專利名稱：小型寬帶功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波無(wú)源器件，特別是一種小型寬帶功率分配器。
背景技術(shù)：
功率分配器這類器件的基本原理與設(shè)計(jì)技術(shù)的大量文獻(xiàn)已相繼出現(xiàn)，從六七十年代到現(xiàn)今階段，已涌現(xiàn)了從立體結(jié)構(gòu)到平面結(jié)構(gòu)，從窄帶到寬帶器件的大量研究成果，并且 這些成果已廣泛應(yīng)用于微波工程技術(shù)領(lǐng)域。微帶功率分配器因其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、成本 低、易實(shí)現(xiàn)雙頻段等特點(diǎn)而在微波技術(shù)領(lǐng)域有著及其廣泛的應(yīng)用。目前隨著移動(dòng)通信技術(shù) 的迅猛發(fā)展，已經(jīng)對(duì)通信技術(shù)提出了寬頻帶的要求。傳統(tǒng)的單節(jié)威爾金森功率分配器帶寬 較窄，不能滿足寬頻帶的要求，為了提高帶寬，威爾金森功率分配器采用階梯式多節(jié)結(jié)構(gòu)， 相應(yīng)的要增加隔離電阻。但是這種技術(shù)會(huì)造成電路尺寸比較大，不適合用于集成電路中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小尺寸、高集成、性能可靠的小型寬帶功率分配器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種小型寬帶功率分配器，包括輸入端口、兩 條支路，一條支路包括第一金屬導(dǎo)帶、第二金屬導(dǎo)帶、第一輸出端口，另一條支路包括第三 金屬導(dǎo)帶、第四金屬導(dǎo)帶、第二輸出端口，上述兩條支路關(guān)于中軸對(duì)稱，第一隔離電阻、第二 隔離電阻位于兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板；第一金屬導(dǎo)帶與第三金屬導(dǎo)帶自 然耦合，第一輸入端口位于上述自然耦合點(diǎn)處，第一金屬導(dǎo)帶的另一端與第二金屬導(dǎo)帶自 然耦合，第三金屬導(dǎo)帶的另一端與第四金屬導(dǎo)帶自然耦合，第一輸出端口位于第二金屬導(dǎo) 帶另一端，第二輸出端口位于第四金屬導(dǎo)帶另一端；第一金屬導(dǎo)帶和第二金屬導(dǎo)帶自然耦 合點(diǎn)為第一耦合點(diǎn)，第三金屬導(dǎo)帶和第四金屬導(dǎo)帶自然耦合點(diǎn)為第二耦合點(diǎn)，第一隔離電 阻位于第一耦合點(diǎn)和第二耦合點(diǎn)之間，第二隔離電阻位于第二金屬導(dǎo)帶與第一輸出端口的 連接處和第四金屬導(dǎo)帶與第二輸出端口的連接處之間。接地板與兩條支路的金屬導(dǎo)帶之間設(shè)置隔離層和人工介質(zhì)層，隔離層位于人工介 質(zhì)層上方，金屬導(dǎo)帶位于隔離層上方，人工介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置若干增大介電常數(shù)的金屬柱。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)采用了人工介質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少了隔離電阻 數(shù)目，縮小了電路的尺寸，尺寸縮小約50%;2)通過(guò)改變金屬柱間距來(lái)保持金屬導(dǎo)帶寬度一 致，減小了由于導(dǎo)帶線寬突變引起的不連續(xù)性；3)覆蓋GSM，CDMA，DCS，PHS頻帶的小型寬帶 功率分配器，工作在0. 8GHz到2GHz頻段上，從而滿足GSM，CDMA, DCS, PHS通信中的要求。


圖1為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的俯視圖。圖2為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的側(cè)視圖。圖3為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的幅度仿真結(jié)果。
