阅读说明：本技术 应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器 (Directional coupler applied to multi-beam antenna feed network ) 是由 王博琛 曾骏 汤佳龙 盛家坤 廖东 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明适用于通信设备技术领域,提供了一种应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器,包括有第一微带线结构、第二微带线结构以及中层介质基板,所述第一微带线结构、所述中层介质基板以及所述第二微带线结构依次上下压合固定,所述第一微带线结构的第一耦合线置于所述中层介质基板的顶层,所述第二微带线结构的第二耦合线置于所述中层介质基板的底层。借此,本发明能够实现90度的相移,降低驻波以达到良好的传输性能,很好的应用于多波束的馈电网络中。(The invention is suitable for the technical field of communication equipment, and provides a directional coupler applied to a multi-beam antenna feed network, which comprises a first microstrip line structure, a second microstrip line structure and a middle-layer medium substrate, wherein the first microstrip line structure, the middle-layer medium substrate and the second microstrip line structure are sequentially pressed and fixed up and down, a first coupling line of the first microstrip line structure is arranged on the top layer of the middle-layer medium substrate, and a second coupling line of the second microstrip line structure is arranged on the bottom layer of the middle-layer medium substrate. Therefore, the phase shift of 90 degrees can be realized, the standing wave is reduced to achieve good transmission performance, and the phase shift filter is well applied to a multi-beam feed network.)

应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器

技术领域

本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器。

背景技术

随着移动通信用户的激增，通信系统的容量已经无法满足用户需求，而使用多波束天线可以提高现有的通信容量，多波束天线的核心是其波束形成网络，它是一种多输入、多输出的馈电网络，通过该馈电网络便能实现波束的切换，Butler矩阵(一种矩阵类型)结构简单，相位特性好，因此常常被应用在多波束天线的馈电网络中，Butler矩阵主要有3dB定向耦合器和各种移相器组成，现如今的3dB定向耦合器结构主要有平面结构和多层结构，由于平面结构耦合器带宽窄，无法在工程应用中很好的实现宽频带耦合,且同极化隔离不高，则需要在多层结构上实现降低驻波，达到3dB耦合的效果。

平行耦合线之间的间距小，很难做到宽频带的强耦合，业内通常的解决方案是：1.采用多层多段耦合线结构，增加耦合增加带宽；2.通过增加多段附加电容来改变奇偶模的阻抗从而达到阻抗匹配的效果；在多层板耦合器中，介质基板成为影响奇偶模特性阻抗的关键，通常采用种类相同的介质基板使得传输模为TEM模(transverse electromagneticmode，横电磁波模式)，便于降低驻波、实现3dB强耦合，当介质基板不均匀时，耦合线的传输模为混合模，很难在实现3dB耦合的情况下信号能够良好传输。

综上可知，现有的方法在实际使用上，存在着较多的问题，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，能够实现90°的相移，降低驻波以达到良好的传输性能，很好的应用于多波束的馈电网络中。

为了实现上述目的，本发明提供一种应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，包括有第一微带线结构、第二微带线结构以及中层介质基板，所述第一微带线结构、所述中层介质基板以及所述第二微带线结构依次上下压合固定，所述第一微带线结构的第一耦合线置于所述中层介质基板的顶层，所述第二微带线结构的第二耦合线置于所述中层介质基板的底层。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述第一微带线结构包括有依次分层叠置的第一铜箔、第一介质基板和所述第一耦合线，所述第二微带线结构包括有依次分层叠置的第二铜箔、第二介质基板和所述第二耦合线，所述第一铜箔和所述第二铜箔分别设为所述定向耦合器的上下层，所述第一耦合线与所述第一铜箔和所述第二铜箔之间通过打孔相互连接，所述第二耦合线与所述第一铜箔和所述第二铜箔之间通过打孔相互连接。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述第一介质基板和所述第二介质基板的介电常数为3。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述中层介质基板的高为0.15mm，且介电常数为3.5。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述第一耦合线和所述第二耦合线都由第一端口段、第一衔接段、重合段、第二衔接段以及第二端口段的铜线依次连接而成，所述第一端口段和所述第二端口段呈反方向分别垂直于所述第一衔接段和所述第二衔接段上，所述重合段与所述第一衔接段和所述第二衔接段错位平行分布；所述第一耦合线和所述第二耦合线的结构在竖直方向上呈镜像分布，且所述第一耦合线和所述第二耦合线的所述重合段在竖直方向上重合。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述第一端口段、所述第一衔接段、所述第二衔接段以及所述第二端口段的线宽为1.1mm，所述重合段的线宽为0.55mm；所述第一耦合线的所述第一衔接段与所述第二耦合线的所述第二衔接段之间的水平线距为0.16mm，所述第一耦合线的所述第二衔接段与所述第二耦合线的所述第一衔接段之间的水平线距为0.16mm。

根据所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，所述中层介质基板设为用于热熔以压合所述第一微带线结构和所述第二微带线结构的PP（polypropylene，聚丙烯）膜。

本发明所述应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器包括有第一微带线结构、第二微带线结构以及中层介质基板，所述第一微带线结构、所述中层介质基板以及所述第二微带线结构依次上下压合固定，所述第一微带线结构的第一耦合线置于所述中层介质基板的顶层，所述第二微带线结构的第二耦合线置于所述中层介质基板的底层。借此，本发明能够实现90°的相移，降低驻波以达到良好的传输性能，很好的应用于多波束的馈电网络中。

