微带型兰格耦合器

摘要

本申请提供了一种微带型兰格耦合器，包括基板、第一短指线、第一长指线、第二短指线、第二长指线和第一电感，第二短指线的两端分别与第一短指线的两端相连，第一长指线位于第一短指线与第二短指线之间，第二长指线两端分别与第一长指线的两端相连，第二长指线位于第二短指线远离第一长指线的一侧；基板上设有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口；第一电感连接第一短指线和输入端口。本申请的微带型兰格耦合器，采用第一电感连接第一短指线与输入端口，从而能够降低直通端口、耦合端口和隔离端口返回到输入端口的回波损耗；而且，有利于减小微带线的长度，从而有利于缩小微带型兰格耦合器的尺寸。

说明书

技术领域

本申请属于通信设备技术领域，更具体地说，是涉及一种微带型兰格耦合器。

背景技术

随着现代通讯系统的飞速发展，通信设备的体积不断减小，通信频带不断向宽频带、高频段发展，对通信设备提出的要求越来越高，推动了作为通信系统中的关键部件信道分离器的发展，促进了信道分离器中的耦合器往小型化和高可靠性的方向发展。

MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路)无源器件具有体积小，重量轻，性能优异和一致性好等优点，在射频/微波等较高频段内，具有良好的适用性。

兰格耦合器广泛的应用于通信系统的信道分离器中，但由于兰格耦合器耦合面积较大，耦合线长度大，使得宽长比相差较大，在采用MMIC工艺时，不利于集成，增加了电路设计成本。而且，兰格耦合器中各端口返回输入端口的回波损耗较大，影响兰格耦合器的质量。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种微带型兰格耦合器，以解决现有技术中存在的兰格耦合器尺寸大，回波损耗大的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种微带型兰格耦合器，包括：

基板；

第一短指线，设于所述基板上；

第二短指线，设于所述基板上，所述第二短指线位于所述第一短指线的一侧，所述第二短指线的两端分别与所述第一短指线的两端相连；

第一长指线，设于所述基板上，所述第一长指线位于所述第一短指线与所述第二短指线之间；

第二长指线，设于所述基板上，所述第二长指线两端分别与所述第一长指线的两端相连，所述第二长指线位于所述第二短指线远离所述第一长指线的一侧；

第一电感，设于所述基板上，所述第一电感的一端与所述第一短指线的一端相连；

所述基板上设有与所述第一电感另一端相连的输入端口、与所述第一短指线另一端相连的直通端口、与所述第一长指线靠近所述第一电感的一端相连的耦合端口、以及与所述第一长指线另一端相连的隔离端口。

在本申请的一个实施例中，所述微带型兰格耦合器还包括：

第二电感，设于所述基板上，所述第二电感的两端分别连接所述第一短指线另一端与所述直通端口。

在本申请的一个实施例中，所述第一电感为呈螺旋状设置的微带线圈；和/或，所述第二电感为呈螺旋状设置的微带线圈。

在本申请的一个实施例中，所述微带型兰格耦合器还包括：

第一调相结构，用于调平相位；所述第一调相结构包括第一短边和第一长边，所述第一短边的一端与所述第一短指线的另一端相连，所述第一长边的一端与所述第一短边另一端相连，所述第一短指线和所述第一长边均与所述第一短边垂直，所述第一长边的另一端与所述第二电感相连。

在本申请的一个实施例中，所述微带型兰格耦合器还包括：

接地电容，设于所述基板上，所述接地电容与所述第二长指线靠近所述隔离端口的一端相连，且所述接地电容位于所述隔离端口与所述直通端口之间。

在本申请的一个实施例中，所述隔离端口位于所述第二长指线远离所述第一长指线的一侧，所述微带型兰格耦合器还包括：

第一连接段，连接所述第一长指线的另一端与所述隔离端口，所述第二长指线与所述第一连接段的中部相连，所述第一连接段垂直所述第一长指线设置；

第二连接段，连接所述第一连接段与所述接地电容；

所述第二连接段、所述直通端口及所述接地电容位于所述第一连接段远离所述第二长指线的一侧。

在本申请的一个实施例中，所述微带型兰格耦合器还包括：

第二调相结构，用于调平相位；所述第二调相结构包括第二长边和第二短边，所述第二长边一端与所述第一长指线的一端相连，所述第二短边的一端与所述第二长边另一端相连，所述第一长指线和所述第二短边均与所述第二长边垂直，所述第二短边的另一端与所述耦合端口相连。

