ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 621.372

ПОПЕРЕЧНО-НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ на связанных

линиях И свч УСТРОЙСТВА на их основе. оБЗОР

А.Н. Сычев, С.А. Артищев, Н.С. Труфанова, Н.Ю. Рудый

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40

Статья поступила в редакцию 15 сентября 2025.

Аннотация. Представлено современное состояние исследований и разработок направленных ответвителей, построенных на связанных линиях с эффектом поперечной направленности, которым в отечественных исследованиях до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. Использование поперечно-направленных ответвителей (ПоНО) в проектировании СВЧ устройств приводит к новой схемотехнике и оригинальным конструкторско-технологическим решениям. Рассмотренные приложения включают как СВЧ устройства, так и диаграммообразующие схемы и их компоненты. Представленная по различным критериям классификация ПоНО, отражает их особенности, и прежде всего – гальваническую развязку входного порта и пары выходных. Обзор отражает современный уровень техники и раскрывает малоисследованные направления поиска, полезные при создании новых решений направленных ответвителей на связанных линиях и создании СВЧ-устройств на их основе с уникальными характеристиками.

Ключевые слова: поперечно-направленный ответвитель, связанные линии, коэффициент связи, коэффициент трансформации.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00316, https://rscf.ru/project/25-29-00316/.

Автор для переписки: Сычев Александр Николаевич, ans@main.tusur.ru

Литература

1. Справочник по элементам волноводной техники / А.Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич, В.П. Смирнов. – 2-е изд. – Сов. радио. – 1967. – 652с.

2. Останков А.В., Щетинин Н.Н. Микрополосковые направленные ответвители УВЧ и СВЧ диапазонов // Радиостроение, 2017. – №5. – С. 1–37.

3. Vogel R.W. Analysis and design of lumped- and lumped-distributed-element directional couplers for MIC and MMIC applications // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. – 1992. – V. 40. – №. 2. – P. 253–262. https://doi.org/10.1109/22.120097

4. Shie C.-I., Cheng J.-C., Chou S.-C. and Chiang Y.-C. Transdirectional coupled-line couplers implemented by periodical shunt capacitors // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. – 2009. – V. 57, No. 12. – P. 2981–2988, https://doi.org/10.1109/TMTT.2009.2034219

5. Abdelnaby S., Freundorfer A., Antar Y. Lumped element model of a transdirectional coupled line coupler // 2018 18th Int. Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics (ANTEM), Waterloo, ON, Canada, 2018. – P. 1–2, https://doi.org/10.1109/ANTEM.2018.8572858

6. Abdelnaby S. Lumped element transdirectional and codirectional coupler / Master’s thesis, Queen’s University Kingston, Ontario, Canada. – May 2018. – 77p.

7. Turalchuk P., Munina I., Vendik I., Ni J., Hong J. DC isolated directional coupler // 2014, 44-th Eur. Microwave Conf., Rome, Italy, 2014. – P. 93–95. https://doi.org/10.1109/EuMC.2014.6986377

8. Liu H., Fang S., Wang Z., Zhou Y. Miniaturization of trans-directional coupled line couplers using series inductors // Progress in Electromagnetics Research C, Vol. 46. – P. 171–177, 2014. http://dx.doi.org/10.2528/PIERC13122201

9. Liu H., Fang S., Wang Z., Shao T. Coupled line trans-directional coupler with improved power distribution and phase performance // 2017 IEEE Int. Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), Seoul, Korea (South), 2017. – P. 126–128. https://doi.org/10.1109/RFIT.2017.8048224

10. Пат. № 2658093 РФ. Способ построения компактных делителей мощности СВЧ сигналов / Темнов В.М., Тереханова В.Ю., АО ФНПЦ «Нижегородский НИИ радиотехники», заявка № 2017106567, заявл.: 27.02.2017, опубл.: 19.06.2018.

11. Liu H., Xun C., Fang S., Wang Z., Liu D. Coupled-line trans-directional coupler with arbitrary power divisions for equal complex termination impedances // IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2019. – Vol.13. – Iss.1. – P.92–98. https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.5432

12. Liu H., Li X., Guo Y., Fang S., Wang Z. Design of filtering coupled-line trans-directional coupler with broadband bandpass response // Progress In Electromagnetics Research M, 2021. – Vol. 100. – P. 163–173. http://dx.doi.org/10.2528/PIERM20110405

13. Zhang Y., Wu Y., Wang W. Miniaturized filtering trans-directional coupler with enhanced input-reflectionless feature using two types of coupled multi-line sections // Int.J. RF Microwave Computer Aided Eng., 2022, 32(12). e23427. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mmce.23427

14. Cao Y., Gu X., Yin S., Hu X. Filtering coupler with tight coupling based on trans-directional coupler // Journal of Physics: Conf. Series, 2024/09/01 IOP Publishing https://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/2849/1/012023

15. Zhang Y., Wu Y., Wang W., Yang Y., Ma L. Novel multifunctional dual-band coupled-line coupler with reuse of low-frequency trans-directional and high-frequency contra-directional functions // IEEE Trans. Circuits and Systems II: Express Briefs, June 2021. – Vol. 68. – No. 6. – P. 1917–1921, https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.3042503 .

