[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2743248C1 - Microstrip tandem directional coupler - Google Patents

Microstrip tandem directional coupler Download PDF

Info

Publication number
RU2743248C1
RU2743248C1 RU2020120478A RU2020120478A RU2743248C1 RU 2743248 C1 RU2743248 C1 RU 2743248C1 RU 2020120478 A RU2020120478 A RU 2020120478A RU 2020120478 A RU2020120478 A RU 2020120478A RU 2743248 C1 RU2743248 C1 RU 2743248C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microstrip
transmission line
quarter
wave
coupler
Prior art date
Application number
RU2020120478A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Радченко
Владимир Васильевич Радченко
Original Assignee
Акционерное общество "Микроволновые системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Микроволновые системы" filed Critical Акционерное общество "Микроволновые системы"
Priority to RU2020120478A priority Critical patent/RU2743248C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743248C1 publication Critical patent/RU2743248C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

FIELD: microwave technology.
SUBSTANCE: invention relates to the microwave technology, namely, to devices designed to separate the microwave signal. A microstrip tandem directional coupler located on a dielectric substrate, the reverse side of which is partially or completely metallized or suspended above a metal surface, made in the form of four identical 50-ohm shoulder microstrip transmission lines, two quarter-wave Lange microstrip couplers, two quarter-wave segments of the microstrip transmission line located perpendicular to the Lange couplers. In addition, two segments of a doubly connected microstrip transmission line of a quarter-wave length each, two quarter-wave segments of a microstrip transmission line, and two half-wave segments of a microstrip transmission line are introduced into the coupler. And the coupler is made in the form of two identical parts, mirror-symmetrical with respect to the vertical axis passing through the middle of the coupler. In each part, two shoulder transmission lines are connected to one end of a segment of a doubly connected transmission line, the other ends of which are connected to the ends of two Lange couplers through quarter-wave transmission line segments located perpendicular to the Lange couplers, electromagnetically linked with a half-wave transmission line connected by its ends to the same ends of the two Lange couplers.
EFFECT: technical result is the expansion of the operating frequency band to two octaves while maintaining the VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) value and the overall dimensions of the coupler.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно, к устройствам, предназначенным для разделения (ответвления) сигнала СВЧ по нескольким каналам.The invention relates to microwave technology, namely, to devices designed to separate (branch) the microwave signal over several channels.

Изобретение может быть использовано в радиотехнических устройствах различного назначения в качестве элементной базы тонкопленочных интегральных высокочастотных узлов, таких как: делительно-суммирующие устройства, усилители СВЧ мощности, ответвители, радиочастотные мультиплексоры, фазовращатели, фильтры и другие.The invention can be used in radio engineering devices for various purposes as an element base of thin-film integrated high-frequency units, such as: dividing-summing devices, microwave power amplifiers, couplers, radio frequency multiplexers, phase shifters, filters, and others.

Актуальность данного изобретения обусловлена возрастающими требованиями к высокочастотным узлам систем связи и радиолокации в отношении их широкополосности, миниатюризации и технологичности. Для обеспечения предъявляемых требований необходимо реализовать планарные направленные ответвители и делители-сумматоры СВЧ мощности с относительной полосой пропускания более октавы при высоком проценте выхода годных изделий.The relevance of this invention is due to the increasing requirements for high-frequency nodes of communication and radar systems in relation to their broadband, miniaturization and manufacturability. To meet these requirements, it is necessary to implement planar directional couplers and dividers-adders of microwave power with a relative bandwidth of more than an octave with a high percentage of the yield of suitable products.

Известен микрополосковый направленный ответвитель, содержащий две электромагнитно связанные микрополосковые линии передачи, расположенные параллельно друг другу (фиг. 1). В этом ответвителе сдвиг по фазе между векторами напряженности ответвленного электрического поля на выходах плеч составляет 90°. Ответвитель изготавливается методом тонкопленочной технологии на диэлектрической подложке типа «поликор» и других. Широкополосность ответвителя определяется разностью фазовых скоростей четной и нечетной типов волн в электромагнитно связанных микрополосковых линиях, которая определяется ширинами W связанных линий и величиной зазора между ними g (Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р.Known microstrip directional coupler containing two electromagnetically coupled microstrip transmission lines, located parallel to each other (Fig. 1). In this coupler, the phase shift between the vectors of the branched electric field strength at the outputs of the arms is 90 °. The coupler is manufactured by thin-film technology on a dielectric substrate such as "policor" and others. The broadband of the coupler is determined by the difference between the phase velocities of the even and odd wave types in electromagnetically coupled microstrip lines, which is determined by the widths W of the coupled lines and the size of the gap between them g (Maloratsky L.G., Yavich L.R.

Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях, М.: Сов. радио. 1972. Рис. 2.14б).Design and calculation of microwave elements on strip lines, Moscow: Sov. radio. 1972. Fig. 2.14b).

Основным недостатком ответвителя является узкая полоса рабочих частот, составляющая не более 22-25%, что приемлемо лишь для узкополосных устройств.The main disadvantage of the coupler is the narrow band of operating frequencies, which is no more than 22-25%, which is acceptable only for narrow-band devices.

Известен тандемный микрополосковый направленный ответвитель, с поперечным размером W микрополосковых линий и с зазором g между ними. Для соединения отрезков микрополосковых линий используются перемычки 1. Этот ответвитель представляет собой функциональный узел, состоящий из двух идентичных микрополосковых ответвителей, описанных в первом аналоге (фиг. 2). За счет определенного порядка соединения полюсов этих ответвителей удается реализовать микрополосковый ответвитель с полосой пропускания до 50% (Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М.: Сов. радио. 1976. Рис. 2.16).Known tandem microstrip directional coupler, with a transverse dimension W of the microstrip lines and with a gap g between them. To connect the sections of microstrip lines, jumpers 1 are used. This coupler is a functional unit consisting of two identical microstrip couplers described in the first analogue (Fig. 2). Due to a certain order of connection of the poles of these taps, it is possible to realize a microstrip coupler with a bandwidth of up to 50% (Maloratsky LG Microminiaturization of microwave elements and devices. M .: Sov. Radio. 1976. Fig. 2.16).

Поскольку оба идентичных микрополосковых ответвителя не должны иметь непосредственную электромагнитную связь между собой, то необходимо разносить их на подложке на заметное расстояние, что увеличивает габариты ответвителя в целом и тем самым ограничивает область его использования.Since both identical microstrip couplers should not have a direct electromagnetic connection with each other, it is necessary to space them apart on the substrate by a noticeable distance, which increases the overall dimensions of the coupler and thereby limits the area of its use.

Известен микрополосковый тандемный направленный ответвитель, содержащий микрополосковые линии передачи, расположенные на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована или подвешена над металлической поверхностью, выполненные в виде четырех одинаковых 50-омных плечевых микрополосковых линий передачи 2, двух мостов Ланге четвертьволновой длины каждый 3, входные и выходные концы которых соединены попарно между собой с помощью двух одинаковых четвертьволновых отрезков микрополосковых линий передачи 4 и с соответствующими плечевыми микрополосковыми линиями передачи (фиг. 3) - прототип (Sener Uysal. Nonuniform line microstrip directional couplers and filters. 1993. стр. 23. Рис. 2).Known microstrip tandem directional coupler containing microstrip transmission lines located on a dielectric substrate, the reverse side of which is partially or completely metallized or suspended above a metal surface, made in the form of four identical 50-ohm shoulder microstrip transmission lines 2, two Lange bridges of quarter-wave length each 3 , the input and output ends of which are connected in pairs with each other using two identical quarter-wave sections of microstrip transmission lines 4 and with the corresponding shoulder microstrip transmission lines (Fig. 3) - prototype (Sener Uysal. Nonuniform line microstrip directional couplers and filters. 1993. p. 23. Fig. 2).

Преимуществом тандемных направленных ответвителей является увеличение рабочей полосы частот примерно до 1,5 октав.The advantage of tandem directional couplers is that the operating bandwidth is increased to about 1.5 octaves.

Общим недостатком описанных конструкций ответвителей является то, что их рабочая полоса частот ограничена 1,5 октавами, а уменьшение расстояния (зазора) между связанными линиями передачи, хотя и увеличивает рабочую полосу частот ответвителя, но приводит к увеличению коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) на входных и выходных плечах ответвителя.A common disadvantage of the described designs of couplers is that their operating frequency band is limited to 1.5 octaves, and a decrease in the distance (gap) between the associated transmission lines, although it increases the operating frequency band of the coupler, but leads to an increase in the voltage standing wave ratio (VSWR) by input and output arms of the coupler.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение полосы рабочих частот до двух октав при сохранении величины КСВН и габаритных размеров ответвителя.The technical result of the proposed invention is to expand the operating frequency band up to two octaves while maintaining the VSWR value and overall dimensions of the coupler.

