为环形定向耦合器电路示意图，其耦合特性可通过四端口S参数表示，公式如下：
Figure BDA0002939525650000041
附图2为改进环形定向耦合器电路示意图，改进环形定向耦合器由环形定向耦合器与两段四分之一波长短路支节构成，两段四分之一波长短路支节分别接在P1端口至P2端口支节与P3端口至P4端口支节中心。
实施例中：端口P1等同于P1端口；端口P2等同于P2端口；端口P3等同于P3端口；端口P4等同于P4端口。
为方便说明，假设环形定向耦合器工作频率(f0)为2.45GHz，改进环形定向耦合器四分之一波长短路支节对环形定向耦合器工作特性无影响。同时，由于四分之一波长短路支节引入，改进环形定向耦合器具有特殊性质，端口P1、P2、P3、P4在工作频率(f0)与二倍工作频率(2f0)均具有优越匹配，端口P2、P3与端口P1、P4之间二倍工作频率(2f0)可进行互传，例如，端口P2(P3)全部传输至端口P3(P2)，端口P1(P4)全部传输至端口P4(P1)。ADS(Advanced Design System缩略词)仿真结果验证分析结果正确性(参阅图3、图4与图5)。图3中，改进环形耦合器在端口P1、P2(因改进环形定向耦合器对称性，此处仅考虑端口P1、P2处工作频率(f0，A)与二倍工作频率(2f0，B)具有优越匹配；图4中，考虑端口P1传输特性，仿真S21、S31与S41参数。端口P1在工作频率(f0)等功率传输至端口P2、P4(S21＝S41＝3dB)，端口P1在二倍工作频率(2f0)全功率传输至端口P4(S41＝0dB)；图5中，考虑端口P2传输特性，仿真S12、S32与S42参数。端口P2在工作频率(f0)等功率传输至端口P1、P3(S12＝S32＝3dB)，端口P2在二倍工作频率(2f0)全功率传输至端口P3(S32＝0dB)，从而验证改进环形定向耦合器特殊耦合特性。
综上可知，本发明一种改进环形定向耦合器电路，实现了改进环形定向耦合器特殊耦合特性，保留环形定向耦合器工作频率处的耦合特性的同时，实现P2端口与P3端口、P1端口与P4端口二倍工作频率处的全功率传输特性，从而满足5G应用中对不同频段信号的耦合与传输，大大提升了网络移动数据的传输速度。
上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本发明之后的修改中作为新的权利要求包括。
在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种改进环形定向耦合器电路，其特征在于：包括环形定向耦合器、两段四分之一波长特征阻抗为Z0(50Ω)的短路支节，所述环形定向耦合器包括P1端口、P2端口、P3端口、P4端口，所述P1端口与P2端口、P2端口与P3端口、P3端口与P4端口之间连接四分之一波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线，所述P4端口与P1端口间连接四分之三波长特征阻抗为√2Z0(50Ω)的微带传输线。
2.根据权利要求1所述的改进环形定向耦合器电路，其特征在于：所述两段四分之一波长特征阻抗为Z0(Z0＝50Ω)的短路支节连接在P1端口与P2端口、P3端口与P4端口正中间。
3.根据权利要求1所述的改进环形定向耦合器电路，其特征在于：所述P1端口、P2端口、P3端口、P4端口在工作频率(f0)与二倍工作频率(2f0)匹配。
4.根据权利要求1所述的改进环形定向耦合器电路，其特征在于：所述P2端口、P3端口与P1端口、P4端口之间互传二倍工作频率(2f0)。
5.根据权利要求4所述的改进环形定向耦合器电路，其特征在于：所述P1端口设置工作频率(f0)等功率传输至P2端口、P4端口，所述P1端口设置二倍工作频率(2f0)全功率传输至P4端口。
6.根据权利要求4所述的改进环形定向耦合器电路，其特征在于：所述P2端口设置工作频率(f0)等功率传输至P1端口、P3端口，所述P2端口设置二倍工作频率(2f0)全功率传输至P3端口。
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