bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2021-19-6-5-13bsuir-3153Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSНаправленные ответвители СВЧ-диапазона на полосковых линиях с сильной боковой связьюDirectional microwave coupled-line couplers with high lateral coupling levelФаняевИ. А.FanyaevI. A.

Фаняев Иван Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры радиофизики и электроники 

246019, г. Гомель, ул. Советская, 104

Fanyaev Ivan A., PhD, Associate Professor at the Department 

246019, Gomel, Sovetskaya str., 104

fanyaev@gmail.comГомельский государственный университет имени Франциска СкориныFrancisk Skorina Gomel State University202129092021196513Copyright © Фаняев И.А., 20212021Фаняев И.А.Fanyaev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3153

Классические направленные ответвители СВЧ-диапазона на связанных линиях с высоким уровнем боковой электромагнитной связи по типу направленности являются противонаправленными. Ограничения на их синтез накладывают зазор между линиями передачи, который должен быть крайне мал (десятки мкм), разность фазовых скоростей четных и нечетных мод, которую необходимо компенсировать и др. Из-за этого возникают сложности изготовления ответвителей. Описанные в технической литературе ответвители на связанных линиях с высоким уровнем связи c другими типами направленности либо достаточно громоздкие, либо при их изготовлении возникают конструкторско-технологические проблемы из-за малых размеров индуктивностей и емкостей, необходимых для использования в конструкциях ответвителей. Выполнен синтез противонаправленного ответвителя СВЧ-диапазона на полосковых линиях с сильной боковой связью. Ответвитель позволяет передавать входную мощность в один порт вспомогательного канала с полной связью (0 дБ, кроссовер). В топологии ответвителя используются периодические шлейфы, которые находятся между связанными линиями. Был произведен расчет и анализ эквивалентных схем связанных полосковых линий для одного периода шлейфов. Это позволило определить необходимые параметры и размеры топологии. Устройство является узкополосным (3 ГГц ± 5 %),  коэффициент передачи минус 0,44 дБ на центральной частоте 3 ГГц, развязка с изолированными портамисоставляет не менее 35 дБ. Предложенный компактный ответвитель с уровнем связи 0 дБ может быть использован в распределительных схемах, в которых нужно исключить пересечения линий передач. Приводятся сведения о синтезе 3-х дБ сонаправленного ответвителя СВЧ-диапазона на связанных полосковых линиях с боковой электромагнитной связью. Ответвитель характеризуется высоким уровнем развязки с изолированным портом, не менее 40 дБ. Разбаланс амплитуд между рабочими (проходным и связанным) и входным портом составляет минус (3,4 ± 0,8) дБ.

Classic сoupled-line couplers with a high lateral coupling level by type of directivity are counterdirectional. Restrictions on their synthesis are imposed by the gap between transmission lines, which must be extremely small (tens of microns), the difference in the phase velocities of even and odd modes, which must be compensated and others. This makes it difficult of manufacturing couplers. Described in technical literature сoupled-line couplers with a high lateral coupling level with changed types of directivity are either quite bulky or have small dimensions due to the use of discrete inductors and capacitances, which complicates the technological process with surface mounting when implementing the final device. In this article we propose a compact сoupledline coupler with a high lateral coupling level, which implements power transfer to a single port (0 dB, crossover). The coupler topology uses periodic loops that are located between сoupled-line. The equivalent circuit of the coupled lines was calculated and analyzed for a single periodic stub. This allowed us to determine the necessary parameters and dimensions of the topology. The device is narrow-band (3 GHz ± 5 %), transmission coefficient minus 0.44 dB at the center frequency of 3 GHz, isolation for isolated ports is not less than 35 dB. The proposed compact coupler with a coupling level of 0 dB suits building distribution circuits in which it is necessary to exclude the intersection of transmission lines. The information on the synthesis of the 3 dB co-directional microwave coupler on coupled strip lines with lateral electromagnetic coupling is given. The coupler is characterized by a high isolation level with an isolated port, not less than 40 dB. The imbalance of the amplitudes between the working (through and connected) and the input port is minus (3.4 ± 0.8) dB.