Указанный технический результат достигается заявленным микрополосковым тандемным направленным ответвителем, расположенным на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована или подвешена над металлической поверхностью, выполненным в виде четырех одинаковых 50-омных плечевых микрополосковых линий передачи 2, двух микрополосковых мостов Ланге четвертьволновой длины 3, двух четвертьволновых отрезков микрополосковой линии передачи 4, расположенных перпендикулярно мостам Ланге. В ответвитель дополнительно введены два отрезка двухсвязанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины каждый 5, два четвертьволновых отрезка микрополосковой линии передачи 6, два полуволновых отрезка микрополосковой линии передачи 7, при этом ответвитель выполнен в виде двух одинаковых частей, зеркально симметричных относительно вертикальной оси, проходящей по середине ответвителя. В каждой части две плечевые линии передачи соединены с одними концами отрезка двухсвязанной линии передачи 5, другие концы которой соединены с концами двух мостов Ланге 3 через четвертьволновые отрезки линий передачи 4, расположенные перпендикулярно мостам Ланге, электромагнитно связанные с полуволновой линией передачи 7, соединенной своими концами с теми же концами двух мостов Ланге 3.The specified technical result is achieved by the claimed microstrip tandem directional coupler located on a dielectric substrate, the reverse side of which is partially or completely metallized or suspended above a metal surface, made in the form of four identical 50-ohm shoulder microstrip transmission lines 2, two microstrip Lange bridges of a quarter-wave length 3, two quarter-wave sections of the microstrip transmission line 4 located perpendicular to the Lange bridges. The coupler additionally includes two sections of a doubly connected microstrip transmission line of a quarter-wavelength each 5, two quarter-wave sections of a microstrip transmission line 6, two half-wave sections of a microstrip transmission line 7, while the coupler is made in the form of two identical parts, mirror-symmetrical with respect to the vertical axis passing in the middle coupler. In each part, two shoulder transmission lines are connected to one ends of a section of a double-connected transmission line 5, the other ends of which are connected to the ends of two Lange bridges 3 through quarter-wave sections of transmission lines 4, located perpendicular to the Lange bridges, electromagnetically connected to a half-wave transmission line 7, connected by their ends with the same ends of the two Lange bridges 3.

Согласно другому аспекту заявленного изобретения, в ответвитель дополнительно введены секции из двух отрезков высокоомных микрополосковых линий передачи 8, расположенные одна посередине направленного ответвителя параллельно мостам Ланге и гальванически связанная своими концами с серединами полуволновых линий передачи 7, а две другие - рядом с мостами Ланге 3, с шириной проводников, равной ширине проводников моста Ланге и длиной каждого отрезка, обеспечивающей емкостную связь между их концами, определяемыми экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования. Внутренняя поверхность проводника каждого из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи 5 четвертьволновой длины выполнена с двумя или более одинаковыми выборками 9. Каждый из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины 5 имеет также не менее двух окон с полным удалением из них металла микрополосковой линии 10. Выборки и окна 9 и 10 предназначены для выравнивания фазовых скоростей распространения четных и нечетных типов волн в линиях передачи 5 и расширяют их полосу рабочих частот. Их размеры определяются экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования.According to another aspect of the claimed invention, sections of two sections of high-resistance microstrip transmission lines 8 are additionally introduced into the coupler, one located in the middle of the directional coupler parallel to the Lange bridges and galvanically connected at their ends to the middle of the half-wave transmission lines 7, and the other two - next to the Lange bridges 3, with the width of the conductors equal to the width of the conductors of the Lange bridge and the length of each segment, which provides capacitive coupling between their ends, determined experimentally or as a result of electromagnetic modeling. The inner surface of the conductor of each of the two sections of the coupled microstrip transmission line 5 of a quarter-wavelength is made with two or more identical samples 9. Each of the two sections of the coupled microstrip transmission line of a quarter-wavelength length 5 also has at least two windows with complete removal of the metal of the microstrip line 10 from them. Samples and windows 9 and 10 are designed to equalize the phase velocities of propagation of even and odd wave types in transmission lines 5 and expand their operating frequency band. Their sizes are determined experimentally or as a result of electromagnetic modeling.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

На фиг. 1 изображен микрополосковый направленный ответвитель, содержащий две электромагнитно связанные микрополосковые линии передачи, расположенные параллельно друг другу.FIG. 1 depicts a microstrip directional coupler comprising two electromagnetically coupled microstrip transmission lines parallel to each other.

На фиг. 2 показан тандемный микрополосковый направленный ответвитель, представляющий собой функциональный узел, состоящий из двух идентичных микрополосковых ответвителей.FIG. 2 shows a tandem microstrip directional coupler, which is a functional unit composed of two identical microstrip couplers.

На фиг. 3 показан микрополосковый тандемный направленный ответвитель.FIG. 3 shows a microstrip tandem directional coupler.

