本發(fā)明屬于微波毫米波集成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器。

背景技術(shù)：

均衡器主要運用于現(xiàn)代雷達電子戰(zhàn)中，它連接在大功率行波管輸入或輸出端，起增益均衡(幅度均衡器)或相位均衡(相位均衡器)的作用。關(guān)鍵是如何選擇性吸收多余微波能量，同時不讓能量反射回輸入端口。對于采用諧振結(jié)構(gòu)吸收能量的幅度均衡器而言，要滿足前者需要正確的設(shè)置諧振結(jié)構(gòu)和吸波材料，要滿足后者需要在整個頻段內(nèi)有良好的輸入輸出匹配。

幅度均衡器的技術(shù)指標。1、幅度均衡器傳輸特性曲線應(yīng)正好與行波管放大器傳輸特性曲線互補，故要求有較高的均衡精度；2、系統(tǒng)的傳輸特性曲線大致呈拋物線型，故要求均標準幅度衡器結(jié)構(gòu)具有倒鐘型傳輸特性曲線；3、系統(tǒng)增益帶內(nèi)波動大，故均衡量(s(2,1))在某些頻點可能小于-10db；4、為了避免能量反射，要求駐波比(vswr)較?。?、若系統(tǒng)的通頻帶寬，要求幅度均衡器具有寬頻帶特性；6、除此之外，隨著設(shè)備空間日益擁擠，要求固態(tài)器件具有體積小、重量輕、可靠性好、便于集成等特性。

目前幅度均衡器的實現(xiàn)形式。大致分為兩種：一、使用隔離器無耗均衡網(wǎng)絡(luò)，使得均衡器反射回來的能量通過隔離器導出；二、使用有耗均衡網(wǎng)絡(luò)，由能吸收能量的諧振器、匹配電路、主傳輸線組成。諧振器選擇頻率，電阻或吸波材料吸收能量，匹配電路調(diào)節(jié)駐波比。使用隔離器無耗均衡網(wǎng)絡(luò)的幅度均衡器駐波比容易做得很小，但是需要設(shè)計隔離器，體積較大，且不利于電路集成，寬帶隔離器實現(xiàn)困難；使用有耗均衡網(wǎng)絡(luò)的幅度均衡器在微波毫米波領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，形式多樣，有a)集總參數(shù)型、b)波導型和同軸型(立體電路)、c)集成傳輸線型(平面電路)。

a)集總參數(shù)型幅度均衡器，元器件受寄生參數(shù)的限制,不適合用在高頻段；

b)立體電路幅度均衡器，主傳輸線可以是波導或同軸，諧振器可以是波導或同軸諧振腔。主傳輸線上的能量通過孔耦合或探針耦合進入諧振腔內(nèi)，腔內(nèi)有吸波材料吸收能量。此類幅度均衡器可調(diào)衰減范圍大，調(diào)節(jié)自由度高，承受的功率容量大，但體積大、結(jié)構(gòu)復雜、機械穩(wěn)定性差、設(shè)計和加工難度大；

c)平面電路幅度均衡器，主傳輸線可以是微帶線、帶狀線、共面波導等集成傳輸線，諧振器是利用開路或短路的諧振枝節(jié)構(gòu)成，吸收能量的電阻加載在諧振枝節(jié)中，或諧振枝節(jié)與主傳輸線的縫隙處。此類幅度均衡器的諧振枝節(jié)長度與工作頻率成反比、單個諧振枝節(jié)的均衡量較小。

綜上所述，有耗均衡網(wǎng)絡(luò)的幅度均衡器的諧振器加載在旁路，將主傳輸線上的能量耦合到諧振器中吸收，耦合量很大程度上依賴于耦合結(jié)構(gòu)。立體電路體積龐大，結(jié)構(gòu)復雜，不便調(diào)試；而平面電路諧振枝節(jié)長度與波長成正比，微波頻率低端尺寸較大；單個諧振枝節(jié)的帶寬窄，電阻吸收能量有限。

