本發(fā)明涉及微波無源器件技術領域，特別是一種基于新型互聯(lián)結構的超寬帶巴倫。

背景技術：

天線領域中，偶極子天線屬于平衡型天線，從而需要一個巴倫將不平衡信號轉換為平衡信號來為平衡型天線饋電。巴倫是平衡非平衡轉換器，能夠提供等幅反向信號以及實現(xiàn)阻抗匹配。目前微波集成電路中最常見的信號傳輸線是微帶線，傳輸?shù)氖欠瞧胶庑盘?，而共面波導和共面帶狀線都是單面?zhèn)鬏斁€，具有尺寸小，易于集成，便于與微帶結構實現(xiàn)寬帶互聯(lián)結構等特點?；谶@一背景，我們采用微帶線-共面波導及微帶線-共面帶狀線實現(xiàn)了一種損耗低、尺寸小、較好的端口匹配性能的超寬帶巴倫。

已有文獻報道了超寬帶巴倫的結構：

文獻1(Vicente González-Posadas,Carlos Martín-Pascual,JoséLuis Jiménez-Martín,and Daniel Segovia-Vargas,Lumped-element balun for UHF UWB printed balanced antennas,IEEE Transactions on antenna and propagation,2008,56,(7)：2102-2107)中利用高通單元和低通單元結構中所分別呈現(xiàn)電容性與電感性，這樣通過適當?shù)牟⒙?lián)措施，從而得到兩個輸出端口的相位反向特性，但是該巴倫是基于半集總元件實現(xiàn)，難以實現(xiàn)寬帶寬，并且插入損耗大。

文獻2(Peng Wu,Yong Zhang,Yu-Liang Dong,and Qin Zhang,A novel Ka-band planar balun using microstrip-CPS-microstrip transition,IEEE Microwave Wireless Compon.Lett.,2011,21,(3):136-138)中利用兩個對稱的微帶線-共面帶狀線的互聯(lián)結構實現(xiàn)了寬帶的巴倫，但巴倫的尺寸比較大且結構比較復雜。

文獻3(Jin Shao,Rongguo Zhou,Chang Chen,Xiao-Hua Wang,Hyoungsoo Kim,and Hualiang Zhang,Design of a wideband balun using parallel strips,IEEE Microwave Wireless Compon.Lett.,2013,23,(3):125-127)中利用相位變換器實現(xiàn)了寬帶的巴倫，有較好的端口匹配特性，但是巴倫的尺寸較大。

綜上所述，(1)文獻1中設計的巴倫采用的是半集總元件的實現(xiàn)方式，在毫米波段集總元件的損耗較且使得電路不便于加工；(2)文獻2中設計的寬帶巴倫尺寸較大且結構復雜；(3)文獻3中設計的寬帶巴倫具有尺寸大的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸小、電路結構緊湊、插入損耗小、具有良好輸出端口匹配特性的基于過渡結構的超寬帶巴倫。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于過渡結構的超寬帶巴倫，包括介質基板上表面設置的輸入端微帶線導帶、二端口輸出端微帶線導帶、三端口輸出端微帶線導帶，介質基板下表面設置的槽線、金屬接地板，以及連接輸入端微帶線導帶和槽線的圓形金屬通孔；

所述輸入端微帶線導帶與槽線呈垂直立體交叉結構，圓形金屬通孔設置于該交叉點位置；二端口輸出端微帶線導帶和三端口輸出端微帶線導帶設置于輸入端微帶線導帶的兩側，二者均由介質基板邊緣開始向輸入端微帶線導帶延伸且末端折疊呈U型；二端口輸出端微帶線導帶和三端口輸出端微帶線導帶的折疊部分均與槽線呈垂直立體交叉結構，且二端口輸出端微帶線導帶旋轉180°后與三端口輸出端微帶線導帶關于輸入端微帶線導帶呈軸對稱分布。

進一步地，所述槽線蝕刻于金屬接地板上，槽線關于輸入端微帶線導帶呈軸對稱分布。

進一步地，所述圓形金屬通孔一端連接位于介質基板上表面的輸入端微帶線導帶，另一端連接位于介質基板下表面的槽線，從而形成第一過渡互聯(lián)結構。

進一步地，所述二端口輸出端微帶線導帶和三端口輸出端微帶線導帶末端折疊呈U型結構，U型結構兩側相互平行的兩條邊平行于槽線、底部的邊垂直于槽線且與槽線呈垂直立體交叉結構，從而形成第二過渡互聯(lián)結構。

進一步地，所述介質基板的相對介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：(1)結構簡單，可在單片PCB板上實現(xiàn)，便與加工，生產成本低；(2)具有提供等幅反相信號和阻抗匹配的作用，為平衡天線等射頻元件饋電時無需再使用阻抗匹配段；(3)具有尺寸小、工作頻帶寬(從3.6MHz至10.7GHz)、插入損耗小、兩輸出端口具有優(yōu)異幅度及相位平衡特性等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于過渡結構的超寬帶巴倫的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明基于過渡結構的超寬帶巴倫的結構側視圖。

圖3是本發(fā)明基于過渡結構的超寬帶巴倫的實施例的結構尺寸示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中S參數(shù)仿真圖。

圖5是本發(fā)明實施例中兩個輸出端口幅度差的仿真圖。

圖6是本發(fā)明實施例中兩個輸出端口相位差的仿真圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下獲得的所有其他實施例都屬于本發(fā)明保護的范圍。