На фиг. 4 изображен заявляемый ответвитель без вырезов, где цифрой 2 обозначена одна из четырех имеющихся в ответвителе одинаковых 50-омных плечевых микрополосковых линий передачи; цифрой 3 микрополосковый мост Ланге четвертьволновой длины; цифрой 4 - четвертьволновый отрезок микрополосковой линии передачи; цифрой 5 - один из двух дополнительно введенных отрезков двухсвязанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины; цифрой 6 - один из двух дополнительно введенных четвертьволновых отрезков микрополосковой линии передачи; цифрой 7 - один из двух дополнительно введенных полуволновых отрезков микрополосковой линии передачи.FIG. 4 shows the inventive coupler without cutouts, where number 2 denotes one of four identical 50-ohm shoulder microstrip transmission lines available in the coupler; number 3 is a quarter-wavelength microstrip Lange bridge; number 4 - a quarter-wave section of a microstrip transmission line; number 5 - one of two additionally introduced segments of a two-connected microstrip transmission line of a quarter-wavelength; digit 6 - one of two additionally introduced quarter-wave sections of the microstrip transmission line; number 7 - one of two additionally introduced half-wave sections of the microstrip transmission line.

На фиг. 5 изображен заявленный ответвитель с вырезами, где цифрой 5 обозначен один из двух дополнительно введенных отрезков двухсвязанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины; цифрой 8 - три дополнительно введеные секции из двух отрезков высокоомной связанной микрополосковой линий передачи; цифрой 9 - одна из выборок на внутренней поверхности проводника каждого из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи; цифрой 10 - одно из окон на каждом из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины.FIG. 5 shows the claimed coupler with cutouts, where the number 5 denotes one of the two additionally introduced sections of a quarter-wavelength double-connected microstrip transmission line; digit 8 - three additionally introduced sections of two sections of high-resistance coupled microstrip transmission lines; number 9 - one of the samples on the inner surface of the conductor of each of the two sections of the coupled microstrip transmission line; number 10 - one of the windows on each of the two segments of the coupled microstrip transmission line quarter-wavelength.

На фиг. 6 дана зависимость от частоты модулей коэффициентов передачи предлагаемого ответвителя и ближайшего аналога.FIG. 6 shows the dependence on the frequency of modules of the transmission coefficients of the proposed coupler and the closest analogue.

На фиг. 7 дана зависимость от частоты КСВН выходных плеч заявленного ответвителя с вырезами по сравнению с ответвителем без вырезов.FIG. 7 shows the dependence of the VSWR frequency of the output arms of the claimed coupler with cutouts in comparison with a coupler without cutouts.

Заявленный ответвитель, его существенные признаки, а именно введение двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины каждый, двух четвертьволновых отрезков микрополосковой линии передачи, двух полуволновых отрезков микрополосковой линии передачи, в их совокупности, а так же в совокупности с известными признаками и с предложенным выполнением ответвителя в виде двух одинаковых частей, зеркально симметричных относительно вертикальной оси, проходящей по середине ответвителя, где в каждой части две плечевые линии передачи соединены с одними концами отрезка двухсвязанной линии передачи, другие концы которой соединены с концами двух мостов Ланге через четвертьволновые отрезки линий передачи, расположенные перпендикулярно мостам Ланге, электромагнитно связанные с полуволновой линией передачи, соединенной своими концами с теми же концами двух мостов Ланге, позволяет достичь указанного технического результата, выраженного расширением полосы рабочих частот при сохранении величины КСВН и габаритных размеров ответвителя.The claimed coupler, its essential features, namely the introduction of two sections of a coupled microstrip transmission line of quarter-wavelength each, two quarter-wave sections of a microstrip transmission line, two half-wave sections of a microstrip transmission line, in their totality, as well as in conjunction with known features and with the proposed implementation a coupler in the form of two identical parts, mirror-symmetrical about a vertical axis running in the middle of the coupler, where in each part two shoulder transmission lines are connected to one ends of a section of a double-connected transmission line, the other ends of which are connected to the ends of two Lange bridges through quarter-wave sections of transmission lines, located perpendicular to the Lange bridges, electromagnetically connected with a half-wave transmission line connected at its ends with the same ends of the two Lange bridges, allows achieving the specified technical result, expressed by the expansion of the operating frequency band while maintaining the value of VSWR and the overall dimensions of the coupler.

Это достигается за счет:This is achieved through:

во-первых, наличия в каждой части четвертьволнового отрезка связанных линий 5, расположенного на входе (выходе) ответвителя, что обеспечивает дополнительную электромагнитную связь между каналами ответвителя, существенно влияющую на рабочую полосу частот, но практически не влияющую на уровень сигнала, и как следствие - увеличение рабочей полосы частот без увеличения КСВН на входе (выходе) ответвителя,firstly, the presence in each part of a quarter-wave section of coupled lines 5 located at the input (output) of the coupler, which provides additional electromagnetic coupling between the coupler channels, which significantly affects the operating frequency band, but practically does not affect the signal level, and as a result - increasing the operating frequency band without increasing the VSWR at the input (output) of the coupler,

