定向耦合器由主信号线和耦合信号线组成， 用于功率分配、 功率合成、 功率检测等。 当主信号线上有确定方向的交流信号传播时， 由于主信号线 与耦合信号线之间的寄生电容和寄生电感的作 用， 耦合信号线上也会有确 定方向的交流信号。

定向耦合器两个重要的性能指标是方向性和耦 合度。 目前有如图 1所示 的锯齿形耦合器， 和如图 2所示的梳状耦合器， 使耦合信号线上产生很强主 耦合信号， 同时耦合信号线所产生的次耦合信号很弱， 提高耦合器的方向 性； 并且在较大的带宽范围内， 能够保持稳定的耦合度。

本发明人在实现本发明的过程中发现， 现有技术至少存在以下问题： 上述两种耦合器， 以及其他现有的耦合器， 其长度大约等于耦合信号的 1/4 波长或 1/4波长的整数倍， 难以满足当今电子设备小型化的需求。 发明内容

本发明实施例提供了一种结构小巧的定向耦合 器， 能够满足当今电子 设备小型化的需求。

为达到上述目的， 本发明的实施例采用如下技术方案：

该定向耦合器， 包括主信号线、 耦合信号线、 隔离输出线和耦合输出 线， 所述隔离输出线和所述耦合输出线分别连接于 所述耦合信号线的两端， 所述耦合信号线包括相连的主耦合线和次耦合 线， 其中

所述主耦合线用于产生主耦合信号； 所述次耦合线用于产生抵消信号， 所述抵消信号与所述主耦合线上产 生的次耦合信号相抵消。

与现有技术相比， 本发明所提供的上述技术方案具有如下优点： 当主 信号线上有交流信号通过时， 由于主耦合线与主信号线之间的互电感作用， 产生一个强度较大的耦合信号， 并将该耦合信号的传播方向定义为正向； 同时由于主耦合线与主信号线之间的互电容作 用， 产生一个正向和一个反 向的强度较弱的耦合信号； 其中， 两个正向的耦合信号合成主耦合线上的 正向信号， 即主耦合信号， 反向的耦合信号为主耦合线上的反向信号， 即 次耦合信号。 同样的， 次耦合线上也会产生由两个正向的耦合信号合 成的 正向信号， 以及一个反向信号。 本发明将主耦合线和次耦合线设置不同的 长度和宽度，和 /或将主耦合线和次耦合线与主信号线之间设� �的不同间距， 使次耦合线上的正向信号作为抵消信号， 与主耦合线上的反向信号相抵消， 则耦合信号线整体上只剩下主耦合线上的正向 信号， 和次耦合线上的反向 信号。 在主耦合线上， 正向信号的强度比反向信号大几分贝 （dB) 至几十 dB; 次耦合线上， 正向信号的强度也比反向信号大几 dB至几十 dB， 所以 耦合信号线上最终的正向信号与反向信号相差 的倍数， 是上述两个倍数的 乘积， 从而实现了定向耦合器的高方向性。

综上所述， 本发明通过将主耦合线和次耦合线设置不同的 长度和宽度， 和 /或将主耦合线和次耦合线与主信号线之间设� �的不同间距， 获得了具有 高方向性的定向耦合器， 而无需将定向耦合器的长度设置为耦合信号的 1/4 波长或 1/4波长的整数倍， 并且远远小于耦合信号的 1/4波长， 从而能够满 足当今电子设备小型化的需求。 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的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附 图。

图 1为现有的锯齿形耦合器的结构示意图；

图 2为现有的梳状耦合器的结构示意图；

图 3为本发明的实施例 1所提供的定向耦合器的结构示意图； 图 4为本发明的实施例 2所提供的定向耦合器的结构示意图； 图 5为本发明的实施例 3所提供的定向耦合器的结构示意图； 图 6为本发明的实施例 4所提供的定向耦合器的结构示意图。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，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 有付出创造性劳动的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。

实施例 1 :

如图 3所示， 本发明实施例提供的定向耦合器为微带定向耦 合器， 包 括主信号线 1、 耦合信号线 2、 隔离输出线 3和耦合输出线 4， 耦合信号线 2包括相连的主耦合线 21和次耦合线 22，其中耦合输出线 4与主耦合线 21 相连， 隔离输出线 3与次耦合线 22相连； 主耦合线 21用于产生主耦合信 号； 次耦合线 22用于产生抵消信号， 还用于匹配主耦合线 21与隔离输出 线 3的阻抗， 所述抵消信号与主耦合线 21上产生的次耦合信号相抵消。