結合圖1～2，本發(fā)明基于過渡結構的超寬帶巴倫，包括介質基板7上表面設置的輸入端微帶線導帶4、二端口輸出端微帶線導帶1、三端口輸出端微帶線導帶6，介質基板7下表面設置的槽線2、金屬接地板5，以及連接輸入端微帶線導帶4和槽線2的圓形金屬通孔3；所述輸入端微帶線導帶4與槽線2呈垂直立體交叉結構，圓形金屬通孔3設置于該交叉點位置；二端口輸出端微帶線導帶1和三端口輸出端微帶線導帶6設置于輸入端微帶線導帶4的兩側，二者均由介質基板7邊緣開始向輸入端微帶線導帶4延伸且末端折疊呈U型；二端口輸出端微帶線導帶1和三端口輸出端微帶線導帶6的折疊部分均與槽線2呈垂直立體交叉結構，且二端口輸出端微帶線導帶1旋轉180°后與三端口輸出端微帶線導帶6關于輸入端微帶線導帶4呈軸對稱分布。

進一步地，所述槽線2蝕刻于金屬接地板5上，槽線2關于輸入端微帶線導帶4呈軸對稱分布。

進一步地，所述圓形金屬通孔3一端連接位于介質基板7上表面的輸入端微帶線導帶4，另一端連接位于介質基板7下表面的槽線2，從而形成第一過渡互聯(lián)結構。

進一步地，所述二端口輸出端微帶線導帶1和三端口輸出端微帶線導帶6末端折疊呈U型結構，U型結構兩側相互平行的兩條邊平行于槽線2、底部的邊垂直于槽線2且與槽線2呈垂直立體交叉結構，從而形成第二過渡互聯(lián)結構。

進一步地，所述介質基板7的相對介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm。

所述基于過渡結構的超寬帶巴倫，工作原理如下：輸入端微帶線導帶4和金屬接地板5組成輸入端微帶線作為電磁波信號饋入源，二端口輸出端微帶線導帶1和三端口輸出端微帶線導帶6分別與金屬接地板5組成輸出端微帶線作為電磁波信號輸出。圓形金屬通孔3連接輸入端微帶線導帶4和槽線2形成垂直立體交叉的第一過渡互聯(lián)結構。二 端口輸出端微帶線導帶1和三端口微帶線輸出端導帶6的一端折疊為U型，并分別與槽線2組成垂直立體交叉的第二過渡互聯(lián)結構，當兩路信號通過上述兩個過渡互聯(lián)結構后實現(xiàn)相位的反相，最終實現(xiàn)超寬帶的巴倫特性。

所述基于過渡結構的超寬帶巴倫，信號傳導過程如下：電磁信號從輸入端微帶線進入巴倫，經過輸入端微帶線導帶4和槽線2組成的第一過渡互聯(lián)結構，在槽線2中得到兩路等幅同相信號，分別經由槽線2的左右兩邊，傳播至二端口輸出端微帶線導帶1及三端口輸出端微帶線導帶6分別與槽線2組成的第二互聯(lián)過渡結構，由于兩個旋轉對稱的第二互聯(lián)過渡結構不同的電場分布特性，當兩路信號通過上述兩個第二互聯(lián)過渡結構后實現(xiàn)相位的反相，最終實現(xiàn)超寬帶的巴倫特性。

結合圖1、2，介質基板7在圖中為淺灰色陰影填充，輸入端微帶線4、二端口輸出端微帶線1和三端口輸出端微帶線6在圖1中為深灰色陰影填充，位于介質基板7的正面。金屬接地板5在圖2中為深灰色線條表示，位于介質基板7的背面，槽線2蝕刻于金屬接地板5上，關于輸入端微帶線導帶4呈軸對稱分布。

實施例1

本實施例中基于過渡結構的超寬帶巴倫的結構尺寸如圖3所示，介質基板7的尺寸為a×b＝34mm×10.5mm，高度h為0.508mm，介質基板7的相對介電常數(shù)為3.55，在介質基板7的正面所蝕刻的輸入端微帶線導帶4的寬度W1＝1.17mm，長度L1＝3.4mm，二端口輸出端微帶線導帶1和三端口輸出端微帶線導帶6的寬度W2＝1.17mm，其末端距離槽線的長度L2＝7.35mm，距離輸入端微帶線導帶4的距離都為L3＝6.03mm。圓形金屬通孔的直徑為0.6mm。介質基板7的底面貼有相同尺寸的金屬接地板5，蝕刻在金屬接地板5上的槽線2的寬度W3＝0.1mm，末端距離二端口微帶線導帶1和三端口微帶線導帶6的距離相等，都為L4＝7.7mm。

應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可將介質基板7的相對介電常數(shù)設定為其他值，可將輸入端微帶線導帶4、二端口輸出端微帶線導帶1和三端口微帶線導帶6的尺寸設定為其他值，可將槽線2的尺寸設定為其他數(shù)值，這些改進也將視為本發(fā)明的保護范圍。

在制造上，通過印制電路板制造工藝對電路基板正面電路及背面的電路加工形成所需的金屬圖案。本實例超寬帶巴倫是在電磁仿真軟件HFSS.13中建模仿真的。

結合圖4，本實施例基于過渡結構的超寬帶巴倫的回波損耗示意圖。從圖中可以看 出，天線的S參數(shù)在3.6-10.7GHz的范圍內是小于-10dB的，具有超寬帶的特點。

結合圖5，本實施例基于過渡結構的超寬帶巴倫的兩個平衡輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該實例巴倫的兩個平衡輸出端口幅度差在0.4dB以內。

結合圖6，本實施例基于過渡結構的超寬帶巴倫的兩個平衡輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實例巴倫的兩個平衡輸出端口相位差在±5度以內。

綜上所述，本發(fā)明基于新型互聯(lián)結構的超寬帶巴倫，利用兩種不同類型的寬帶互聯(lián)結構實現(xiàn)了超寬帶巴倫，該超寬帶具有尺寸小、插入損耗低、兩輸出端口匹配特性優(yōu)異等優(yōu)點。