附图说明

图1为本发明优选实施例所述应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器的结构***图；

图2为本发明优选实施例所述应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器的所述第一耦合线和所述第二耦合线的平面剖视图；

图3为图2的电流方向示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

图1示出本发明优选实施例所述的应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器，包括有第一微带线结构、第二微带线结构以及中层介质基板14，所述第一微带线结构、中层介质基板14以及第二微带线结构依次上下压合固定，所述第一微带线结构的第一耦合线13置于中层介质基板14的顶层，所述第二微带线结构的第二耦合线15置于中层介质基板14的底层。通过将两个微带线结构与一中层介质基板14经过工艺压合制成一个三层板的定向耦合器，从而能实现在1.695GHz-2.69GHz情况下的3dB耦合，即该耦合器可应用于1.695GHz-2.69GHz频段的多波束天线的馈电网络中。

本实施例的所述第一微带线结构包括有依次分层叠置的第一铜箔11、第一介质基板12和所述第一耦合线13，所述第二微带线结构包括有依次分层叠置的第二铜箔17、第二介质基板16和所述第二耦合线15，所述第一铜箔11和第二铜箔17分别设为所述定向耦合器的上下层，所述第一耦合线13与第一铜箔11和第二铜箔17之间通过打孔相互连接，所述第二耦合线15与第一铜箔11和第二铜箔17之间通过打孔相互连接。其中，最上层以及最下层都为铜箔，也就是耦合线的地，所述第一耦合线13和第二耦合线15分别与上下两层地通过打孔相互连接；其中，所述第一介质基板12和第二介质基板16的介电常数为3；当然在不同的实施例中可以是不同的介电常数。

优选的是，所述中层介质基板14的高为0.15mm，且介电常数为3.5。本实施例的所述中层介质基板14设为用于热熔以压合所述第一微带线结构和第二微带线结构的PP膜。即中间层用pp膜做压合，其介电常数为3.5，在工程制造中，所述pp膜受热会融化，填充到没有线路的地方，导致厚度发生变化，约为0.15mm，这样便形成了一个三层板耦合器，两条耦合线分别置于中间层板的底层、顶层。

所述第一耦合线13和第二耦合线15都由第一端口段、第一衔接段、重合段、第二衔接段以及第二端口段的铜线依次连接而成，所述第一端口段和第二端口段呈反方向分别垂直于所述第一衔接段和第二衔接段上，所述重合段与所述第一衔接段和第二衔接段错位平行分布；所述第一耦合线13和第二耦合线15的结构在竖直方向上呈镜像分布，且所述第一耦合线13和第二耦合线15的所述重合段在竖直方向上重合。参见图2，所述第一耦合线13包括有第一端口段110、第一衔接段111、重合段140、第二衔接段441和第二端口段440；所述第二耦合线15包括有第一端口段330、第一衔接段331、重合段230、第二衔接段221和第二端口段220；如图，两条耦合线的所述第一端口段和所述第二端口端呈反方向分布，并与所述第一衔接段、重合段以及第二衔接段连接构成类Z型状，其中，所述第一衔接段和第二衔接段处于一条直线上，所述重合段在该条直线上错位凸出并与第一衔接段和第二衔接段相平行；由于所述第一微带线结构和第二微带线结构呈上下压合状态，即第一耦合线13和第二耦合线15在平面内处于镜像效果，如图所示；上述的走线结构确保了该耦合器在非均匀的介质条件下实现3db的强耦合并能够降低驻波、保持良好的隔离度。具体的是，所述第一端口段、所述第一衔接段、所述第二衔接段以及所述第二端口段的线宽为1.1mm，所述重合段的线宽为0.55mm；所述第一耦合线的所述第一衔接段与所述第二耦合线的所述第二衔接段之间的水平线距为0.16mm，所述第一耦合线的所述第二衔接段与所述第二耦合线的所述第一衔接段之间的水平线距为0.16mm。

参见图3，行波由端口1向端口4输入，由于互感辅线产生感应电动势，从而产生感应电流，由于互容产生感应电流、方向相同，由端口2输出，而端口3因为电耦合电流和磁耦合电流的方向相反导致能量抵消，本实施例的结构能够实现端口2输出的耦合电流为端口1输入电流的一半，并通过补偿电容，从而在多层介质基板的情况实现三分贝的耦合功能，由于耦合器是由两个单层微带型耦合器压片而成，pp片的介电常数与单个微带型耦合器中介质基板的介电常数不一致，在传输过程中会产生混合模，造成耦合、传输性能变差，本实施例通过使用分层三段交叉耦合线结构，使得耦合器能够达到强耦合的效果，并增加附加电容达到阻抗匹配。

经实验测试，该耦合器在工作频率1.695GHz-2.69GHz下驻波均保持在1.22以下，且所述定向耦合器的直通端口与耦合端口的相移为90°。

综上所述，本发明所述应用于多波束天线馈电网络的定向耦合器使用多层板的耦合线结构，在宽频带实现3dB的强耦合下、降低了回波损耗以及提升了隔离度。使用pp片将两个微带耦合线压合而成，形成了一个中间层介电常数为3.5，上下两层介电常数为3.0的带状线结构，耦合器的走线结构也很好的解决了介质不均匀带来的奇偶模相速的不一致，本发明能实现90°的相移，能很好的应用于多波束的馈电网络中。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。