圖5為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的隔離度仿真結(jié)果。圖6為本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的相位仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以工作頻段在0. 8GHz到2GHz的微帶功率分配器為例，對(duì)本發(fā)明作 進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明的新型結(jié)構(gòu)寬帶功率分配器是種微波無(wú)源器件，用于無(wú)線通信技 術(shù)領(lǐng)域，為工作在GSM，CDMA, DCS, PHS的基站波段內(nèi)的任何用戶提供無(wú)線覆蓋。結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的一種小型寬帶功率分配器，包括輸入端口 10、兩條支路， 一條支路包括第一金屬導(dǎo)帶1、第二金屬導(dǎo)帶2、第一輸出端口 11，另一條支路包括第三金 屬導(dǎo)帶3、第四金屬導(dǎo)帶4、第二輸出端口 12，上述兩條支路關(guān)于中軸對(duì)稱，第一隔離電阻5、 第二隔離電阻6位于兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板13 ；第一金屬導(dǎo)帶1與第三 金屬導(dǎo)帶3自然耦合，第一輸入端口 10位于上述自然耦合點(diǎn)處，第一金屬導(dǎo)帶1的另一端 與第二金屬導(dǎo)帶2自然耦合，第三金屬導(dǎo)帶3的另一端與第四金屬導(dǎo)帶4自然耦合，第一輸 出端口 11位于第二金屬導(dǎo)帶2另一端，第二輸出端口 12位于第四金屬導(dǎo)帶4另一端；第一 金屬導(dǎo)帶1和第二金屬導(dǎo)帶2自然耦合點(diǎn)為第一耦合點(diǎn)M,第三金屬導(dǎo)帶3和第四金屬導(dǎo)帶 4自然耦合點(diǎn)為第二耦合點(diǎn)N，第一隔離電阻5位于第一耦合點(diǎn)M和第二耦合點(diǎn)N之間，第 二隔離電阻6位于第二金屬導(dǎo)帶2與第一輸出端口 11的連接處和第四金屬導(dǎo)帶4與第二 輸出端口 12的連接處之間。接地板13與兩條支路的金屬導(dǎo)帶之間設(shè)置隔離層8和人工介質(zhì)層9，隔離層8位 于人工介質(zhì)層9上方，金屬導(dǎo)帶位于隔離層8上方，人工介質(zhì)層9內(nèi)設(shè)置若干增大介電常數(shù) 的金屬柱。接地板、人工介質(zhì)層、隔離層、微帶貼片依次疊加且重合。金屬柱7的直徑D為0. 4 0. 5mm,第一金屬導(dǎo)帶1和第三金屬導(dǎo)帶3下方人工介 質(zhì)層9內(nèi)金屬柱間距P1為1. 6 5. 2mm，第二金屬導(dǎo)帶2和第四金屬導(dǎo)帶4下方人工介質(zhì) 層9內(nèi)設(shè)置的金屬柱間距P2為0. 7 1. 2mm。第三金屬導(dǎo)帶3各段的長(zhǎng)分別為=I1為5. 5 6. 78mm，I2為12 19mm，I3為 3. 48 5. 45mm, I4為4 6mm ；第四金屬導(dǎo)帶4各段的長(zhǎng)分別為I5為4. 5 5. 48mm, I6為 3 5mm，I7為9. 5 12. 45mm, I8為3. 5 5mm，I9為4 6mm ；輸入端口 10、第一輸出端口 11、第二輸出端口 12的長(zhǎng)度1均為5 10mm，寬度Wtl均為1. 54 2. 04mm ；所有金屬導(dǎo)帶的 寬度W均為0. 45 0. 5mm ；第一隔離電阻5的阻值為90 100 Ω，第二隔離電阻6的阻值 為200 209 Ω ；金屬柱7的高為0. 4 0. 6mm ；隔離層8和人工介質(zhì)層9內(nèi)填充介電常數(shù) 、為2. 2 4. 4的物質(zhì)，其中隔離層8高Ii1為0. 1 0. 5mm,人工介質(zhì)層9高h(yuǎn)2為0. 4 0. 6mm。結(jié)合圖3本發(fā)明結(jié)構(gòu)由下到上分別是接地板、人工介質(zhì)層、隔離層和金屬導(dǎo)帶。兩 條支路為上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。人工介質(zhì)是通過(guò)在微帶線下面激光鉆孔和金屬電鍍工藝，提高微 帶線的分布電容，而分布電感幾乎不變，相當(dāng)于提高了有效介電常數(shù)。由于介質(zhì)的有效折射 ^neff =^seffMejr，其中是介質(zhì)的有效介電常數(shù)，是介質(zhì)的有效磁導(dǎo)率，所以提高了
