多频段高隔离度十字形耦合器的分析与设计文献综述

文 献 综 述

摘要：近年来，随着移动通信系统的发展和广泛应用，要求无线收发机能在多个频段范围支持多种标准工作。收发机的工作要求推动了各种多频无源器件（天线，耦合器功分器）的迅速发展，微波无源器件的小型化和多频化的研究设计成为当今科学研究的重要课题。耦合器作为这类重要组成器件，它的小尺寸设计和多频段开发更是成为当前微波器件的重点方向之一。

关键词：多频段 十字形耦合器 高隔离度

正文

1耦合器的发展历程

20世纪40年代，源于第二次世界大战对雷达的需求，MIT辐射实验室发明和设计了一系列的波导耦合器和功分器，如多孔定向耦合器，波导魔T等，后来出现了新型传输线（带状线和微带线），由于微波电路与系统的需要相继出现了鳍线，槽线，共面波导，出现了各种传输线定向耦合器。

2研究背景

耦合器是使用最多的无源器件之一，用于功率分配或功率组合，可以是有耗的或无耗的三端口或者四端口器件。可以设计为任意功率分配比，被广泛应用于微波和毫米波领域。它在微波通信系统中，提供正交，正向或反向的输出，并且输出端相互隔离，因此被广泛应用于各种微波电路中，可用于发射机信号的取样与检测，在相控阵雷达系统的馈电网络中，用于天线方向图的合成；在平衡放大器中，用于实现良好的输入输出匹配；在调制解调电路，平衡和镜像抑制混频器中，耦合器有助于实现对两

路输入信号的隔离与采样。

十字耦合器是一种可以让两个携带不同信号的传输线无损传输的无源器件，对于高密度无线电频率单片集成电路，多芯片电路有重要作用。微波毫米波集成电路的快速发展，使得十字形耦合器在设计多通道系统或阵列天线如巴特勒矩阵中被广泛采用，由于现代社会对通信系统复杂性，综合性要求不断提高，十字耦合器也变得越来越被需要。先进的微波和毫米波集成电路通常要求信号通道几何交叉，十字耦合器同样有这个特点，并且隔离度好，所有端口匹配。在过去，十字耦合器主要通过三维或多层结构实现，但这会使制造过程变得更复杂性并且带来昂贵的成本。现在主要有三种方法实现，一是采用空气桥实现信号交叉，但这需要键合线和微电子机械系统对空气桥进行处理，与传统印刷电路板（PCB）相比，增加了复杂性和电路生产的成本。第二种是一种常见的多层配置，另一路信号通过微带-槽线-微带和微带-共面波导-微带传向另一个图层。这种方法有很大的带宽和良好的隔离特性，但是这种配置由于要使用双面对准技术和不易与其它组件及电路集成使得耦合器不适合生产。3第三种是全平面结构，被广泛采用。