一种宽带定向耦合器及其设计方法

摘要

本发明适用于耦合器设计领域，提供了一种宽带定向耦合器及其设计方法，包括壳体和耦合器本体，所述耦合器本体设置在所述壳体内；所述耦合器本体包括通过HTCC技术预制的两个介质基板，以及印制在两个所述介质基板之间的带状线结构，其中印制后的带状线结构经过HTCC技术二次共烧；所述带状线结构至少包括主线、副线和多个端口，所述主线和副线耦合连接构成有输入端、直通端、耦合端以及隔离端，并分别与多个所述端口相连；所述主线包括多节级联连接的主耦合线，所述副线包括多节级联连接的副耦合线。采用多节耦合线级联实现倍频程，带宽更宽，满足多个频段使用的需求；采用带状线结构，便于在上下双面加载散热结构，来提升散热效果。

权利要求

1.一种宽带定向耦合器，包括壳体和耦合器本体，所述耦合器本体设置在所述壳体内；

其特征在于，所述耦合器本体包括通过HTCC技术预制的两个介质基板，以及印制在两个所述介质基板之间的带状线结构，其中印制后的带状线结构经过HTCC技术二次共烧；

所述带状线结构至少包括主线、副线和多个端口，所述主线和副线耦合连接构成有输入端、直通端、耦合端以及隔离端，并分别与多个所述端口相连；

所述主线包括多节级联连接的主耦合线，所述副线包括多节级联连接的副耦合线；所述主耦合线、副耦合线间的强耦合区设置有枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置有枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性；

所述主线还包括主传输线，所述主传输线连接在多节级联连接的主耦合线的两端，所述主传输线为阶梯状结构，由与主耦合线连接处向外端延伸方向上的主传输线的线宽由宽变细；

所述副线还包括副传输线，所述副传输线连接在多节级联连接的副耦合线的两端；所述副传输线与主传输线的结构相同；

所述介质基板为氮化铝陶瓷基板，介电常数为9.5；

所述介质基板远离所述带状线结构的表面设置有金属地板，所述金属地板能够实现隔离和散热。

2.根据权利要求1所述的宽带定向耦合器，其特征在于，所述主线中主耦合线与副线中副耦合线的间距沿着介质基板长度方向上呈阶段增大。

3.根据权利要求1所述的宽带定向耦合器，其特征在于，所述壳体的侧壁相应开设有四个连接孔，四个所述连接孔分别设置多个所述端口对应的输入端口、直通端口、耦合端口或隔离端口。

4.根据权利要求1所述的宽带定向耦合器，其特征在于，所述壳体包括上盖和下壳，所述上盖上设置有凸起部，所述凸起部与所述下壳上设置的凹腔部凹凸连接。

5.一种如权利要求1‑4任一所述宽带定向耦合器的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据设计需求的特性参数确定带状线结构的主线和副线；

对主线中主耦合线、副线中副耦合线的强耦合区设置枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性；

根据仿真结果确定带状线结构的尺寸参数；

确定介质基板的介电常数和散热系数，将带状线结构设置在两个所述介质基板之间；

通过壳体固定所述介质基板和带状线结构，并连接带状线结构的多个端口。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的确定介质基板的介电常数和散热系数，将带状线结构设置在两个所述介质基板之间的步骤后，在介质基板的表面设置散热结构，并通过热仿真优化散热结构。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据仿真结果确定带状线结构的尺寸参数的步骤包括：基于奇偶模分析计算主线和副线中每一节耦合线的阻抗匹配，确定初始尺寸参数；

加载馈电结构，通过仿真优化来调整馈电结构的尺寸参数，使得宽带定向耦合器的电性能达标，其中仿真优化过程中可以微调所述初始尺寸参数，进而确定带状线结构的尺寸参数。

说明书

一种宽带定向耦合器及其设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于耦合器设计领域，尤其涉及一种宽带定向耦合器及其设计方法。

背景技术

[0002] 高温共烧陶瓷(High Temperature Co‑fired Ceramic，HTCC)：将未烧结的流延陶瓷材料叠层在一起，通过高温烧结（通常大于1200℃）制成多层电路的集成式陶瓷。具有高印刷分辨力、一次性烧成、介电层厚度可控、表面光滑、叠层数目无限制、与硅半导体热膨胀系数匹配的特性。因烧成温度高，HTCC采用金属钨、钼、锰等难熔金属材料，这些材料电导率低，会造成信号延迟等缺陷，所以不适合做高速和高频微组装电路的基板。但是由于HTCC基板具有结构强度高、热导率高、化学稳定性好和布线密度高等优点，因此，在大功率微组装电路、高可靠性微电子集成电路和车载大功率电路等领域具有广泛的应用前景。