介質(zhì)的有效折射率。導(dǎo)波波長(zhǎng)等于真空中波長(zhǎng)除以有效折射率，從而減小導(dǎo)波波長(zhǎng)，這樣可 以實(shí)現(xiàn)電路的小型化。此外，在保持微帶線線寬不變的前提下，通過(guò)改變微帶線下金屬通孔 間距來(lái)改變有效介電常數(shù)，從而調(diào)整微帶線的特征阻抗。
兩條支路利用公式tan(風(fēng))tan(風(fēng))=ZiZ^Rl -Z0)/(Zf R1 -Z22Z0)tan^/^/tan^) = Z1 (Z22 Z0)/(Z2(Z0^ -Z12)) 的雙頻特性，實(shí)現(xiàn)寬帶要求。其中I1和I2分別為兩條支路中第一段微帶線和第二 段微帶線的長(zhǎng)度，Z1和Z2分別為第一段微帶線和第二段微帶線的特性阻抗，Z0為輸入端口 10的阻抗，R1為輸出端口 11和輸出端口 12的輸出阻抗，通常都設(shè)置為50Ω。三個(gè)端口的 特性阻抗都為50 Ω。實(shí)施例1 借助目前已非常成熟的微波集成電路加工工藝技術(shù)，按下列參數(shù)在印刷電路板上 制作微帶線，第三金屬導(dǎo)帶3各段的長(zhǎng)分別為=I1為6. 78mm, I2為19mm，I3為5. 45mm, I4為 5mm ；第四金屬導(dǎo)帶4各段的長(zhǎng)分別為15為4. 55mm, I6為5mm，I7為12. 45mm, I8為5mm，I9 為4. 55mm;輸入端口 10、第一輸出端口 11、第二輸出端口 12的長(zhǎng)度1均為10mm，寬度W。均 為1. 45mm ；所有金屬導(dǎo)帶的寬度W均為0. 45mm ；第一隔離電阻5的阻值為100 Ω，第二隔離 電阻6的阻值為200 Ω ；金屬柱7的高度為0. 4mm，直徑為0. 4mm,金屬柱間距離P1和P2分 別為1.6mm和0.7mm;隔離層8相對(duì)介電常數(shù)、為2. 2，厚度Ill為0. Imm;人工介質(zhì)層9相 對(duì)介電常數(shù)、也為2. 2，厚度h2為0. 4mm,接地板13位于人工介質(zhì)層9的下方。結(jié)合圖4、圖5、圖6，通過(guò)本發(fā)明的HFSS (高頻電磁場(chǎng)仿真軟件)仿真結(jié)果的比較， 可以看出工作頻段在0. 8GHz到2GHz，傳輸系數(shù)|S21| = | S311彡4dB，反射系數(shù)| S111彡20dB， 隔離度IS23I彡20dB，兩個(gè)輸出端口的相位相等，符合等分同相功分器的設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例2 第三金屬導(dǎo)帶3各段的長(zhǎng)分別為=I1為6mm，I2為15mm，I3為3. 48mm, I4為6mm ； 第四金屬導(dǎo)帶4各段的長(zhǎng)分別為15為5. 48mm, I6為3. 48mm, I7為9. 5mm, I8為3. 48mm, I9 為6mm;輸入端口 10、第一輸出端口 11、第二輸出端口 12的長(zhǎng)度1均為8mm，寬度W。均為 2. 04mm ；所有金屬導(dǎo)帶的寬度W均為0. 48mm ；第一隔離電阻5的阻值為95 Ω，第二隔離電 阻6的阻值為205 Ω ；金屬柱7的高度為0. 6mm,直徑為0. 48mm,金屬柱間距離P1和P2分別 為1. 8mm和0. 8mm ；隔離層8相對(duì)介電常數(shù)、為2. 94，厚度Ill為0. 2mm ；人工介質(zhì)層9相 對(duì)介電常數(shù)、也為2. 94，厚度h2為0. 6mm ；接地板13位于人工介質(zhì)層9的下方。實(shí)施例 2在工作頻段0. 8GHz到2GHz，符合等分同相功分器的設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例3 第三金屬導(dǎo)帶3各段的長(zhǎng)分別為5mm, I2為12mm，I3為3. 5mm, I4為4mm ； 第四金屬導(dǎo)帶4各段的長(zhǎng)分別為15為4. 5mm, I6為3mm，I7為10mm，I8為3. 5mm, I9為4mm ； 輸入端口 10、第一輸出端口 11、第二輸出端口 12的長(zhǎng)度1均為5mm，寬度W。均為1.91mm; 所有金屬導(dǎo)帶的寬度W均為0. 5mm ；第一隔離電阻5的阻值為90 Ω，第二隔離電阻6的阻 值為209 Ω ；金屬柱7的高度為0. 5mm,直徑為0. 5mm,金屬柱間距離P1和P2分別為5. 2mm 和1. 2mm ；隔離層8相對(duì)介電常數(shù)ε ^為4. 4，厚度Ill為0. 5mm ；人工介質(zhì)層9相對(duì)介電常數(shù) 、也為4. 4，厚度h2為0. 5mm ；接地板13位于人工介質(zhì)層9的下方。實(shí)施例3在工作頻段 0. 8GHz到2GHz，符合等分同相功分器的設(shè)計(jì)要求。