缺陷地結(jié)構(gòu)(dgs，defectedgroundstructure)是在微帶線金屬接地板上刻蝕出圖形，以擾亂接地板上電流分布，從而改變微帶線的分布電感和分布電容，呈現(xiàn)出慢波效應(yīng)和寬阻帶特性。微波器件運用dgs可以獲得常規(guī)技術(shù)無法實現(xiàn)的小型化和高性能，具有構(gòu)造緊湊、制作簡單、體積小等優(yōu)點，現(xiàn)在dgs已應(yīng)用于小體積高性能的天線、諧振器、振蕩器、濾波器、功分器、耦合器、放大器。

本發(fā)明是有耗均衡網(wǎng)絡(luò)平面電路幅度均衡器中的一種，利用dgs的帶阻特性代替?zhèn)鹘y(tǒng)的諧振器，將電阻直接加載在dgs上吸收多余能量。這種結(jié)構(gòu)的等效電路亦和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，體積小且具有很好的寬頻帶特性。

與本發(fā)明類似的現(xiàn)有技術(shù)及缺點

枝節(jié)諧振微帶型幅度均衡器為最常用見平面電路幅度均衡器，通過改變諧振枝節(jié)的尺寸、形狀、數(shù)目、開路或短路特性、主傳輸線匹配電路等，可以演變出多種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的諧振器在微帶線旁，由諧振枝節(jié)組成。近來也有少量文獻報道，在傳統(tǒng)的平面電路幅度均衡器中額外引入dgs能改變主傳輸線的特性阻抗，從而可以顯著的改善均衡量和帶寬，如在金屬接地層引入啞鈴型或“c”型dgs。這種結(jié)構(gòu)在去掉dgs后，仍然是一個具有完整功能的幅度均衡器，額外引入的dgs是為了改善原有幅度均衡器的特性。這種方法本質(zhì)上還是通過加載在微帶線旁的諧振枝節(jié)構(gòu)成諧振器，諧振器與主傳輸線并聯(lián)。

缺點一：傳統(tǒng)的平面電路幅度均衡器波長與諧振枝節(jié)尺寸成正比，微波頻率低端諧振枝節(jié)較長，對諧振枝節(jié)進行折疊又可能因距離太近存在能量耦合；

缺點二：傳統(tǒng)的平面電路幅度均衡器單個諧振器吸收能量較小且工作帶寬窄；

缺點三：若采用傳統(tǒng)的平面電路幅度均衡器加載dgs，dgs和原有的諧振器同時存在，場分布相對復雜，難于理論分析，且調(diào)試困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器，其特征在于包括介質(zhì)基片(8)、輸入輸出端口、輸入輸出匹配電路、主傳輸線(5)和加載電阻的dgs；所述輸入輸出端口包括輸入端口(1)、輸出端口(7)；所述輸入輸出匹配電路位于介質(zhì)基片(8)的信號層，包括輸入匹配電路(2)、輸出匹配電路(6)；所述主傳輸線(5)的一端通過輸入匹配電路(2)與輸入端口(1)連接，主傳輸線(5)的一端的另一端通過輸出匹配電路(6)與輸出端口(7)相連；所述加載電阻的dgs位于該幅度均衡器的介質(zhì)基片(8)下的金屬地層，所加載的電阻位于dgs上。

所述加載電阻的dgs可以是一個或多個加載電阻的“i”型、“c”型、“h”型、“e”型、“l(fā)”型、啞鈴型、螺旋電感型dgs，dgs位于金屬地層，數(shù)目不少于1個，同種dgs大小可以不同。

所述加載電阻的dgs包括“i”型dgs一(3)、放置在“i”型dgs一(3)上的電阻r’(10)、“i”型dgs二(4)、放置在“i”型dgs二(4)上的電阻r(9)，“i”型dgs數(shù)目長寬、內(nèi)側(cè)邊緣距離、電阻值需由給定的工作頻率和性能要求確定，可以變動。