在本申请的一个实施例中，所述第二长指线连接于所述第二长边的中部。

在本申请的一个实施例中，所述第一短指线、所述第一长指线、所述第二短指线和所述第二长指线均为双层微带线结构。

在本申请的一个实施例中，所述微带型兰格耦合器还包括：

两个第三连接段，连接所述第一短指线与所述第二短指线，所述第三连接段为单层微带线结构；

所述第一长指线的两端分别延伸至两个所述第三连接段的外侧，所述第一长指线于所述第三连接段的位置为与所述第三连接段异面的单层微带线结构。

本申请提供的微带型兰格耦合器的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的微带型兰格耦合器，采用第一电感连接第一短指线与输入端口，从而能够降低直通端口、耦合端口和隔离端口返回到输入端口的回波损耗；而且，由于电感中的导线弯曲设置，减小了导线占用基板的长度，有利于减小微带线的长度，从而有利于缩小微带型兰格耦合器的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的微带型兰格耦合器的结构示意图；

图2为图1中第一短指线、第二短指线、输入端口及直通端口的结构示意图；

图3为图1中第一长指线、第二长指线、耦合端口及隔离端口的结构示意图；

图4为图1中A处的放大图；

图5为图1中B处的放大图；

图6为图实施例一中微带型兰格耦合器传输损耗、耦合度和隔离度的仿真性能图；

图7为图实施例一中微带型兰格耦合器回波损耗的仿真性能图；

图8为图实施例一中微带型兰格耦合器方向性的仿真性能图。

其中，图中各附图标记：

1-基板；

21-输入端口；22-直通端口；23-耦合端口；24-隔离端口；25-第一电感；26-第二电感；27-接地电容；

31-第一短指线；32-第一长指线；33-第二短指线；34-第二长指线；35-第三连接段；36-第一连接段；37-第一调相结构；371-第一长边；372-第一短边；38-第二调相结构；381-第二长边；382-第二短边；39-第二连接段。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1、图2及图3，现对本申请实施例提供的微带型兰格耦合器进行说明。微带型兰格耦合器包括基板1、输入端口21、直通端口22、耦合端口23、隔离端口24、第一短指线31、第一长指线32、第二短指线33、第二长指线34和第一电感25，输入端口21、直通端口22、耦合端口23、隔离端口24、第一短指线31、第一长指线32、第二短指线33、第二长指线34和第一电感25设于基板上；第一电感25的一端与第一短指线31的一端相连，第一电感25的另一端与输入端口21相连，第一短指线31的另一端与直通端口22相连。第一长指线32位于第一短指线31的一侧，第一长指线32的靠近输入端口21的一端与耦合端口23连接，第一长指线32的另一端与隔离端口24相连。第二短指线33的两端分别与第一短指线31的两端相连，第二短指线33位于第一长指线32远离第一长指线32的一侧。第二长指线34的两端分别与第一长指线32的两端相连，第二长指线34位于第二短指线33远离第一长指线32的一侧。

本申请中的微带型兰格耦合器，采用第一电感25连接第一短指线31与输入端口21，从而能够降低直通端口22、耦合端口23和隔离端口24返回到输入端口21的回波损耗；而且，由于第一电感25中的导线弯曲设置，减小了导线占用基板1的长度，有利于减小微带型兰格耦合器中微带线结构的宽长比，从而有利于缩小微带型兰格耦合器的长度，便于兰格耦合器通过MMIC工艺集成，有利于减小电路设计成本。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图3，微带型兰格耦合器还包括第二电感26，第二电感26设于基板1上，第二电感26的两端分别连接第一短指线31的另一端与直通端口22。这样使得第一电感25和第二电感26分别连接在第一短指线31的两端，通过第二电感26能够与第一电感25配合进一步地降低直通端口22返回到输入端口21的回波损耗，而且有利于降低传输损耗；也可进一步减小了导线占用基板1的长度，有利于减小微带型兰格耦合器中微带线结构的宽长比，从而有利于缩小微带型兰格耦合器的长度，便于兰格耦合器通过MMIC工艺集成，有利于减小电路设计成本。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图2，第一电感25为微带线圈，微带线圈呈螺旋状。这样可在第一短指线31加工时同时加工微带线圈，可以通过MMIC工艺集成第一电感25，既便于第一电感25的加工，也有利于减小第一电感25的体积。当然地，第一电感25也可以是呈半圆形或U型弯曲设置的微带线。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图2，第二电感26为微带线圈，微带线圈呈螺旋状。这样可在第一短指线31加工时同时加工微带线圈，可以通过MMIC工艺集成第二电感26，既便于第二电感26的加工，也有利于减小第二电感26的体积。当然地，第二电感26也可以是呈半圆形或U型弯曲设置的微带线。