направленный ответвительсвязанная линиячетная и нечетная модашлейфпараметры матрицы рассеяниятопологияdirectional couplercoupled-lineodd and even modestubscattering matrix parameterstopologyReferencesМалорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. Москва: Сов. радио; 1976.Malorackij L.G. [Mikrominiatyurizaciya elementov i ustrojstv SVCh]. Moscow: Sov. radio; 1976. (in Russ.)Веселов Г.И., Егоров Е.Н., Алехин Ю.Н. Микроэлектронные устройства СВЧ: учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. Москва: Высшая школа; 1988.Veselov G.I., Egorov E.N., Alekhin Yu.N. [Mikroelektronnye ustrojstva SVCh: uchebnoe posobie dlya radiotekhnicheskih specialnostei vuzov]. Moscow: Vysshаya shkola; 1988. (in Russ.)Wu Y., Sun W., Leung S.-W., Diao Y., Chan K.-H. and. Siu Y.-M. Single-layer microstrip high-directivity coupled-line coupler with tight coupling. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2013;61(2):746-753. DOI: 10.1109/TMTT.2012.2235855.Wu Y., Sun W., Leung S.-W., Diao Y., Chan K.-H. and. Siu Y.-M. Single-layer microstrip high-directivity coupled-line coupler with tight coupling. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2013;61(2):746-753. DOI: 10.1109/TMTT.2012.2235855.Fujii T., Ohta I. Size-reduction of coupled-microstrip 3-dB forward couplers by loading with periodic shunt capacitive stubs. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2005:1235-1238. DOI: 10.1109/MWSYM.2005.1516900.Fujii T., Ohta I. Size-reduction of coupled-microstrip 3-dB forward couplers by loading with periodic shunt capacitive stubs. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2005:1235-1238. DOI: 10.1109/MWSYM.2005.1516900.Hirota N., Tahara Y., Yoneda N. A compact forward coupler using coupled composite right/left-handed transmission lines. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2009;57(12):3127-3133. DOI: 10.1109/TMTT.2009.2034304.Hirota N., Tahara Y., Yoneda N. A compact forward coupler using coupled composite right/left-handed transmission lines. IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2009;57(12):3127-3133. DOI: 10.1109/TMTT.2009.2034304.Hsu S., Wu T. A novel microstrip forward directional coupler based on an artificial substrate. European Microwave Conference (EuMC). 2010:926-930. DOI: 10.23919/EUMC.2010.5616998.Hsu S., Wu T. A novel microstrip forward directional coupler based on an artificial substrate. European Microwave Conference (EuMC). 2010:926-930. DOI: 10.23919/EUMC.2010.5616998.Liu H., Fang S.-J., Wang Z., and Zhou Y. Miniaturization of trans-directional coupled line couplers using series inductors, Progress In Electromagnetics Research C. 2014;46:171-177. DOI: 10.2528/PIERC13122201.Liu H., Fang S.-J., Wang Z., and Zhou Y. Miniaturization of trans-directional coupled line couplers using series inductors, Progress In Electromagnetics Research C. 2014;46:171-177. DOI: 10.2528/PIERC13122201.Liu H., Fang S.-J., Wang Z., and Fu S. Analysis and implementation of a dual-band coupled-line transdirectional coupler. IEEE Trans. Circuits Syst. II Exp. Briefs. 2020;67(3):485-490. DOI: 10.1109/TCSII.2019.2918767.Liu H., Fang S.-J., Wang Z., and Fu S. Analysis and implementation of a dual-band coupled-line transdirectional coupler. IEEE Trans. Circuits Syst. II Exp. Briefs. 2020;67(3):485-490. DOI: 10.1109/TCSII.2019.2918767.Ikalainen K., Matthaei L. Wide-band, forward-coupling microstrip hybrids with high directivity. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1987;35(8):719-725. DOI: 10.1109/TMTT.1987.1133737.Ikalainen K., Matthaei L. Wide-band, forward-coupling microstrip hybrids with high directivity. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1987;35(8):719-725. DOI: 10.1109/TMTT.1987.1133737.Mongia R., Bahl I., Bhartia P. RF and Microwave Coupled-Line Circuits. Norwood: Artech House; 1999.Mongia R., Bahl I., Bhartia P. RF and Microwave Coupled-Line Circuits. Norwood: Artech House; 1999.Bahl I. Lumped Elements for RF and Microwave Circuits. Boston: Artech House; 2003.Bahl I. Lumped Elements for RF and Microwave Circuits. Boston: Artech House; 2003.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.