16. Пат. № 2585884 РФ. Транснаправленный ответвитель на связанных линиях с вертикальной платой / Сычев А.Н., Стручков С.М., Путилов В.Н., Рудый Н.Ю., ТУСУР, заявка №2015108565, заявл.: 11.03.2015, опубл.: 10.06.2016.

17. Sychev A.N., Struchkov S.M., Putilov V.N, Rudyi N.Y. A novel trans-directional coupler based on vertically installed planar circuit // 2015 Eur. Microwave Conf. (EuMC), Paris, France, 2015. – P. 283–286. https://doi.org/10.1109/EuMC.2015.7345755

18. Sychev A.N., Struchkov S.M., Rudyi N.Y. A transdirectional coupled-line coupler with a vertical insert // 25th Int. Crimean Conf. Microwave & Telecommunication Technology (CriMiCo’2015). – 2015. – P. 6–12.

19. Сычев А.Н., Бондарь В.А., Жаров К.К., Анисимов В.В., Дагба К.Б.-Б., Степанюга А.И. Связанные линии с двойным экраном для СВЧ-мостов различного типа направленности с трансформирующими свойствами // Доклады ТУСУР. – 2020. – Т. 23, № 3. – С. 13–25. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2020-23-3-13-25

20. Sychev A.N., Bondar V.A., Dagba K.B.-B., Stepanyuga A.I., Rudyi N.Y. Theory of doubly-shielded coupled lines for directional couplers of various directivity types with impedance transformation // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. – 2023. – Vol. 71. – No. 5 – P. 2104–2117. https://doi.org/10.1109/TMTT.2022.3227310

21. Пат. № 2835815 РФ. Квадратурный поперечно-направленный ответвитель на связанных линиях с трансформацией импеданса / Сычев А.Н., Рудый Н.Ю., Артищев С.А., Труфанова Н.С., ТУСУР, заявка № 2024125100, заявл.: 28.08.2024, опубл.: 04.03.2025.

22. Поперечно-направленный ответвитель на связанных линиях с накладным керамическим бруском / А.Н. Сычев, С.А. Артищев, Н.С. Труфанова, Н.Ю. Рудый // Инфокоммуникационные и радиоэлектронные технологии. – 2024. – Т. 7, № 3. – С. 473–484.

23. Импеданс-трансформирующий поперечно-направленный ответвитель на связанных линиях на подвешенной подложке / А.Н. Сычев, С.А. Артищев, Н.С. Труфанова, Н.Ю. Рудый // Инфокоммуникационные и радиоэлектронные технологии. – 2025. – Т. 8, № 6. – С. 983–994.

24. Wincza K., Staszek K., Smolarz R., Gruszczynski S. Impedance-transforming transdirectional coupled-line directional couplers with maximum achievable transformation ratio // IEEE Access, 2024. – Vol. 12. – P. 93841–93847, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3424536

25. Сычев А.Н., Стручков С.М., Рудый Н.Ю. Трехкаскадный транснаправленный ответвитель Х-диапазона // Доклады ТУСУР. – 2015. – №. 4 (38). – С. 12–16.

26. Li E.S., Kang C.-J. Properties of multisection transdirectional coupled-line couplers // IET Microwaves, Antennas & Propagation. – 2018. – Vol.12. – Iss.7. – P. 1166–1174. https://doi.org/10.1049/iet-map.2017.0531

27. Oraizi H., Siahkari M.J. Optimum design of multi-section asymmetrical transdirectional couplers with port impedance matching up to S-band frequency // Hindawi Int. Journal of Antennas and Propagation, vol. 2022, Article ID 4046706, 13 p., https://doi.org/10.1155/2022/4046706

28. Shie C.-I., Cheng J.-C., Chou S.-C., Chiang Y.-C., Design of a new type planar balun by using trans-directional couplers // IEEE Trans. Microw. Theory Tech, 2012. – Vol. 60. –No. 3. – P. 471–476. https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2176139

29. Liu H., Fang S., Shao T., Wang Z. and Xun C. Trans-directional coupler based planar balun with improved bandwidth and output balance // 2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Kyoto, Japan, 2018. – P. 282–284, https://doi.org/10.23919/APMC.2018.8617241