該幅度均衡器的工作波段范圍為12-40ghz，最大均衡量達15db，回波損耗優(yōu)于16db，vswr<1.35。

輸入輸出匹配電路可以共用一個電路。

本發(fā)明所要解決的問題：

1、傳統(tǒng)的平面型幅度均衡器采用能量耦合機制導致的均衡量較小、單個諧振器工作頻帶窄的問題；

2、平面型幅度均衡器額外加載dgs，因dgs和原有的諧振器同時存在阻抗突變導致結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)試困難的問題。

本發(fā)明主要創(chuàng)新點：

在微帶傳輸線金屬地層設(shè)置dgs，利用其自有的寬阻帶特性取代了傳統(tǒng)的諧振器的功能，拓展了帶寬，且結(jié)構(gòu)簡單、體積??；將電阻直接加載在dgs上，等效為電阻直接串聯(lián)在主傳輸線上，提高了均衡量。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且頻帶寬。由后面介紹的完整技術(shù)方案與結(jié)構(gòu)(見附圖)可知，此發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于調(diào)試和加工的特性，結(jié)構(gòu)可以簡單到由一條主傳輸線和兩個加載電阻的縫隙組成，面積為8×8mm²。在設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、測試成本異常高昂的軍事應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)簡單、易于加工和易于調(diào)試特性能顯著減小成本、縮小生產(chǎn)周期；小體積能為擁擠的電子設(shè)備提供更多的可利用空間。優(yōu)良的性能主要體現(xiàn)在超寬頻帶特性，實施例表明此類幅度均衡器已具有4倍頻程帶寬，實現(xiàn)了對ku、k、ka波段的全覆蓋，調(diào)節(jié)設(shè)計尺寸和采用多級dgs能工作在更寬頻段(當然也可在一定程度上減小頻帶寬度)。具有超寬頻帶特性的諧振器設(shè)計通常是個難點，而在超寬帶雷達與通信領(lǐng)域?qū)拵Х染馄鞑豢苫蛉?，此類幅度均衡器為超寬帶幅度均衡器的設(shè)計提供了一種簡便可行的方法，故此值得大規(guī)模生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。

高頻結(jié)構(gòu)仿真器(hfss，highfrequencystructuresimulator)對三維模型的全波仿真證實，本發(fā)明一具體實施例的幅度均衡器可工作在ku、k、ka波段(12-40ghz)，呈倒鐘型傳輸特性曲線，最大均衡量達15db，回波損耗優(yōu)于16db，vswr<1.35，在4倍頻程的頻帶寬度內(nèi)取得了較好的特性，面積8×8mm²。而通過改變設(shè)計參數(shù)和增加dgs數(shù)量可以改變工作中心頻率和帶寬，其中dgs尺寸主要決定中心頻率，電阻主要決定均衡量，駐波比與諸多參數(shù)有關(guān)，通過選用匹配結(jié)構(gòu)可以顯著改善。

針對問題1，本方案在微帶線幅度均衡器中引入dgs，原因是引入dgs可以有效減小器件體積。dgs本身具非常寬的工作帶寬，若采用多級dgs能拓展帶寬；

針對問題2，本方案將吸收射頻能量的電阻設(shè)計在dgs上。dgs具有寬阻帶特性，故可以替代傳統(tǒng)的諧振器，不需要同時在信號層設(shè)計諧振枝節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便。