[0003] 定向耦合器广泛应用于幅度控制系统、平衡放大器、功率分配器和合成器等许多微波网络和系统中。由于它们在各端口的均阻抗匹配，因此可以方便地嵌入到其它电路或子系统中。

[0004] 但是，传统的定向耦合器通常只有一个倍频程，带宽窄，难以满足多个频段使用的需要。

发明内容

[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种宽带定向耦合器，旨在解决传统的定向耦合器通常只有一个倍频程，带宽窄，难以满足多个频段使用的需要的技术问题。

[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种宽带定向耦合器，包括壳体和耦合器本体，所述耦合器本体设置在所述壳体内；所述耦合器本体包括通过HTCC技术预制的两个介质基板，以及印制在两个所述介质基板之间的带状线结构，其中印制后的带状线结构经过HTCC技术二次共烧；

[0007] 所述带状线结构至少包括主线、副线和多个端口，所述主线和副线耦合连接构成有输入端、直通端、耦合端以及隔离端，并分别与多个所述端口相连；

[0008] 所述主线包括多节级联连接的主耦合线，所述副线包括多节级联连接的副耦合线；所述主耦合线、副耦合线间的强耦合区设置有枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置有枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性。

[0009] 本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述宽带定向耦合器的设计方法，所述方法包括以下步骤：

[0010] 根据设计需求的特性参数确定带状线结构的主线和副线；

[0011] 对主线中主耦合线、副线中副耦合线的强耦合区设置枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性；

[0012] 根据仿真结果确定带状线结构的尺寸参数；

[0013] 确定介质基板的介电常数和散热系数，将带状线结构设置在两个所述介质基板之间；

[0014] 通过壳体固定所述介质基板和带状线结构，并连接带状线结构的多个端口。

[0015] 本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器，其包括的带状线结构，采用多节耦合线级联实现倍频程，带宽更宽，满足多个频段使用的需求；采用带状线结构，便于在上下双面加载散热结构，来提升散热效果。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器的爆炸结构图；

[0017] 图2为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器的立体结构图；

[0018] 图3为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器的俯视图；

[0019] 图4为图3中A‑A向的剖视图；

[0020] 图5为图3中B‑B向的剖视图；

[0021] 图6为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器的侧视图；

[0022] 图7为图6中C‑C向的剖视图；

[0023] 图8为本发明实施例提供的上盖的结构示意图；

[0024] 图9为本发明实施例提供的第一金属地板的结构示意图；

[0025] 图10为本发明实施例提供的耦合器本体的结构示意图；

[0026] 图11为本发明实施例提供的第二金属地板的结构示意图；

[0027] 图12为本发明实施例提供的散热外壳的结构示意图；

[0028] 图13为本发明实施例提供的连接端口（或法兰）的结构示意图；

[0029] 图14为本发明实施例中的宽带定向耦合器电性能（回波损耗S11、插入损耗S21、耦合度S31、隔离度S41）示意图；

[0030] 图15为本发明实施例中的宽带定向耦合器热仿真示意图；

[0031] 图16为本发明实施例中加载散热外壳后的宽带定向耦合器电性能（回波损耗S11、插入损耗S21、耦合度S31、隔离度S41）图；

[0032] 图17为本发明实施例中加载散热外壳后的宽带定向耦合器热仿真示意图；

[0033] 图18为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器设计方法的流程图；

[0034] 图19为本发明实施例提供的另一种宽带定向耦合器设计方法的流程图。

[0035] 附图中：100、上盖；101、凹槽一；102、凹槽二；103、凹槽三；104、凹槽四；105、凸起部；200、耦合器本体；210、带状线结构；220、介质基板；300、下壳；301、凹腔部；302、连接孔；40、端口；41、端口一；42、端口二；43、端口三；44、端口四；50、第一金属地板；51、矩形槽口；
60、第二金属地板。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0037] 以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

