横跨定向耦合器功能扩展理论与技术的研究

The co-directional coupler, which is mainly based on branch line structure, has large size and narrow bandwidth. The contra-directional coupler, which is based on parallel coupled line structure, is unable to realize strong coupling, for the gap between the coupled line cannot be too small due to the limitation of manufacturing technology. Trans-directional (TRD) coupler owns the advantages of strong coupling, small size, and dc blocking. Thus, it has important theoretical and application significance to research the theory and technology of the directional coupler function extension based on TRD coupler..Frequency tunable TRD coupler will be proposed to increase the frequency tuning range of directional coupler. The reactive element loaded parallel coupled line method will be presented to realize the coupling tunable TRD coupler with wide bandwidth, large coupling tuning range and small size. The phase tunable TRD coupler will be constructed to extend the function of directional coupler. The novel port extension dual band TRD coupler which is based on multistage series circuit decomposition technology will be achieved to satisfy the requirements of multi-standard communication. According to the different distribution area of the terminated complex impedance in the Smith chart, terminated arbitrary complex impedance TRD coupler will be constructed. The wide dual band complex impedance matching transformer will be designed with the help of the proposed multi-objective mixture optimization algorithm. A novel structure for realizing the filtering TRD coupler will be invented for the further improvement of the circuit integration with the inherent dc blocking characteristics of the TRD coupler.

同向定向耦合器大多基于分支线结构，其体积大，频带窄；基于平行耦合线结构的反向定向耦合器，由于工艺所限，耦合线间隙不能太小，无法实现紧耦合。横跨定向（TRD）耦合器具有紧耦合、电路尺寸小、固有隔直等优点，因此研究基于TRD耦合器的定向耦合器功能扩展理论与技术具有重要的理论和应用意义。.提出频率可调TRD耦合器，提高定向耦合器频率调节范围；提出电抗元件加载平行耦合线技术，实现宽频、耦合度调节范围大和体积小的耦合度可调TRD耦合器；提出输出相位可调TRD耦合器，扩展定向耦合器的功能；提出基于多级串联电路分解技术的新型端口延伸双频TRD耦合器，满足多制式通信的需求；依据端接复阻抗在史密斯圆图分布区域的不同，构造端接任意复阻抗TRD耦合器；提出多目标混合优化算法，设计宽带双频复阻抗匹配变换器；提出带通滤波型TRD耦合器新结构，利用TRD耦合器固有的隔直特点，进一步提高电路集成度。

同向定向耦合器大多基于分支线结构，其体积大，频带窄；基于平行耦合线结构的反向定向耦合器，由于工艺所限，耦合线间隙不能太小，无法实现紧耦合。横跨定向（TRD）耦合器具有紧耦合、电路尺寸小、固有隔直等优点，因此研究基于TRD耦合器的定向耦合器功能扩展理论与技术具有重要的理论和应用意义。.项目的主要研究内容为：研究基于TRD耦合器的频率可调定向耦合器的实现方法，提出频率调节范围大于60%的可调频TRD耦合器；研究基于TRD耦合器的耦合度可重构定向耦合器的实现方法，给出10-dB方向性相对带宽大于40 %，耦合度可重构范围为0 ~ +∞ dB，且体积小的耦合度可重构TRD耦合器的电路模型；研究基于TRD耦合器的端口输出相位任意的定向耦合器，在此基础上研究相位可调TRD耦合器，构造其电路模型；研究基于TRD耦合器的双频定向耦合器；研究多种端接复阻抗电路匹配技术。根据端接复阻抗在史密斯圆图分布区域的不同，设计相应的电路匹配结构，并结合电磁数值仿真技术，构造出端接任意复阻抗TRD耦合器；研究复阻抗变换电路，提出体积小、复数阻抗变换范围大、易实现的复阻抗变换器；研究基于耦合线的负群时延微波电路，以获得理想匹配，并展宽带宽；研究TRD平行耦合线，并将该TRD耦合线应用于移相器、平面巴伦、微带混合环和整流电路的设计中，提高其性能。.截止到2019年12月，课题组已完成全部研究内容，并取得了较好的成果：发表学术论文31篇，其中SCI检索18篇（JCR Q1 4篇，JCR Q2 2篇）、EI检索13篇；申请国家发明专利17项（授权5项）。依托本课题的资助，刘宏梅博士的学位论文《横跨定向耦合器的设计方法与应用研究》获得了2017年度辽宁省优秀博士学位论文。课题组获2016年度大连市技术发明一等奖。