基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于電容補(bǔ)償技術(shù)、雙層基板層間耦合結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器。
【背景技術(shù)】
[0002]功分器是大功率合成放大器和相控陣天線饋電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的好壞。隨著軍用與民用通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)于寬帶、高效大功率放大器的需求以及相控陣天線中對(duì)寬帶、高隔離、平面化、低插損特性的饋電網(wǎng)絡(luò)的需要與日俱增。這就需要寬帶、高效、低損耗、平面型、高隔離特性的多路功分器/合成器。傳統(tǒng)的多路功分器主要采用三維立體電路實(shí)現(xiàn)(如多路波導(dǎo)腔體功分器)，體積大、成本高、不易集成；同時(shí)它在實(shí)現(xiàn)N路功率分配的同時(shí)往往難以實(shí)現(xiàn)輸出端口間良好的隔離特性。另一方面，傳統(tǒng)的二進(jìn)制型功分器，雖然可以實(shí)現(xiàn)較好的隔離特性，但存在尺寸較大和損耗較高的問(wèn)題。因此，平面型、寬帶、低損耗、高隔離特性多路功分器/合成器的實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)平面高隔離四路功分器，它具有高隔離度、低插損、良好的輸入/輸出駐波比、寬帶、小體積以及易于與有源器件集成等優(yōu)良特性。各路輸出端口信號(hào)幅度/相位一致性好，適用于小型化多路功率合成系統(tǒng)或陣列天線中的功分饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于電容補(bǔ)償技術(shù)、采用雙層基板耦合結(jié)構(gòu)的功分器。其具體技術(shù)方案如下:
[0005]準(zhǔn)平面四路高隔離功分器，包括上下兩層介質(zhì)基板、輸入共面波導(dǎo)端口、四路輸出微帶端口、共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)、層間相位補(bǔ)償電容、隔離電阻、中間接地金屬層、空氣通孔和金屬化通孔。其特征在于，所述準(zhǔn)平面雙層四路功分器，由兩層介質(zhì)基板及位于兩層基板上方、中間和下方的三層金屬層構(gòu)成，上層金屬層包括矩形微帶貼片和兩根微帶線，中間層金屬層為接地金屬層、共面波導(dǎo)饋線和矩形貼片，下層金屬層包括矩形微帶貼片和兩根微帶線。共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)位于矩形微帶貼片處，由位于上下層的矩形微帶貼片和中間層的矩形貼片構(gòu)成，層間相位補(bǔ)償電容位于該電磁耦合結(jié)構(gòu)中心，通過(guò)在中心處上下層基板打空氣通孔來(lái)放置電容，電容的一端連接上層矩形微帶貼片，另一端連接下層矩形微帶貼片。隔離電阻距離共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)為四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)，同層兩個(gè)隔離電阻相接，并通過(guò)跨越中間接地金屬層的金屬化通孔將上下共4個(gè)隔離電阻連接在一起。跨越中間接地金屬層的金屬化通孔不與中間接地金屬層相接。
[0006]所述基于電容補(bǔ)償技術(shù)的高隔離功分器從耦合結(jié)構(gòu)到輸出端口處為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每層各有兩路輸出端口，每路輸出端口的信號(hào)幅度/相位相等。采用兩層介質(zhì)基板和三層金屬層，通過(guò)PCB板加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明所提出的基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器工作原理如下:
[0008]射頻信號(hào)從位于中間接地金屬層的共面波導(dǎo)端口饋入，傳輸?shù)焦裁娌▽?dǎo)-微帶線電磁耦合結(jié)構(gòu)處，通過(guò)寬邊耦合，分別將信號(hào)耦合到上下兩層金屬層的矩形微帶貼片上，每層微帶貼片再分別通過(guò)兩根微帶線輸出，實(shí)現(xiàn)四路等幅、同相的信號(hào)輸出。隔離電阻安裝于各路輸出微帶線距耦合結(jié)構(gòu)四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)處，四個(gè)隔離電阻的一端分別安裝于各輸出微帶線上，另一端安裝于金屬化通孔上。此時(shí)，位于同層的兩路輸出微帶線滿足實(shí)現(xiàn)高隔離度的二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)的電長(zhǎng)度的要求(即信號(hào)從其中一路輸出微帶線隔離電阻處，經(jīng)過(guò)微帶線和矩形微帶貼片到達(dá)另一路輸出微帶線的隔離電阻處的電長(zhǎng)度)；位于不同層間輸出微帶線的隔離電長(zhǎng)度通過(guò)補(bǔ)償電容作用，使因?qū)娱g耦合電容引起的等效電長(zhǎng)度變短的作用得到改善，滿足其等效電長(zhǎng)度為二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)的要求，從而實(shí)現(xiàn)上下層輸出端口間良好的隔離。最終實(shí)現(xiàn)各路輸出端口間高隔離和良好的輸出駐波。由于電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，可保證各路輸出信號(hào)良好的幅度和相位一致性。本發(fā)明專利提供的技術(shù)可滿足各種不同的應(yīng)用需求，比如多路功率合成與相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)等，具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
[0009]本發(fā)明所提出的基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器，不僅體積小、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊，而且具有高的輸出端口隔離、各路信號(hào)幅度和相位一致性好、寬帶、輸出駐波好等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明主要用于微波功率合成系統(tǒng)、陣列天線等，在通信、雷達(dá)、測(cè)控等微波系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明提出的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是層間相位補(bǔ)償電容和隔離電阻的安裝示意圖；
[0012]圖3是圖1的S參數(shù)仿真曲線；