во-вторых, соединения концов связанной линии передачи с концами мостов Ланге через четвертьволновые отрезки линий передачи 4, связанных электромагнитно с полуволновой линией передачи 7, соединенной своими концами с теми же мостами Ланге, что обеспечивает сильную связь между дополнительно введенными элементами ответвителя и мостами Ланге, влияющую как в случае многозвенных полосовых фильтров на связанных линиях на увеличение полосы пропускания за счет выравнивания фазовых скоростей распространения четных и нечетных типов волн, и как следствие на увеличение рабочей полосы частот,secondly, connecting the ends of the connected transmission line with the ends of the Lange bridges through quarter-wave sections of transmission lines 4, electromagnetically connected to the half-wave transmission line 7, connected at its ends with the same Lange bridges, which provides a strong connection between the additionally introduced coupler elements and Lange bridges, influencing, as in the case of multi-link bandpass filters on coupled lines, to increase the bandwidth due to equalization of the phase velocities of propagation of even and odd wave types, and, as a consequence, to increase the operating frequency band,

в-третьих, расположения дополнительно введенных элементов ответвителя вдоль двух взаимоперпендикулярных осей делает конструкцию ответвителя компактной и, как следствие - с сохранением габаритных размеров ответвителя.thirdly, the location of the additionally introduced coupler elements along two mutually perpendicular axes makes the coupler design compact and, as a consequence, while maintaining the overall dimensions of the coupler.

На фиг. 5 показан вариант заявленного ответвителя, в который дополнительно введены три секции из двух отрезков высокоомной связанной микрополосковой линий передачи 8, расположенные одна посередине направленного ответвителя параллельно мостам Ланге и гальванически связанная своими концами с серединами полуволновых линий передачи 7, а две другие - рядом с мостами Ланге 3, с шириной проводников, равной ширине проводников моста Ланге и длиной каждого отрезка, обеспечивающей емкостную связь между их концами, определяемыми экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования. Внутренняя поверхность проводника каждого из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи 5 четвертьволновой длины выполнена с двумя или более одинаковыми выборками 9. Каждый из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины имеет также не менее двух окон с полным удалением из них металла микрополосковой линии 10. Выборки и окна 9 и 10 предназначены для выравнивания фазовых скоростей распространения четных и нечетных типов волн в линиях передачи 5 и расширяют их полосу рабочих частот. Их размеры определяются экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования.FIG. 5 shows a variant of the claimed coupler, into which three sections of two sections of high-resistance coupled microstrip transmission lines 8 are additionally introduced, one located in the middle of a directional coupler parallel to the Lange bridges and galvanically connected by their ends to the middle of the half-wave transmission lines 7, and the other two - next to the Lange bridges 3, with the width of the conductors equal to the width of the conductors of the Lange bridge and the length of each segment providing capacitive coupling between their ends, determined experimentally or as a result of electromagnetic simulation. The inner surface of the conductor of each of the two sections of the coupled microstrip transmission line 5 of a quarter-wavelength is made with two or more identical samples 9. Each of the two sections of the coupled microstrip transmission line of a quarter-wavelength also has at least two windows with the complete removal of the metal of the microstrip line 10 from them. and windows 9 and 10 are designed to equalize the phase velocities of propagation of even and odd wave types in transmission lines 5 and expand their operating frequency band. Their sizes are determined experimentally or as a result of electromagnetic modeling.

Такое конструктивное решение, а именно введение трех секций из двух отрезков высокоомной связанной микрополосковой линий передачи 8, с шириной проводников, равной ширине проводников моста Ланге и длиной каждого отрезка, обеспечивающей емкостную связь между их концами, определяемыми экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования, расположенные одна посередине направленного ответвителя параллельно мостам Ланге и гальванически связанная своими концами с серединами полуволновых линий передачи 7, а две другие - рядом с мостами Ланге 3 позволяет снизить КСВН при тех же габаритах и в той же рабочей полосе частот.Such a constructive solution, namely the introduction of three sections of two sections of high-resistance coupled microstrip transmission lines 8, with the width of the conductors equal to the width of the conductors of the Lange bridge and the length of each segment, providing capacitive coupling between their ends, determined experimentally or as a result of electromagnetic modeling, located one in the middle of the directional coupler parallel to the Lange bridges and galvanically connected by its ends to the midpoints of the half-wave transmission lines 7, and the other two - next to the Lange bridges 3 allows to reduce the VSWR with the same dimensions and in the same operating frequency band.

График зависимости КСВН от рабочей полосы частот для ответвителя с вырезами и без приведен на фиг. 7A graph of VSWR versus operating frequency band for a coupler with and without notches is shown in FIG. 7

Пример конкретного выполнения заявленного ответвителя.An example of a specific implementation of the claimed coupler.

Ответвитель выполнен в интегральном исполнении на подложке из поликора (относительная диэлектрическая проницаемость 9,6) толщиной равной 0,5 мм с использованием классической тонкопленочной технологии.The coupler is made in an integral design on a polycor substrate (relative dielectric constant 9.6) with a thickness of 0.5 mm using classic thin-film technology.