[0038] 如图1所示，为本发明实施例提供的一种宽带定向耦合器的结构图，包括壳体和耦合器本体200，所述耦合器本体200设置在所述壳体内；所述耦合器本体包括通过HTCC技术预制的两个介质基板220（参见图4），以及印制在两个所述介质基板220之间的带状线结构210，其中印制后的带状线结构210经过HTCC技术二次共烧；

[0039] 所述带状线结构210至少包括主线、副线和多个端口40（参见图13），所述主线和副线耦合连接构成有输入端、直通端、耦合端以及隔离端，并分别与多个所述端口40中对应的输入端口、直通端口、耦合端口以及隔离端口相连；

[0040] 所述主线包括多节级联连接的主耦合线，所述副线包括多节级联连接的副耦合线；所述主耦合线、副耦合线间的强耦合区设置有枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置有枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性。

[0041] 本实施例中，所述的带状线结构210，采用多节耦合线级联实现倍频程，带宽宽，满足多个频段使用的需求；设置的枝节，增加了宽带定向耦合器在通带内的方向性；采用侧边耦合和带状线结构，结构简单，便于加工；采用带状线结构210，并用介质基板220夹持固定，便于在上下双面加载散热结构，来提升散热效果。

[0042] 在一个示例中，所述的壳体主要用于固定和保护介质基板和带状线结构，以及与外部结构连接，例如固定在电路板或通信设备中；壳体的具体结构不作限制，可以是具有空腔的盒体结构，或是具有限位槽的腔体结构，或是具有挂耳的卡扣结构；介质基板通过容置的方式设置在所述壳体内，还可以通过螺丝、胶粘剂等固连方式进行固定。所述介质基板可以是氮化铝陶瓷基板（或称氮化铝基板），介电常数为9.5。

[0043] 在一个示例中，所述带状线结构210印制在两个所述介质基板220之间，具体地，首先，选用具有较高介电常数和散热系数的氮化铝基板，作为介质基板220，将此前在设计过程中确定的带状线结构210尺寸规格，通过导电线进行布设和印制，采用HTCC工艺进行加工，使得带状线结构210、两个所述介质基板220加工为一体的独立耦合器件（即耦合器本体200）；之后，可以在介质基板210上下双面加载散热板，散热效果更好。对于散热板加载尺寸的确定，设计阶段在HFSS 2021（High Frequency Structure Simulator）里和Icepak（一款电子产品热分析软件）里联合仿真进行热仿真，在300W功率下确定合适的散热板尺寸；结合热仿真得到的散热板的尺寸再结合端口连接的法兰的尺寸最后综合确定宽带定向耦合器的壳体的尺寸大小，进行仿真优化得到达标的性能指标。采用介电常数为9.5，损耗角正切为0.0005的氮化铝基板，相比较高功率下的腔体耦合器，定向耦合器尺寸更小，符合了当今电子产品小型化的趋势。氮化铝基板具有良好的的导热系数，加载散热板使定向耦合器在高功率下实现良好散热，性能优良。

[0044] 在一个示例中，如图10所示，带状线结构210可以设置有三节主耦合线和三节副耦合线，三节主耦合线分别为：第一主耦合线3、第二主耦合线5、第三主耦合线7，各主耦合线之间通过连接线进行切角连接；具体地，主线（从左到右）至少由第一主耦合线3、第一主连接线4、第二主耦合线5、第二主连接线6、第三主耦合线7，以及枝节（第一主枝节10、第二主枝节11、第三主枝节12）构成。

[0045] 三节副耦合线分别为：第一副耦合线15、第二副耦合线17、第三副耦合线19；副线（从左到右）至少由第一副耦合线15、第一副连接线16、第二副耦合线17、第二副连接线18、第三副耦合线19，以及枝节（第一副枝节22、第二副枝节23、第三副枝节24）构成。

[0046] 如图10所示，在一个实施例中，所述主线还包括主传输线，所述主传输线连接在多节级联连接的主耦合线的两端，所述主传输线为阶梯状结构，由与主耦合线连接处向外端延伸方向上的主传输线的线宽由宽变细；所述副线还包括副传输线，所述副传输线连接在多节级联连接的副耦合线的两端；所述副传输线与主传输线的结构相同。

[0047] 如图10所示，在一个示例中，主耦合线、副耦合线的弱耦合区的连接处加载有枝节，通过调节枝节尺寸的大小可以改善宽带定向耦合器的连续性，从而提高驻波和隔离，实现达标的电性能指标。