可选地，请参阅图1至图2，第一电感25和第二电感26均为微带线圈，微带线圈呈螺旋状。这样有能够大大缩短微带线在基板1上占用的面积，能够较为显著的缩小基板1体积，减小微带型兰格耦合器的长度。而且，第一电感25和第二电感26可通过MMIC工艺集成，有利于降低电路设计和加工成本。

进一步地，第一电感25和第二电感26为双层微带线结构，这样相当于减小了第一电感25和第二电感26的电阻，有利于提高第一电感25和第二电感26的品质因数Q。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1、图2及图4，微带型兰格耦合器还包括第一调相结构37，第一调相结构37用于调平相位。第一调相结构37包括第一短边372和第一长边371，第一短边372的一端与第一短指线31的另一端相连，第一长边371的一端与第一短边372的另一端相连，第一长边371的另一端与第二电感26相连，第一短指线31和第一长边371均与第一短边372垂直。第一短边372的长度小于第一长边371的长度，且第一长边371位于第一短边372远离第一短指线31的一侧。这样通过相互垂直的第一短边372和第一长边371组成“L”型的第一调相结构37，即可调节相位，使相位保持平衡。

可选地，第一短边372的长度范围为10μm-35μm，第一长边371的长度范围为60μm-100μm，这样能够取得较好的调平效果。

进一步地，第一调相结构37为双层微带线结构，这样有利于增强耦合效应。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1、图3及图4，微带型兰格耦合器还包括接地电容27，接地电容27设于基板1上，接地电容27与第二长指线34靠近隔离端口24的一端相连，且接地电容27位于隔离端口24与直通端口22之间。这样通过接地电容27能够提高微带型兰格耦合器的隔离度，并增强微带型兰格耦合器的方向性。

进一步地，请参阅图1、图4及图5，隔离端口24位于第二长指线34远离第一长指线32的一侧；微带型兰格耦合器还包括第一连接段36和第二连接段39，第一连接段36连接第一长指线32另一端和隔离端口24，第二长指线34与第一连接段36的中部相连，第一连接段36垂直第一长指线32设置；第二连接段39连接第一连接段36与接地电容27，第二连接段39、所述直通端口22及接地电容27位于第一连接段36远离第二长指线34的一侧。这样使得接地电容27位于直通端口22与隔离端口24围成的夹角内，这样一方面有利于接地电容27及隔离端口24的布局，另一方面能够进一步提升隔离度，增强耦合的方向性。进一步地，第二电感位26于第一连接段36远离第二长指线34的一侧，这样能够取得较好的隔离度值，且能够为第二连接段39预留一定长度，便于接地电容27的连接。

进一步地，第一连接段36为双层微带线结构，这样有利于增强耦合效应。第二连接段39为单层微带线结构，这样便于与接地电容27连接，可方便接地电容27直接加工在基板1上。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1、图3及图5，微带型兰格耦合器还包括第二调相结构38，第二调相结构38用于调平相位。第二调相结构38包括第二短边382和第二长边381，第二长边381的一端与第一长指线32的另一端相连，第二短边382的一端与第二长边381的另一端相连，第二短边382的另一端与耦合端口23相连，第二短指线和第二短边382均与第二长边381垂直。第二短边382的长度小于第二长边381的长度，且第二短边382位于第二长边381远离第一长指线32的一侧，这样通过相互垂直的第二短边382和第二长边381组成“L”型的第二调相结构38，即可调节相位，使相位保持平衡。