Плечевые линии передачи выполнены с волновым сопротивлением, равным 50 Ом, что соответствует ширине микрополоскового проводника 0,48 мм.The shoulder transmission lines are made with a characteristic impedance of 50 Ohm, which corresponds to a microstrip conductor width of 0.48 mm.

Заявленный ответвитель работает следующим образом.The claimed coupler works as follows.

Направленный ответвитель - взаимное устройство с четырьмя плечами (каналами), у которого развязаны какие - либо два плеча, то есть СВЧ - сигнал от одного входного плеча (канала) практически не проходит во вспомогательное плечо (канал), а делится в заданном отношении мощностей между третьим и четвертым плечами (каналами), которые называются рабочими. В направленном ответвителе из-за специально подобранной связи между отрезками линий передачи лишь незначительная часть мощности электромагнитной волны, распространяющейся в основном канале, ответвляется во вспомогательный канал, а большая часть ответвляется в два рабочих канала и делится между ними в заданном отношении.A directional coupler is a reciprocal device with four arms (channels), in which any two arms are decoupled, that is, a microwave signal from one input arm (channel) practically does not pass into the auxiliary arm (channel), but is divided in a given power ratio between the third and fourth shoulders (channels), which are called working. In a directional coupler, due to the specially selected coupling between the transmission line sections, only a small part of the electromagnetic wave power propagating in the main channel is branched off into the auxiliary channel, and most of it is branched off into two working channels and divided between them in a given ratio.

С целью снижения габаритных размеров направленных ответвителей и повышения технологичности их изготовлении конструктивно они выполняются на микрополосковых линиях - несимметричных полосковых линиях передачи, выполненных из одного или нескольких проводников, имеющих форму тонких металлических полосок, расположенных на диэлектрической подложке. Микрополосковые линии передачи выполняются на диэлектрической подложке с высокой величиной относительной диэлектрической проницаемости, поэтому толщина подложки много меньше длины волны в свободном пространстве. Достоинством микрополосковой линии передачи и устройств на ее основе является возможность автоматизации производства устройств с применением технологий изготовления печатных плат и гибридных интегральных схем.In order to reduce the overall dimensions of directional couplers and improve their manufacturability, they are structurally performed on microstrip lines - asymmetric strip transmission lines made of one or more conductors in the form of thin metal strips located on a dielectric substrate. Microstrip transmission lines are made on a dielectric substrate with a high relative permittivity, so the thickness of the substrate is much less than the wavelength in free space. The advantage of the microstrip transmission line and devices based on it is the ability to automate the production of devices using technologies for manufacturing printed circuit boards and hybrid integrated circuits.

На образцах заявленного ответвителя была измерена зависимость от частоты модулей коэффициентов передачи в рабочем канале. Эта зависимость приведена на фиг. 6.On the samples of the claimed coupler, the dependence on the frequency of the modules of the transmission coefficients in the working channel was measured. This dependence is shown in Fig. 6.

На графике приведены результаты расчета тандемного ответвителя в сравнении с заявленным (тандемный ответвитель с дополнительными областями связи). Рабочая полоса частот составляет от 1,8 до 5,5 ГГц для обычного тандемного ответвителя, а для заявленного составляет от 1 до 6,5 ГГц, что примерно в 1,5 раза больше, чем у прототипа.The graph shows the results of calculating the tandem coupler in comparison with the declared one (tandem coupler with additional communication areas). The operating frequency band is from 1.8 to 5.5 GHz for a conventional tandem coupler, and for the claimed one it is from 1 to 6.5 GHz, which is about 1.5 times more than that of the prototype.

Таким образом, предлагаемая конструкция ответвителя по сравнению с прототипом позволит:Thus, the proposed design of the coupler in comparison with the prototype will allow:

- во-первых, получить в 1,5 раза шире рабочую полосу частот,- firstly, to get 1.5 times wider operating frequency band,

- во-вторых, получить КСВН менее 1,3 во всей рабочей полосе частот,- secondly, get VSWR less than 1.3 in the entire operating frequency band,

- в-третьих, реализовать конструкцию как в гибридном интегральном, так и в монолитном интегральном исполнении.- thirdly, to implement the design in both hybrid integral and monolithic integral design.