[0048] 如图10所示，在一个实施例中，所述枝节包括：主枝节10、主枝节11、主枝节12，副枝节22、副枝节23、副枝节24。

[0049] 如图10所示，在一个示例中，多个所述端口40中对应的输入端口、直通端口、耦合端口以及隔离端口，即图1‑图2中的端口一41、端口二42、端口三43和端口四44，参见图1。

[0050] 如图10所示，本实施例中，所述主传输线包括第一主传输线1、第二主传输线2、第三主传输线8和第四主传输线9，所述副传输线包括第一副传输线13、第二副传输线14、第三副传输线20和第四副传输线21；

[0051] 具体地，端口一41（从左到右）与第一主传输线1相连，第一主传输线1与第二主传输线2连接，第二主传输线2与第一主耦合线3相连，第一主耦合线3与第一主连接线4连接；第一主连接线4连接第二主耦合线5，第二主耦合线5连接第二主连接线6，第二主连接线6连接第三主耦合线7，第三主耦合线7连接第三主传输线8，第三主传输线8连接第四主传输线
9，第四主传输线9与端口二42相连。第一主枝节10加载在第一主耦合线3上、第二主枝节11加载在第二主耦合线5上、第三主枝节12加载在第三主耦合线7上。

[0052] 端口三3（从左到右）与第一副传输线13相连，第一副传输线13与第二副传输线14连接，第二副传输线14与第一副耦合线15相连，第一副耦合线15与第一副连接线16连接，第一副连接线16连接第二副耦合线17，第二副耦合线17连接第二副连接线18，第二副连接线18连接第三副耦合线19，第三副耦合线19连接第三副传输线20，第三副传输线20连接第四副传输线21，第四副传输线21与端口四4相连。第一副枝节22加载在第一副耦合线15上、第二副枝节23加载在第二副耦合线17上、第三副枝节24加载在第三副耦合线19上。

[0053] 上述，带状线结构210采用了多节耦合线级联的方式实现了倍频程，通过侧向耦合的方式，更好利用HTCC工艺的加工空间，简化结构，便于加工。

[0054] 为了使宽带定向耦合器的性能达标，可以通过基于奇偶模分析的方式，对带状线结构210中的耦合线和连接线的线宽、尺寸进行优化；

[0055] 在一个示例中，所述主传输线为阶梯状结构，由与主耦合线连接处向外端延伸方向上的主传输线的线宽由宽变细；即第一主传输线1的线宽小于第二主传输线2的线宽，第三主传输线8的线宽大于第四主传输线9的线宽。第一副传输线13的线宽小于第二副传输线14，第三副传输线20的线宽大于第四副传输线21。

[0056] 在一个示例中，第一主传输线1，第二主传输线2、第一主耦合线3、第一主连接线4，第二主耦合线5，第二主连接线6，第三主耦合线7，第三主传输线8，第四主传输线9的线宽（从左到右）分别为：0.3mm、0.45mm、0.37mm、0.44mm、0.40mm、0.45mm、0.3mm。

[0057] 第一副传输线13，第二副传输线14，第一副耦合线15、第一副连接线16，第二副耦合线17，第二副连接线18，第二副耦合线19，第三副传输线20，第四副传输线21的线宽（从左到右）分别为：0.3mm、0.45mm、0.37mm、0.44mm、0.40mm、0.45mm、0.3mm。

[0058] 因此，采用三节耦合线级联设计结构，各副耦合线之间通过连接线进行切角连接；实现了0.7‑3.7GHz的宽带性能要求，满足了移动和电信通信各个频段的使用要求。

[0059] 在一个示例中，进行切角连接处的位置为弱耦合区；可以加载矩形的枝节，保持宽带定向耦合器的连续性。

[0060] 如图10所示，在一个实施例中，所述主线中主耦合线与副线中副耦合线的间距沿着介质基板长度方向上呈阶段增大。

[0061] 通过调节主耦合线与副耦合线的强耦合区上的枝节的尺寸，可以避免电信号传输过程中的奇偶模相速恶化，也可提高耦合器电信号的隔离度；即可以避免宽带定向耦合器的方向性随着频率的增加逐渐恶化，导致隔离度在高频很差。