当主信号线 1上有交流信号通过时， 由于主耦合线 21与主信号线 1之 间的互电感作用， 产生一个强度较大的耦合信号 IL1 , 并将 IL1的传播方向 定义为正向； 同时由于主耦合线 21与主信号线 1之间的互电容作用， 产生 一对方向相反、 强度相等且强度较弱的耦合信号 IC1+和 IC1-; 其中， IL1 和 IC1+合成主耦合线 21 上的正向信号， 即主耦合信号， IC1-为主耦合线 21上的反向信号， 即次耦合信号。 同样的， 次耦合线 22上也会产生两个正 向的耦合信号 IL2和 IC2+, 以及一个反向信号 IC2-。 其中， IC2+ 和 IC2- 非常小， 为简化计算可以忽略不计。

本发明实施例将主耦合线 21和次耦合线 22设置不同的长度和宽度， 并且将主耦合线 21和次耦合线 22与主信号线 1之间设置不同的间距， 使 IL2作为抵消信号，与 IC1-相抵消，则耦合信号线 2整体上只剩下正向的 IL1 和 IC1+, 和反向的 IC2-。 通常情况下， IL1的强度比 IC1+和 IC1-大几 dB 至几十 dB， IL2的强度也比 IC2+ 和 IC2-大几 dB至几十 dB， 所以耦合信 号线 2上最终的正向信号与反向信号相差的倍数，� �上述两个倍数的乘积， 从而实现了定向耦合器的高方向性。

综上所述， 本发明实施例通过将主耦合线 21和次耦合线 22设置不同 的长度和宽度， 并且将主耦合线 21和次耦合线 22与主信号线 1之间设置 的不同间距， 获得了具有高方向性的定向耦合器， 而无需将定向耦合器的 长度设置为耦合信号的 1/4波长或 1/4波长的整数倍， 并且远远小于耦合信 号的 1/4波长， 从而能够满足当今电子设备小型化的需求。

当然， 主耦合线和次耦合线也可以宽度相等， 而与主信号线的间距不 同， 或者与主信号线的间距相等， 宽度不同， 只要能满足 IL2与 IC1-相抵 消即可。

此外， 次耦合线 22还要匹配主耦合线 21与隔离输出线 3的阻抗， 本 实施例中主耦合线 21宽度较大， 则阻抗较小， 所以次耦合线 22需要更长 的长度，以实现阻抗匹配。因此，本实施例中 将次耦合线 22的一部分折弯， 使其与主信号线 1 垂直， 不产生耦合信号， 成为纯匹配线 220。 次耦合线 22中参与耦合的部分平行于主信号线 1， 产生的 IL2与 IC1-相抵消， 并且 通过切角与纯匹配线 220相连， 共同实现主耦合线 21的阻抗匹配。 本发明实施例提供的定向耦合器相比于锯齿形 耦合器、 梳状耦合器结 构非常简单， 因此设计仿真的过程也非常简单， 设计周期更短。 在制造过 程中， 由于结构简单， 加工误差也会减少， 所以还具有更好的容差性。

作为一个优选方案， 定向耦合器还包括连接于主耦合线 21与耦合输出 线 4之间的输出匹配线 5， 用于匹配主耦合线 21与耦合输出线 4之间的阻 抗， 使主耦合线 21的特征阻抗匹配到耦合输出线 4需要的端口阻抗。

实施例 2:

本实施例与实施例 1基本相同， 其不同点在于： 如图 4所示， 本实施 例中， 次耦合线 22包括抵消耦合线 221和匹配耦合线 222， 其中抵消耦合 线 221与隔离输出线 3的阻抗相同， 且通过切角与隔离输出线 3相连， 主 要用于产生抵消信号；匹配耦合线 222连接于主耦合线 21与抵消耦合线 221 之间， 主要用于匹配主耦合线 21与抵消耦合线 221之间的阻抗。

将次耦合线 22分为抵消耦合线 221和匹配耦合线 222两部分， 通过将 主耦合线 21、 抵消耦合线 221和匹配耦合线 222设置各自不同的长度和宽 度， 并且将主耦合线 21、 抵消耦合线 221和匹配耦合线 222与主信号线 1 之间设置各自不同的间距， 由抵消耦合线 221上产生的 IL2和匹配耦合线 222上产生的 IL3 , 共同与主耦合线 21上产生的 IC1-相抵消， 则最终耦合 信号线 2上的反向信号只有 IC2-和 IC3-,由于 IC2-和 IC3-均远远小于 IL1 , 从而实现定向耦合器的高方向性。 另外， 由匹配耦合线 222实现主耦合线 21与抵消耦合线 221之间的阻抗匹配。 因为匹配耦合线 222也会不可避免 的与主信号线 1发生耦合， 产生 IL3、 IC3+和 IC3-, 对定向耦合器进行结构 设计时也应当将其考虑进去。