[0013]附圖中標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)名稱為:
[0014](I)介質(zhì)基板，(2)輸入共面波導(dǎo)端口，(3)四路輸出微帶端口，(4)共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)，(5)層間相位補(bǔ)償電容，(6)隔離電阻，(7)中間接地金屬層，⑶空氣通孔，(9)金屬化通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]例1:如圖1所示，本發(fā)明提出的基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面四路高隔離功分器，其包含以下幾個(gè)部分。分別是:兩層介質(zhì)基板，輸入共面波導(dǎo)端口，四路輸出微帶端口，共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)，層間相位補(bǔ)償電容，隔離電阻，中間接地金屬層，空氣通孔和金屬化通孔。
[0017]輸入端口通過(guò)共面波導(dǎo)-微帶線電磁耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)到四路輸出微帶線的耦合及阻抗匹配。該結(jié)構(gòu)可同時(shí)耦合出四路信號(hào)，最大限度的減少信號(hào)的傳輸損耗。通過(guò)層間相位補(bǔ)償電容，實(shí)現(xiàn)不同層間兩路輸出信號(hào)的相位補(bǔ)償，隔離電阻安裝于金屬化通孔上，以實(shí)現(xiàn)各輸出端口優(yōu)良的隔離特性。
[0018]圖3(a)是例I的頻率響應(yīng)曲線，由圖可知在1.6GHz_2.2GHz范圍內(nèi)輸入端口的回波損耗為20dB左右，帶內(nèi)插入損耗小于0.1dB (不包含四路功分器的6dB理論插損)。
[0019]圖3(b)是例I的輸出端端口隔離特性，由圖可看出，輸出端口的隔離度在1.4GHz-2.4GHz范圍內(nèi)大于20dB，在1.7GHz_2.2GHz范圍內(nèi)大于25dB，實(shí)現(xiàn)了輸出端口高隔離度特性。
[0020]圖3(c)是例I的輸出端端口回波損耗，由圖可看出，輸出端口回波損耗在lGHz-3GHz范圍內(nèi)大于20dB。
[0021]圖3(d)是例I的輸出端端口相位特性曲線，由圖可知整個(gè)頻帶范圍內(nèi)輸出端口相位一致性很好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器，包括上下兩層介質(zhì)基板(1)、輸入共面波導(dǎo)端口(2)、四路輸出微帶端口(3)、共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)(4)、層間相位補(bǔ)償電容(5)、隔離電阻(6)、中間接地金屬層(7)、空氣通孔⑶和金屬化通孔(9)，其特征在于，所述功率分配器由兩層介質(zhì)基板構(gòu)成，采用共面波導(dǎo)-微帶線電磁耦合結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)性地采用電容補(bǔ)償技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)輸出端口的高隔離特性和優(yōu)良的輸出駐波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器，采用兩層介質(zhì)基板，通過(guò)PCB基板加工技術(shù)，得到需要的輸入共面波導(dǎo)端口(2)、四路輸出微帶端口(3)、共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)(4)和中間接地金屬層(7)等結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的共面波導(dǎo)-微帶層間電磁耦合結(jié)構(gòu)(4)，可實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)從輸入共面波導(dǎo)到四路輸出微帶線的寬帶耦合和良好的阻抗匹配。該電路結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)各輸出端口良好的幅度及相位一致性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間相位補(bǔ)償電容(5)，對(duì)位于不同層間輸出微帶線的隔離電長(zhǎng)度具有補(bǔ)償作用，使因?qū)娱g耦合電容引起的等效電長(zhǎng)度變短的作用得到改善，實(shí)現(xiàn)其等效電長(zhǎng)度為二分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)的要求，從而使其隔離頻帶與工作頻帶相一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離電阻(6)安裝于各路輸出微帶線距耦合結(jié)構(gòu)四分之一波導(dǎo)波長(zhǎng)處，四個(gè)隔離電阻的一端分別安裝于各輸出微帶線上，另一端安裝于金屬化通孔(9)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面高隔離四路功分器，所述功分器的輸入/輸出端口進(jìn)行交換，將變成功率合成器，準(zhǔn)平面高隔離四路功率合成器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)與上述功分器完全一樣。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電容補(bǔ)償技術(shù)的準(zhǔn)平面四路高隔離功分器。輸入共面波導(dǎo)通過(guò)層間的共面波導(dǎo)-微帶線電磁耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)到輸出微帶線耦合及阻抗匹配。通過(guò)層間相位補(bǔ)償電容，實(shí)現(xiàn)不同層間兩路輸出信號(hào)的相位補(bǔ)償，隔離電阻安裝于具有公共點(diǎn)作用的金屬化通孔上，實(shí)現(xiàn)各輸出端口優(yōu)良的隔離特性和輸出駐波。本發(fā)明具有高隔離度、低插損、良好的輸入/輸出駐波比、寬帶、小體積、各路輸出端口信號(hào)幅度/相位一致性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明主要用于微波毫米波功率合成放大系統(tǒng)、相控陣天線饋電網(wǎng)絡(luò)等，在通信、雷達(dá)、測(cè)控等微波毫米波系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01P5-16
【公開號(hào)】CN104617366
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510020254
【發(fā)明人】宋開軍, 胡順勇, 張樊, 朱宇, 樊茂宇, 樊勇
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日