[0062] 如图9、图11所示，在一个示例中，所述介质基板220远离所述带状线结构210的表面设置有金属地板，所述金属地板分别为第一金属地板50和第二金属地板60，所述第一金属地板50设置在所述介质基板220的上表面，所述第二金属地板60设置在所述介质基板的下表面；并且，在所述第一金属地板50的两侧设置有矩形槽口51，所述矩形槽口51缺陷于第一金属地板50侧边，能够供带状线结构210与端口40连接。

[0063] 如图12所示，在一个实施例中，所述壳体的侧壁相应开设有四个连接孔302，四个所述连接孔302分别设置所述输入端口、直通端口、耦合端口或隔离端口。

[0064] 具体地，本实施例中，所述连接孔302上设置有螺纹孔，所述螺纹孔可以通过螺丝与输入端口、直通端口、耦合端口或隔离端口包含的法兰连接固定。

[0065] 如图1、图2、图8和图12所示，在一个实施例中，所述壳体包括上盖100和下壳300，所述上盖100上设置有凸起部105，所述凸起部105与所述下壳300上设置的凹腔部301凹凸连接。

[0066] 本实施例中，所述壳体起到保护介质基板和带状线结构的作用和对带状线结构工作过程中产生的热量进行散热的作用。

[0067] 在一个示例中，所述上盖100和下壳300的尺寸和形状不作限制，可以通过热仿真的方式确定，具体选择时，介质基板选用氮化铝陶瓷基板，氮化铝陶瓷基板可以适用HTCC（高温共烧陶瓷）技术，具有良好的的导热系数，使定向耦合器在大功率下实现良好散热；在介质基板的上下表面设置散热板，或直接选用金属导热板制成为下壳和/或上盖；在HFSS 2021里和Icepak里联合仿真进行热仿真，在300W功率下确定合适的散热板尺寸，进而确定上盖和下壳的尺寸。

[0068] 如图1‑图12所示，在一个示例中，所述凹腔部301可以是凹陷于下壳的沉孔式二阶腔室，在底层腔室设置第二金属面板60，上层腔室则可以放置带状线结构210、两个所述介质基板220用HTCC加工为一体的独立耦合器件，该上层腔室的两侧设置有连接过孔（即图12所示壳体的连接孔302），便于带状线结构的端口的连接。第一金属地板50设置在介质基板220的上表面（独立耦合器件的上表面），上盖100上设置的凸起部105可以是二阶凸起，其中一阶抵接所述第一金属地板50，另一阶与下壳300上沿紧密接触。

[0069] 如图8所示，在一个示例中，所述上盖100上设置有四个凹槽，四个所述凹槽分别是凹槽一101、凹槽二102、凹槽三103和凹槽四104，对应限位与输入端、直通端、耦合端和隔离端连接的输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口；保持带状线结构及输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口的稳定性。

[0070] 在一个示例中，第一金属地板50、第二金属地板60可以采用金属铜，相比较钨，HTCC技术下，带状线不能直接使用铜和介质基板共烧。两块介质基板先通过HTCC技术加工而成，然后在其中一块介质基板上刻槽再镀铜，最后二次共烧，插损更小，成本更低，且电性能差别不大。

[0071] 在一个示例中，第一金属地板50印刷在介质基板220上表面上，与介质基板220的尺寸等大。

[0072] 在一个示例中，第二金属地板30与介质基板220的尺寸等大，位于介质基板220下表面，与介质基板220下表面相和下壳300接触。此外介质基板220采用氮化铝基板，该基板介电常数为9.5，可以使金属线（传输线、耦合线和连接线）的线长更短；且该基板具有良好的导热系数，辅以散热性能良好的壳体，散热效果更好。

[0073] 如图13所示，在一个示例中，所述端口40包括法兰401，以及通过法兰401固定的圆柱插针402和绝缘环柱403，所述圆柱插针402和绝缘环柱403同轴设置；通过法兰固定连接该端口40，并使其中的圆柱插针402伸入相应的连接孔302与对应的输入端、直通端、耦合端或隔离端连接。