Claims (2)

1. Микрополосковый тандемный направленный ответвитель, содержащий микрополосковые линии передачи, расположенные на диэлектрической подложке, обратная сторона которой частично или полностью металлизирована или подвешена над металлической поверхностью, выполненные в виде четырех одинаковых 50-омных плечевых микрополосковых линий передачи, двух мостов Ланге четвертьволновой длины каждый, двух четвертьволновых отрезков микрополосковой линии передачи, расположенных перпендикулярно мостам Ланге, отличающийся тем, что в ответвитель дополнительно введены два отрезка двухсвязанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины каждый, два четвертьволновых отрезка микрополосковой линии передачи, два полуволновых отрезка микрополосковой линии передачи, при этом ответвитель выполнен в виде двух одинаковых частей, зеркально симметричных относительно вертикальной оси, проходящей по середине ответвителя, при этом в каждой части две плечевые линии передачи соединены с одними концами отрезка двухсвязанной линии передачи, другие концы которой соединены с концами двух мостов Ланге через четвертьволновые отрезки линий передачи, расположенные перпендикулярно мостам Ланге, электромагнитно связанные с полуволновой линией передачи, соединенной своими концами с теми же концами двух мостов Ланге.1. Microstrip tandem directional coupler containing microstrip transmission lines located on a dielectric substrate, the reverse side of which is partially or completely metallized or suspended above a metal surface, made in the form of four identical 50-ohm shoulder microstrip transmission lines, two quarter-wavelength Lange bridges each, two quarter-wave sections of a microstrip transmission line located perpendicular to the Lange bridges, characterized in that two sections of a double-connected microstrip transmission line of quarter-wavelength each are introduced into the coupler, two quarter-wave sections of a microstrip transmission line, two half-wave sections of a microstrip transmission line are made in the form of a response two identical parts, mirror-symmetrical with respect to the vertical axis passing through the middle of the coupler, while in each part two shoulder transmission lines are connected to one ends of a segment of two a connected transmission line, the other ends of which are connected to the ends of two Lange bridges through quarter-wave sections of transmission lines located perpendicular to the Lange bridges, electromagnetically connected to a half-wave transmission line connected at its ends to the same ends of the two Lange bridges. 2. Микрополосковый тандемный направленный ответвитель по п.1, отличающийся тем, что в ответвитель дополнительно введены секции из двух отрезков высокоомных микрополосковых линий передачи, расположенные одна посередине направленного ответвителя параллельно мостам Ланге и гальванически связанная своими концами с серединами полуволновых линий передачи, а две другие - рядом с мостами Ланге, с шириной проводников, равной ширине проводников моста Ланге и длиной каждого отрезка, обеспечивающей емкостную связь между их концами, определяемыми экспериментально, либо в результате электромагнитного моделирования; при этом внутренняя поверхность проводника каждого из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины, соединяющей плечевую линию передачи с концами двух мостов Ланге через четвертьволновые отрезки линий передачи, расположенные перпендикулярно мостам Ланге, выполнена с двумя или более одинаковыми выборками; при этом каждый из двух отрезков связанной микрополосковой линии передачи четвертьволновой длины, соединяющей плечевую линию передачи с концами двух мостов Ланге через четвертьволновые отрезки линий передачи, расположенные перпендикулярно мостам Ланге, имеет также не менее двух окон с полным удалением из них металла микрополосковой линии.2. Microstrip tandem directional coupler according to claim 1, characterized in that sections of two sections of high-resistance microstrip transmission lines are additionally introduced into the coupler, located one in the middle of the directional coupler parallel to the Lange bridges and galvanically connected by their ends to the middle of the half-wave transmission lines, and the other two - next to Lange bridges, with the width of the conductors equal to the width of the conductors of the Lange bridge and the length of each segment, providing capacitive coupling between their ends, determined experimentally or as a result of electromagnetic modeling; wherein the inner surface of the conductor of each of the two segments of the coupled microstrip transmission line quarter-wavelength connecting the shoulder transmission line with the ends of the two Lange bridges through the quarter-wave segments of the transmission lines located perpendicular to the Lange bridges is made with two or more identical samples; Moreover, each of the two sections of a coupled quarter-wavelength microstrip transmission line connecting the shoulder transmission line with the ends of two Lange bridges through the quarter-wave sections of transmission lines located perpendicular to the Lange bridges also has at least two windows with the complete removal of the microstrip line metal from them.
RU2020120478A 2020-06-19 2020-06-19 Microstrip tandem directional coupler RU2743248C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120478A RU2743248C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Microstrip tandem directional coupler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120478A RU2743248C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Microstrip tandem directional coupler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743248C1 true RU2743248C1 (en) 2021-02-16

Family

ID=74666242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120478A RU2743248C1 (en) 2020-06-19 2020-06-19 Microstrip tandem directional coupler