为了简化电路结构， 通常将抵消耦合线 221 的特征阻抗选取为隔离端 口的输出阻抗， 这样抵消耦合线 221 就可以直接通过标准的微带线切角与 隔离输出线 3连接， 无需额外的阻抗匹配结构。

利用上述原理和方法， 设计一个中心频率为 900MHz的定向耦合器， PCB 板材采用 Rogers4350， 介电常数 Er = 3.48， 耦合信号线的总长度为 4.5mm。根据仿真软件计算，该频率下 1/4波长微带线的长度大约为 50mm， 二者相差十倍有余， 从而实现了定向耦合器的小型化， 以满足当今电子设 备小型化的需求。

实施例 3 :

本实施例与实施例 1基本相同， 其不同点在于： 如图 5所示， 本实施 例中，耦合信号线 2包括两个主耦合线和两个次耦合线，第一主� �合线 21a、 第一次耦合线 22a、 第二次耦合线 22b、 第二主耦合线 21b依次连接于隔离 输出线 3和耦合输出线 4之间，并且第一主耦合线 21a、第一次耦合线 22a， 与第二次耦合线 22b、第二主耦合线 21b的形状对称， 形成如图 5所示的对 称式级连。 其中， 第一次耦合线 22a包括第一抵消耦合线 221a和第一匹配 耦合线 222a，第二次耦合线 22b包括第二抵消耦合线 221b和第二匹配耦合 线 222b， 其中第一匹配耦合线 222a、 第一抵消耦合线 221a、 第二抵消耦合 线 221b、第二匹配耦合线 222b依次连接于第一主耦合线 21a和第二主耦合 线 21b之间。

在需要实现较高的耦合度的情况下， 将两个主耦合线 21a、 21b级连起 来， 再为每个主耦合线各自分配一个次耦合线 22a、 22b, 相当于将两个实 施例 2中的耦合信号线进行级连， 其工作原理与实施例 2类似， 定向耦合 器的方向性也基本相同，而耦合度则相当于实 施例 2中定向耦合器的两倍。 采用对称式级连能够简化电路结构， 因为阻抗相同的第一抵消耦合线 221a 和第二抵消耦合线 221b可以直接连接， 无需额外增加阻抗匹配结构。

作为一个优选方案， 定向耦合器还包括连接于第一主耦合线 21a与隔 离输出线 3之间的输出匹配线 5a， 用于匹配第一主耦合线 21a与隔离输出 线 3之间的阻抗； 以及连接于第二主耦合线 21b与耦合输出线 4之间的输 出匹配线 5b， 用于匹配第二主耦合线 21b与耦合输出线 4之间的阻抗， 使 两个主耦合线 21a、 21b的特征阻抗分别匹配到隔离输出线 3和耦合输出线 4所需要的端口阻抗。

当然， 也可以采用三个或更多个耦合信号线级连的方 式。 采用多个耦 合信号线级连的设计方式可以降低对单个耦合 信号线的耦合度需求， 因为 在高耦合度的情况下， 主耦合线与主信号线之间的间距太近， 对间距精确 度的要求过高， 导致容差性降低， 而且主耦合线的宽度或长度太大时， 不 利于匹配耦合线和输出匹配线的设计。

实施例 4:

如图 6所示， 本实施例在实施例 3的基础上进一歩改进： 耦合信号线 还包括连接于第一次耦合线 22a与第二次耦合线 22b之间的非耦合连接线 23， 用于改变第一主耦合线 21a和第二主耦合线 21b所产生的耦合信号的 叠加相位。

为了扩大定向耦合器适用的带宽范围， 在第一次耦合线 22a与第二次 耦合线 22b之间添加 U型的非耦合连接线 23， 用于改变第一主耦合线 21a 和第二主耦合线 21b所产生的主耦合信号的叠加相位， 通过调节非耦合连 接线 23的竖直段的长度， 使定向耦合器在中心频率下， 两个主耦合信号的 叠加达到最大值， 达到最高的耦合度， 同时也可以实现在较宽的频率范围 内耦合度的波动最小， 具有较好的带宽平坦度， 并扩大定向耦合器适用的 带宽。

在中心频率为 2GHz的实例中，利用本设计方法设计的定向耦� �器，其 长度仅有 11.3mm，在 1.5GHz至 2.5GHz的频率范围内，耦合度的波动小于 0.7dB。 其他类型的定向耦合器要达到同样的带宽平坦 度和方向性， 其长度 大约为 22mm， 因此本发明实施例实现了定向耦合器的小型化 ， 能够足当今 电子设备小型化的需求。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局 限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内， 可 轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发 明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。