[0074] 本实施例在实践中，针对HTCC技术下设计过程中出现的多层结构难点，采用两块厚度为1.016mm的氮化铝基板，金属导带印制在两块介质基板中间，采用侧边耦合和带状线结构，结构简单，便于加工。针对HTCC技术下设计过程中出现的宽带问题，采用多节耦合线级联实现倍频程，通过奇偶模分析的方法分析定向耦合器每一节的阻抗匹配，确定线宽、线距等初始参数，设计合适的馈电结构（即主传输线或副传输线）。在HFSS中初步仿真优化结果出来后，在隔离度和回波损耗达到使用要求的情况下，奇偶模分析在强耦合区加载的枝节，通过调节枝节的大小改变其奇偶模相速，增加其方向性。在弱耦合区的连接处加载枝节，通过调节枝节尺寸的大小可以改善连续性从而提高驻波和隔离，达到达标的电性能指标。通过奇偶模分析揭示的直观物理指导信息来进行参数优化，这样使得调试有方向性并且相比在HFSS中进行的盲目的参数扫描，节省大量的时间与精力。对于HTCC技术下高功率下定向耦合器散热的问题，HTCC技术下采用的是具有较高介电常数和散热系数的氮化铝基板，因为在设计过程中采用带状线结构，可以在上下双面加载散热板，散热效果更好。对于散热板加载尺寸的确定，在HFSS 和Icepak中联合仿真进行热仿真，在300W功率下确定合适的散热板尺寸。结合热仿真得到的散热板的尺寸再结合端口（具体是连接用的法兰）的尺寸最后确定定向耦合器的壳体的尺寸大小，进行仿真优化，达到能够达标的性能指标。

[0075] 如图18所示，在另一个实施例中，一种宽带定向耦合器的设计方法，所述方法包括以下步骤：

[0076] S101：根据设计需求的特性参数确定带状线结构的主线和副线；

[0077] S102：对主线中主耦合线、副线中副耦合线的强耦合区设置枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性；

[0078] S103：根据仿真结果确定带状线结构的尺寸参数；

[0079] S104：确定介质基板的介电常数和散热系数，将带状线结构设置在两个所述介质基板之间；

[0080] S105：通过壳体固定所述介质基板和带状线结构，并连接带状线结构的多个端口。

[0081] 本实施例中，如图1‑图7所示，该宽带定向耦合器包括壳体和耦合器本体200，所述耦合器本体200设置在所述壳体内；所述耦合器本体包括两个介质基板220，以及通过HTCC技术印制在两个所述介质基板220之间的带状线结构210；所述带状线结构210至少包括主线、副线和多个端口40，所述主线和副线耦合连接构成有输入端、直通端、耦合端以及隔离端，并分别与多个所述端口40中对应的输入端口、直通端口、耦合端口以及隔离端口相连；所述主线包括多节级联连接的主耦合线，所述副线包括多节级联连接的副耦合线；所述主耦合线、副耦合线间的强耦合区设置有枝节，用于增加宽带定向耦合器的方向性，弱耦合区设置有枝节，用于改善宽带定向耦合器的连续性。

[0082] 该宽带定向耦合器在设计时，不需要大量工程经验和精确的预设参数。基于HTCC技术下可以采用的氮化铝陶瓷基板的介电常数高，相比大功率下的使用的腔体耦合器，设计尺寸更小；HTCC技术下，采用介电常数为9.5，损耗角正切为0.0005的氮化铝介质基板，相比较大功率下的腔体耦合器，尺寸更小，符合了当今电子产品小型化的趋势。HTCC技术下的氮化铝陶瓷基板具有良好的的导热系数，使定向耦合器在高功率下实现良好散热。加载的枝节可以采用矩形形状，相比较锯齿形和波浪形枝节更容易加工；通过加载枝节增加三阶非对称宽带定向耦合器在通带内的方向性。采用侧边耦合和带状线结构，结构简单，便于加工；采用三节耦合线级联设计，实现了0.7‑3.7GHz的宽带性能要求，满足了移动和电信通信各个频段的使用要求。HTCC技术下，通过采用带状线结构，可以便于在介质基板双面加载散热结构增加散热，使带状线结构在高功率下稳定工作。

[0083] 在一个示例中，所述介质基板为介电常数为9.5的氮化铝基板（也称氮化铝陶瓷基板）；加载（或设置）的枝节可以是矩形枝节；根据仿真结果可以加载在强耦合区，通过调节枝节的大小改变其奇偶模相速，增加其方向性；可以加载在弱耦合区，通过调节枝节的尺寸大小改善连续性，从而提高驻波和隔离指标。