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743248C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05335817A (en) * 1992-06-01 1993-12-17 Japan Energy Corp Directional coupler
US6794954B2 (en) * 2002-01-11 2004-09-21 Power Wave Technologies, Inc. Microstrip coupler
US7078983B2 (en) * 2004-06-09 2006-07-18 Raytheon Company Low-profile circulator
JP5335817B2 (en) * 2008-02-01 2013-11-06 クゥアルコム・インコーポレイテッド Carrier management in wireless communication devices assigned multiple carrier sets by a wireless communication network
RU154063U1 (en) * 2013-10-17 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук HIGH FREQUENCY FILTER
RU2715358C1 (en) * 2019-05-23 2020-02-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" High-selective high-pass strip filter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05335817A (en) * 1992-06-01 1993-12-17 Japan Energy Corp Directional coupler
US6794954B2 (en) * 2002-01-11 2004-09-21 Power Wave Technologies, Inc. Microstrip coupler
US7078983B2 (en) * 2004-06-09 2006-07-18 Raytheon Company Low-profile circulator
JP5335817B2 (en) * 2008-02-01 2013-11-06 クゥアルコム・インコーポレイテッド Carrier management in wireless communication devices assigned multiple carrier sets by a wireless communication network
RU154063U1 (en) * 2013-10-17 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук HIGH FREQUENCY FILTER
RU2715358C1 (en) * 2019-05-23 2020-02-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" High-selective high-pass strip filter

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jin-Cheol Jeong AlGaN/GaN Based Ultra-wideband 15-W High-Power Amplifier with Improved Return Loss // ETRI Journal, 01.10.2016 (фиг. 7). Lange Coupler //URL: http://web.archive.org/web/20190218111947/http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/genesys200801/syn/signal_control_types/balun.htm. 18.02.2019. *
Jin-Cheol Jeong AlGaN/GaN Based Ultra-wideband 15-W High-Power Amplifier with Improved Return Loss // ETRI Journal, 01.10.2016 (фиг. 7). Lange Coupler //URL: http://web.archive.org/web/20190218111947/http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/genesys200801/syn/signal_control_types/balun.htm. 18.02.2019. Robin Sloan Simplified design technique for high-performance microstrip multisection couplers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 46(12), 1999, стр. 2507 - 2513 (фиг. 2). Mimix Broadband Introduces 15 - 25 GHz GaAs HBT MMIC Image Reject Mixer //URL: https://www.rfglobalnet.com/doc/mimix-broadband-introduces-15-25-ghz-gaas-hbt-0001. 23.09.2004. *
Robin Sloan Simplified design technique for high-performance microstrip multisection couplers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 46(12), 1999, стр. 2507 - 2513 (фиг. 2). Mimix Broadband Introduces 15 - 25 GHz GaAs HBT MMIC Image Reject Mixer //URL: https://www.rfglobalnet.com/doc/mimix-broadband-introduces-15-25-ghz-gaas-hbt-0001. 23.09.2004. *
Sener Uysal. Nonuniform line microstrip directional couplers and filters. // Artech Print on Demand,1993. стр. 28. Рис. 2.16. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2693501C1 (en) Spiral ultra-wideband microstrip quadrature directional coupler
Gruszczynski et al. Design of compensated coupled-stripline 3-dB directional couplers, phase shifters, and magic-T's—Part I: Single-section coupled-line circuits
CN108172958B (en) Periodic slow wave transmission line unit based on coplanar waveguide
CN112864549B (en) Novel miniaturized differential phase shifter of multichannel broadband
US3965445A (en) Microstrip or stripline coupled-transmission-line impedance transformer
CN113422190A (en) Branch line directional coupler, design method thereof and electronic equipment
WO2001056108A9 (en) Balun formed from symmetrical couplers and method for making same
RU2542877C2 (en) Microwave attenuator
RU2743248C1 (en) Microstrip tandem directional coupler
EP2140547A1 (en) Rf re-entrant combiner
Abdelaziz et al. Realization of composite right/left-handed transmission line using coupled lines
Zhang et al. Compact branch-line coupler using uniplanar spiral based CRLH-TL
Ghosh et al. A four branch microstrip coupler with improved bandwidth and isolation
Chen et al. Novel Gysel power dividers based on half-mode substrate integrated waveguide (HMSIW)
US11165127B2 (en) T-shaped broadband bandpass filter
US6023206A (en) Slot line band pass filter
Arshad et al. 0 dB coupler employing slot technique on planar microstrip
Miri et al. A millimeter-wave high selective lowpass filter in suspended stripline technology
Bikiny et al. Ka-band Lange coupler in multilayer thick-film technology
Uysal et al. A compact coplanar stripline lowpass filter
RU2717386C1 (en) Spiral ultra-wideband microstrip quadrature directional coupler
Liu et al. Miniaturized quarter-wavelength resonator for common-mode filter based on pattern ground structure
Lu et al. Design of dual-band branch-line coupler based on shunt open-circuit DCRLH cells
Sarkooyeh et al. An innovative ultra Wideband Microstrip phase shifter based on the lange coupler
RU2729513C1 (en) Stripline phase shifter