權(quán)利要求
一種小型寬帶功率分配器，包括輸入端口[10]、兩條支路，一條支路包括第一金屬導(dǎo)帶[1]、第二金屬導(dǎo)帶[2]、第一輸出端口[11]，另一條支路包括第三金屬導(dǎo)帶[3]、第四金屬導(dǎo)帶[4]、第二輸出端口[12]，上述兩條支路關(guān)于中軸對(duì)稱，第一隔離電阻[5]、第二隔離電阻[6]位于兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板[13]；其特征在于接地板[13]與兩條支路的金屬導(dǎo)帶之間設(shè)置隔離層[8]和人工介質(zhì)層[9]，隔離層[8]位于人工介質(zhì)層[9]上方，人工介質(zhì)層[9]內(nèi)設(shè)置若干增大介電常數(shù)的金屬柱[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型寬帶功率分配器，其特征在于金屬柱[7]的直徑 D為0.4 0.5mm，第一金屬導(dǎo)帶[1]和第三金屬導(dǎo)帶[3]下方人工介質(zhì)層[9]內(nèi)金屬柱間 距P1為1. 6 5. 2mm,第二金屬導(dǎo)帶[2]和第四金屬導(dǎo)帶[4]下方人工介質(zhì)層[9]內(nèi)設(shè)置 的金屬柱間距P2為0. 7 1. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型寬帶功率分配器，其特征在于，隔離層[8]的厚度Ii1 為0. 1 0. 5mm,人工介質(zhì)層[9]的厚度h2為0. 4 0. 6mm,隔離層[8]和人工介質(zhì)層[9] 內(nèi)填充介電常數(shù)、為2. 2 4. 4的物質(zhì)，第三金屬導(dǎo)帶[3]各段的長(zhǎng)分別為=I1為5. 5 6. 78謹(jǐn)，I2為12 19謹(jǐn)，I3為3. 48 5. 45謹(jǐn)，I4為4 6謹(jǐn)；第四金屬導(dǎo)帶[4]各段的 長(zhǎng)分別為15 為 4. 5 5. 48mm, I6 為 3 5mm，I7 為 9. 5 12. 45mm, I8 為 3. 5 5mm，I9 為 4 6mm;輸入端口 [10]、第一輸出端口 [11]、第二輸出端口 [12]的長(zhǎng)度1均為5 10mm， 寬度Wtl均為1. 54 2. 04mm ；所有金屬導(dǎo)帶的寬度W均為0. 45 0. 5mm ；第一隔離電阻[5] 的阻值為90 100 Ω，第二隔離電阻[6]的阻值為200 209 Ω ；金屬柱[7]的高為0. 4 0. 6mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型寬帶功率分配器，包括輸入端口、兩條支路，一條支路包括第一金屬導(dǎo)帶、第二金屬導(dǎo)帶、第一輸出端口，另一條支路包括第三金屬導(dǎo)帶、第四金屬導(dǎo)帶、第二輸出端口，上述兩條支路關(guān)于中軸對(duì)稱，第一隔離電阻、第二隔離電阻位于兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板；接地板與兩條支路的金屬導(dǎo)帶之間設(shè)置隔離層和人工介質(zhì)層，隔離層位于人工介質(zhì)層上方，金屬導(dǎo)帶位于隔離層上方，人工介質(zhì)層內(nèi)設(shè)置若干增大介電常數(shù)的金屬柱。本發(fā)明的小型寬帶功率分配器的尺寸小并通過(guò)改變金屬柱間距來(lái)保持金屬導(dǎo)帶寬度一致，減小了由于導(dǎo)帶線寬突變引起的不連續(xù)性。
文檔編號(hào)H01P5/12GK101847770SQ20091002992
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者唐萬(wàn)春, 林葉嵩, 樊振宏, 溫中會(huì), 王丹陽(yáng), 王曉科, 許小衛(wèi), 陳如山 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)