可选地，第二短边382的长度范围为20μm-45μm，第二长边381的长度范围为46μm-70μm，这样能够取得较好的调平效果。

进一步地，第二调相结构38为双层微带线结构，这样有利于增强耦合效应。

进一步地，第二长指线34靠近耦合端口23的一端连接于第二长边381的中部，这样既实现了第一长指线32与第二长指线34的连接，又有利于增强耦合性，提高相位调平效果。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图3，第一短指线31、第一长指线32、第二短指线33和第二长指线34均为双层微带线结构。双层微带线结构是由平行基板1的两层微带线连接而成，在加工时，双层微带线分布在基板1上相间隔的层面上，在各层微带线的端部，两层微带线相连接；单层微带线结构是在垂直基板1方向上只具有一层微带线的结构。通过采用双层微带线结构能够大幅度增强耦合效应，同时能够使得微带线维持较小的尺寸。

进一步地，请参阅图1、图4及图5，微带型兰格耦合器还包括两个第三连接段35，一个第三连接段35连接第一短指线31的一端与第二短指线33的一端，另一个第三连接段35连接第一短指线31的另一端与第二短指线33的另一端。第三连接段35为单层微带线结构；第二短指线33位于两个第三连接段35之间；第一长指线33的两端分别延伸至两个第三连接段35的外侧。在第三连接段35对应的位置：第一长指线32为单层微带线结构，且第一长指线32与第三连接段35异面。这样使得第一长指线32与第三连接段35相互避开，且能够使得所有的微带线分布在两层中，便于微带线的加工。进一步地，在邻近第三连接段35的位置，第一短指线31的两层微带线相连；在邻近第三连接段35的位置，第一长指线32的两层微带线相连。当然地，在本申请的其它实施例中，第一短指段31与第二短指段32也可采用空气桥进行连接。

进一步地，第一短指线31与第二短指线33并列设置，第一长指线32与第二长指线34并列设置，这样可保障微带线的耦合效应。

可选地，第一短指线31的长度范围为1000±50μm，第一长指线32的长度范围为1080±50μm，第二短指线33的长度范围为1000±50μm，第二长指线34的长度范围为1180±50μm，第一短指线31与第一长指线32的的间距为10μm-25μm，第二短指线33与第一长指线32的间距为10μm-25μm，第二短指线33与第二长指线34的的间距为10μm-25μm，双层微带线结构中两层微带线的间距范围为1.0μm-10μm，这样可以满足相应的设计要求。

对比例一：

现有的耦合器，型号：AEM D171A+。

实施例一：

图1所示结构的微带型兰格耦合器，第一短指线和第二短指线的长度均为1000μm，第一长指线和第二长指线的长度均为1120μm，第一短指线与第一长指线的的间距为15μm，第二短指线与第一长指线的间距为15μm，第二短指线与第二长指线的间距为15μm，双层微带线结构中两层微带线的间距范围为5.7μm，第一短指线、第二短指线、第二短指线和第二长指线的线宽为20μm；第一长边为80μm，第一短边为20μm；第二长边为50μm，第二短边为40μm。

上表为对比例一与实施例一在频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时各项参数的比对数据。由表格中数据可以看出本申请实施例一的传输损耗比对比例一的更小，耦合度更高，方向性、回波损耗都比对比例一的高，可见实施例一能够达到降低传输损耗，提高耦合度、方向性和回波损耗的作用。

请参阅图6，图6中S12表示频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一的传输损耗随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一的传输损耗基本不变。S14表示频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一的耦合度随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一的耦合度逐渐增高。S24表示频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一的隔离度随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一的隔离度逐渐增高。

请参阅图7，图7中S11为频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一输入端口的回波损耗随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一中输入端口的回波损耗略微上升，上升幅度较小。S22表示频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一直通端口的回波损耗随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一中直通端口的回波损耗略微上升，上升幅度较小。S44表示频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一耦合端口的回波损耗随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一中耦合端口的回波损耗略微上升，上升幅度较小。

请参阅图8，图8中曲线表示的是频率在2.3GHz～2.6GHz范围内时实施例一的方向性随频率的变化曲线，在频率逐渐增高时，实施例一的方向性逐渐降低，总体上能够高于对比例一的方向性。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。