故本發(fā)明主要由主傳輸線、輸入輸出端口、輸入輸出匹配電路、加載電阻的dgs組成，如圖1所示。整個電路采用微帶線設(shè)計成平面電路，微波信號從50歐姆的標準微帶線輸入端口進入，經(jīng)輸入匹配電路進行阻抗變換后在主傳輸線上傳輸，主傳輸線線寬根據(jù)功率容量和其它技術(shù)指標需要確定。主傳輸線下的金屬地部分被挖空(即dgs)，導致主傳輸線分布電容和電感發(fā)生變化，這種結(jié)構(gòu)可以替代平面微帶諧振枝節(jié)的作用，具有頻率選擇特性和寬帶特性。在dgs上加載電阻，因為dgs破壞了主傳輸線在金屬地的電流，此結(jié)構(gòu)等效為電阻直接串聯(lián)在主傳輸線上，當電阻位于表面電流最大的位置時能明顯的吸收微波能量。當能量傳輸?shù)酱颂帟r，不同頻率的信號被電阻吸收量不一樣，形成倒鐘型傳輸特性曲線。之后微波信號由輸出匹配電路進行阻抗變換后，經(jīng)50歐姆的標準微帶線輸出端口輸出，輸入匹配電路和輸出匹配電路能有效地改善駐波比。在不斷地仿真調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)dgs尺寸和電阻大小能在很寬的頻率范圍內(nèi)改善駐波比，提高微帶主傳輸線線寬可以減弱引入dgs結(jié)構(gòu)造成的特性阻抗增高效應(yīng)，此方法可解決寬帶匹配的難題，故輸入輸出匹配電路不是必須有的。

優(yōu)選地，所述平面型幅度均衡器采用微帶傳輸線實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；

優(yōu)選地，所述平面型幅度均衡器介質(zhì)基片采用單層al2o3al2o3陶瓷基板，它有較大的介電常數(shù)，可以減小器件體積；

優(yōu)選地，所述輸入輸出端口采用50歐姆標準微帶線，便于與其它器件連接；

優(yōu)選地，所述dgs采用“i”型dgs，共含有兩級“i”型dgs，位于主傳輸線下。每個“i”型dgs大小相等，且主傳輸線將其分為對稱的兩部分。每個“i”型dgs都具有寬阻帶特性，且調(diào)試方便，兩級“i”型dgs可拓展帶寬；

優(yōu)選地，所述電阻采用tan薄膜電阻，加載在“i”型dgs中部(主傳輸線正下方)，兩個電阻大小根據(jù)仿真需要設(shè)定。電阻大小影響駐波比和均衡量，電阻值越大均衡量越大。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器沿圖1中a-a′方向剖視圖；

圖3是本發(fā)明中主傳輸線所在平面的示意圖；

圖4是本發(fā)明中加載電阻的dgs所在平面的示意圖；

圖5是本發(fā)明中一具體實施例s參數(shù)的hfss仿真結(jié)果；

圖6是本發(fā)明中一具體實施例的輸入駐波比的hfss仿真結(jié)果。

附圖標記說明：1、輸入端口；2、輸入匹配電路；3、“i”型dgs一；4、“i”型dgs二；5、主傳輸線；6、輸出匹配電路；7、輸出端口；8、介質(zhì)基片；9、電阻r；10、電阻r’。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明：

如圖1-4所示，本發(fā)明的基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器，包括主傳輸線5、輸入輸出端口、輸入輸出匹配電路、加載電阻的dgs。主傳輸線5是位于介質(zhì)基片8之上的微帶傳輸線。輸入輸出端口包括輸入端口1、輸出端口7，分別位于器件的輸入端和輸出端。輸入輸出匹配電路(非必要結(jié)構(gòu))包括輸入匹配電路2、輸出匹配電路6，輸入匹配電路2位于輸入端口1與主傳輸線5之間，用于改善輸入駐波比；輸出匹配電路6位于主傳輸線5與輸出端口7之間，用于改善輸出駐波比。加載電阻的dgs包括“i”型dgs一3、電阻r’10、“i”型dgs二4、電阻r9，位于主傳輸線5正下方，在介質(zhì)基片8之下?！癷”型dgs一3和“i”型dgs二4均為在微帶線金屬地層上挖的狹長縫隙，電阻r’10和電阻r9分別接在“i”型dgs一3和“i”型dgs二4上。