30. Jia X., Fang S.-J., Liu H., and Wang Z. Universal compensation method for trans-directional coupled-line based planar balun with connecting segment // Progress in Electromagnetics Research Letters, 2019, Vol. 83, pp. 91–97. http://dx.doi.org/10.2528/PIERL19013003

31. Jeannin L. et al. A versatile balun based on a power divider topology // 2024 54th Eur. Microwave Conf. (EuMC), Paris, France, 2024. – P. 3–6, https://doi.org/10.23919/EuMC61614.2024.10732152

32. Liu H., Fang S., Wang Z. and Fu S. Novel coupled line 180^o hybrid with non-interspersed input and output ports // IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 2014, Vol. 62. – No. 11. – P. 2641–2649, https://doi:0.1109/TMTT.2014.2356977

33. Сычев А.Н. Кроссоверы СВЧ на связанных линиях с полной связью // Доклады ТУСУР. – 2017. – Т. 20, № 3. – С. 124–127. https://doi:10.21293/1818-0442-2017-20-3-124-127

34. Liu H., Fang S., Wang Z. and Fu S. Design of arbitrary-phase-difference transdirectional coupler and its application to a flexible butler matrix // IEEE Trans. Microw. Theory Tech, 2019. – Vol. 67. – No. 10. – P. 4175–4185. https://doi.org/10.1109/TMTT.2019.2934440

35. Liu H., Zhang H., Yu D., Zhao Z., Wang X. A miniaturized wideband symmetric 3x3 Nolen matrix with phase compensation technique // 2022 Asia-Pacific Microwave Conf. (APMC), Yokohama, Japan, 2022. – P. 755–757. https://doi:10.23919/APMC55665.2022.9999792

36. Liu H., Xun C., Fang S., Wang Z. Beamwidth-enhanced low-profile dual-band circular polarized patch antenna for CNSS applications // Hindawi Int. Journal of Antennas and Propagation. – Vol. 2019. – Article ID 7630815. – 13 p. https://doi.org/10.1155/2019/7630815

37. Liu H., Fang S., Wang Z., Trans-directional coupler with adjustable coupling coefficients and reconfigurable responses // IET Microwaves, Antennas & Propagation, 2017. – Vol. 11. – Iss. 10. – P. 1340–1346. https://doi.org/10.1049/iet-map.2016.0877

38. Liu H., Guo Y., Wang Z., Fang S., Wang G. A class of coupled-line trans-directional coupler with independent or simultaneous tuned frequency, coupling coefficient and phase difference // AEU – Int. Journal of Electronics and Communications, 2020. – Vol. 120, https://doi.org/10.1016/j.aeue.2020.153200

39. Sychev A.N., Rudyi N.Y., Dobush I.M., Zharov K.K. A phase shifter based on trans-directional coupler with DC isolation of RF-path and control circuit // 2018 XIV Int. Scientific-Tech. Conf. on Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE), Novosibirsk, Russia, 2018. – P. 380–383, https://doi.org/10.1109/APEIE.2018.8545727

40. Occello O., Tiague L., Margalef-Rovira M., Vincent L., Ndagijimana F., Ferrari P. High-performance compact reflection-type phase shifter operating at 2 GHz using a transdirectional coupler // 2020 50th Eur. Microwave Conf. (EuMC), Utrecht, Netherlands, 2021. – P.550–553.

41. Liu H., Wang X., Zhang T., Fang S.-J., Wang Z. Design of full-360° reflection-type phase shifter using trans-directional coupler with multi-resonance loads // Progress in Electromagnetics Research Letters, 2021. – Vol. 101. – P. 63–70.

42. Zhang T., Liu H., Wang X., Wang Y., Fang S. C-Band full-360° reflection-type phase shifter implemented by trans-directional coupler using vertically installed planar technique // 2022 IEEE 9th Int. Symposium on Microwave, Antenna, Propagation and EMC Technologies for Wireless Communications (MAPE), Chengdu, China, 2022. – P. 1–4.

43. Sychev A.N., Dobush I.M., Rudyi N.Y., Struchkov S.M. Analog phase shifter of X-band implemented with novel trans-directional coupled-line coupler // 2018, 48th Eur. Microwave Conf. (EuMC), Madrid, Spain, 2018. – P. 811–814. https://doi.org/10.23919/EuMC.2018.8541796

44. Shie C.-I., Cheng J.-C., Chou S.-C., Chiang Y.-C. Design of CMOS quadrature VCO using on-chip trans-directional couplers // Progress in Electromagnetics Research, 2010. – Vol. 106. – P. 91–106. http://dx.doi.org/10.2528/PIER10053002

Для цитирования:

Сычев А.Н., Артищев С.А., Труфанова Н.С., Рудый Н.Ю. Поперечно-направленные ответвители на связанных линиях и СВЧ устройства на их основе. Обзор // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.35