[0084] 在一个示例中，以设计一个工作频率为0.7‑3.7GHz（包含了移动和电信通信频段的范围）的宽带定向耦合器为例。是一款中心频率为 2.2 GHz，带宽为0.7～3.7 GHz 的宽带定向耦合器，带内最大插损约为0.42 dB,输入端口驻波比优于 1.25，耦合度带内波动在 0.7～3.7 GHz 能达到14.2～15.85 dB，方向性在 0.7～3.7 GHz 能达到18dB。300功率下要求温度要在60摄氏度以下。

[0085] 首先，根据设计需求的特性参数，即上述的耦合度、方向性、隔离度以及带内插损等，确定带状线结构中主线和副线的初始尺寸或形状参数，可以通过奇偶模分析的方法分析三阶非对称的带状线结构的阻抗匹配，得到每一阶的偶模阻抗和线宽、线距的初步参数；

[0086] 其次，用得到的初步参数在HFSS仿真软件中建建立仿真模型，得到初步结果；

[0087] 对初步结果进行初步优化之后，对宽带定向耦合器的表面结构做定向性的调整，在强耦合区加载矩形的枝节，通过调整枝节的尺寸大小改善奇偶模相速，保证宽带定向耦合器在高频时的隔离度得到一定改善；

[0088] 在弱耦合区连接处加载枝节，通过调节枝节尺寸大小，对耦合器的连接处的不连续性进行补偿，可以改善定向耦合器的隔离与驻波比。

[0089] 连接馈电结构，并在HFSS中对完整的模型进行微调，使综合性能达标。

[0090] 进行仿真的结果参见图14、图15，是得到的耦合器性能图、热仿真图，可以看到，该宽带定向耦合器能够满足设置需求。

[0091] 在一个实施例中，所述的确定介质基板的介电常数和散热系数，将带状线结构设置在两个所述介质基板之间的步骤后，在介质基板的表面设置散热结构，并通过热仿真优化散热结构。

[0092] 本实施例中，对于散热结构加载尺寸的确定，可以在HFSS 2021里和Icepak里联合仿真进行热仿真，在300W功率下确定合适的散热结构尺寸，同时进一步可以确定壳体的尺寸；仿真结果参见图16、图17；结果表明设计的宽带定向耦合器满足设计需求。

[0093] 在一个示例中，所述散热结构包括散热板，所述散热板设置在所述介质基板的上下表面，并与壳体靠近介质基板的表面接触；散热板可以将介质基板导出的热量导向壳体外；

[0094] 在一个示例中，所述散热结构为具有散热作用的壳体，所述壳体包括上盖和下壳，具体参见前述；

[0095] 在一个示例中，所述散热结构包括壳体和散热板，本实施例并非限制，实际应用时可以根据设计需求灵活选择。

[0096] 在一个实施例中，所述根据仿真结果确定带状线结构的尺寸参数的步骤包括：

[0097] 基于奇偶模分析计算主线和副线中每一节耦合线的阻抗匹配，确定初始尺寸参数；

[0098] 加载馈电结构，通过仿真优化来调整馈电结构的尺寸参数，使得宽带定向耦合器的电性能达标，其中仿真优化过程中可以微调所述初始尺寸参数，进而确定带状线结构的尺寸参数。

[0099] 如图19所示，在一个示例中，所述方法包括以下步骤：

[0100] S202：采用双层介质基板、侧边耦合和带状线结构；

[0101] S204：采用三节耦合线级联设计，通过奇偶模分析的方法分析每一节耦合线的阻抗匹配，确定耦合线的初始参数，在HFSS中建模仿真优化；

[0102] S206：进行HFSS和Icepak联合热仿真，结合热仿真结果得到散热结构尺寸和法兰的尺寸，进而确定壳体的尺寸；

[0103] S208：对加载散热结构的宽带定向耦合器，在HFSS中进行仿真优化，直至性能达标。

[0104] 在一个示例中，所述馈电结构包括主传输线和副传输线；所述主传输线包括第一主传输线1、第二主传输线2、第三主传输线8和第四主传输线9，所述副传输线包括第一副传输线13、第二副传输线14、第三副传输线20和第四副传输线21。

[0105] 本发明上述实施例中提供了一种宽带定向耦合器，并基于该宽带定向耦合器提供了一种宽带定向耦合器的设计方法，采用多节耦合线级联实现倍频程，带宽宽，满足多个频段使用的需求；采用带状线结构，便于在上下双面加载散热结构，来提升散热效果。

[0106] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。