以下以一具體實施例對本發(fā)明一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器作詳細的說明，以進一步展示本發(fā)明的優(yōu)點：在本實施例中，整個結(jié)構(gòu)傳輸線采用微帶線，介質(zhì)基片采用單層al2o3al2o3陶瓷基板,厚度為h＝0.254mm。輸入端口1和輸出端口7微帶線線寬w0＝0.25mm，中間主傳輸線5的線寬w0＝0.65mm，長l0＝1mm。dgs采用兩級“i”型dgs，位于金屬地層?！癷”型dgs一3和“i”型缺陷地結(jié)構(gòu)二4大小一樣，且關(guān)于矩形介質(zhì)基板的兩條對稱軸對稱，縫隙長l1＝3.4mm，寬w1＝0.24mm，兩者內(nèi)側(cè)邊緣距離d＝0.85mm。電阻r’10和電阻r9采用陶瓷電阻分別接在“i”型dgs一3和“i”型dgs二4縫隙中間，連接方向與主傳輸線5上的信號傳輸方向一致，電阻值大小分別為r’＝50歐姆，r＝200歐姆?；诖私Y(jié)構(gòu)和尺寸，駐波比已經(jīng)很好，故未在信號層設(shè)計輸入匹配電路2和輸出匹配電路6。圖5-6給出了此實施例的hfss三維全波仿真結(jié)果，可以看出駐波比、回波損耗、均衡量都非常好。

值得說明的是：主傳輸線5的線寬設(shè)置得比50歐姆線更寬，能有效的改善駐波比；輸入匹配電路2和輸出匹配電路6形式多樣，可借用微波/射頻電路的匹配方法，不一定要設(shè)計在信號層，在駐波比良好的情況下也可省去輸入輸出匹配電路；加載電阻的dgs位于金屬地層，dgs可有多種，如“i”型、“c”型、啞鈴型、螺旋電感型、“h”型、“e”型、“l(fā)”型等，可混合使用，也可采用多級dgs。電阻值和放置位置因dgs而異，在滿足加工和安裝的前提下，應(yīng)使幅度均衡器性能最優(yōu)。

本發(fā)明一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器的工作過程為：微波信號從輸入端口1饋入，經(jīng)輸入匹配電路2進行阻抗變換后在主傳輸線5上傳輸。主傳輸線下的dgs(即實施例中的“i”型dgs一3和“i”型dgs二4)使主傳輸線分布電容和電感發(fā)生變化，替代了平面微帶諧振枝節(jié)的作用，具有頻率選擇特性和寬帶特性。將電阻r’10和電阻r9分別接在“i”型dgs一3和“i”型dgs二4縫隙中間，因為dgs改變了主傳輸線5在金屬地上的電流，電阻等效為直接串聯(lián)在主傳輸線5上，故整個頻段內(nèi)均衡量隨著電阻值增大而增大，剛好與傳統(tǒng)的平面型幅度均衡器相反。由仿真結(jié)果知電阻r’10和電阻r9的安放位置正好對應(yīng)25ghz信號的電壓波節(jié)點，此頻率信號表面電流最大，對應(yīng)的均衡量最大，隨著信號頻率逐漸遠離諧振中心，吸收能量也依次減弱。因為dgs的寬阻帶特性，故能在很寬頻帶內(nèi)形成倒鐘型傳輸特性曲線。微波信號由輸出匹配電路6進行阻抗變換后，經(jīng)輸出端口7輸出。

本發(fā)明提供的一種基于缺陷地結(jié)構(gòu)的超寬帶幅度均衡器，在微帶主傳輸線下的金屬地層做出dgs，將電阻直接加載在dgs上，起到了原來幅度均衡器中諧振器的作用，具有超寬帶、結(jié)構(gòu)簡單的特性。hfss對三維模型的仿真證實，該結(jié)構(gòu)可工作在12-40ghz，工作帶寬橫跨ku、k、ka波段，最大均衡量優(yōu)于15db，回波損耗優(yōu)于16db，輸入駐波比小于1.35，尺寸為8×8mm²。與現(xiàn)有的平面型幅度均衡器相比，本發(fā)明擴展了帶寬，縮小了尺寸，且結(jié)構(gòu)簡單，為寬帶小型化幅度均衡器設(shè)計提供了新方法。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)易于制作和大規(guī)模生產(chǎn)，值得在業(yè)內(nèi)推廣。

應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。