CN104852109B

CN104852109B - 一种双路异频信号合路输出装置、微带板

Info

Publication number: CN104852109B
Application number: CN201510191392.9A
Authority: CN
Inventors: 桑飞; 周自泉; 叶宝江; 邹文忠; 邹和平
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: CN104852109A

Abstract

本发明公开了一种双路异频信号合路输出装置、微带板。所述装置包括六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂；所述双路异频信号合路输出装置设置有两个输入端口P₁、P₂和一个输出端口P₀；二极管V₁的阳极作为输入端口P₁，二极管V₁的阳极经由电容C₂、电阻R₅接地还经由电容C₁连接输出端口P₀；二极管V₂的阳极作为输入端口P₂，二极管V₂的阳极经由电容C₄、电阻R₆接地还经由电容C₃连接输出端口P₀；电阻R₁的一端连接在电容C₁与输出端口P₀之间，电阻R₁的另一端连接在电容C₃与输出端口P₀之间的，电阻R₂～R₄并联于电阻R₁。本发明还公开根据双路异频信号合路输出装置制成的微带板。

Description

一种双路异频信号合路输出装置、微带板

技术领域

本发明涉及一种信号输出装置、及根据所述信号输出装置制作的微带板，尤其涉及微波数字组件设计、数字组件测试系统及系统搭建过程中使用的一种双路异频信号合路输出装置、及根据所述双路异频信号合路输出装置制作的微带板。

背景技术

随着电子技术的发展，微波数字组件的集成度也越来越高，提高微波数字组件的稳定性显得急迫而必要。特别是光钎通信技术在微波数字组件上的应用，大大减少微波数字组件对外物理连接，提高微波数字组件通讯的稳定性，简化了微波组件设计。

现在微波数字组件对外物理连接接口只有光钎、直流电压线缆、本振时钟高频信号电缆。微波数字组件对外物理连接接口中有时需要2-4路高频信号电缆。如此多的高频连接电缆，增加了微波数字组件在整机上装配的难度，影响发射机内的质量稳定性；如果一部大型相控振雷达上，每个组件节约一根电缆就可以节约上百万元的成本。小信号多路异频合路传输技术可以减少微波数字组件对外物理连接端口。提高产品质量的稳定性。现在多用合成器实现异频信号合路传输，它存在以下缺点：无法实现电路的匹配、增加电路的损耗；同时一路信号会干扰另一路的信号源，会使信号源或本振接收逆向传输过来的异频微波信号，严重的会烧坏信号源，逆向传输过来的异频微波信号形成驻波，容易使信号振荡，增加微波组件的调试难度。

发明内容

针对优化微波数字组件设计，减少组件对外物理连接端口数量，节约本振信号与发射系统连接的电缆，本发明提供一种双路异频信号合路输出装置、及根据所述双路异频信号合路输出装置制作的微带板。本发明根据Wilkinson的工作原理制作微带电路，设计双路异频信号合路传输装置。本发明可以把两路异频微波信号经过微带合路后实现一个端口输出，也就是一个电缆同时传输两个频率的微波信号。本发明减少微波数字组件对外的物理连接端口，节约射频电缆的使用，提高产品的稳定性发挥着重要的作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种双路异频信号合路输出装置，其包括六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂；所述双路异频信号合路输出装置设置有两个输入端口P₁、P₂和一个输出端口P₀；二极管V₁的阳极作为输入端口P₁，二极管V₁的阳极经由电容C₂、电阻R₅接地还经由电容C₁连接输出端口P₀；二极管V₂的阳极作为输入端口P₂，二极管V₂的阳极经由电容C₄、电阻R₆接地还经由电容C₃连接输出端口P₀；电阻R₁的一端连接在电容C₁与输出端口P₀之间，电阻R₁的另一端连接在电容C₃与输出端口P₀之间的，电阻R₂～R₄并联于电阻R₁。

作为上述方案的进一步改进，六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂制作在一个微带板上，在所述微带板中，电阻R₁～R₄依次并联居中，从两个输入端口P₁、P₂分别到输出端口P₀的微带线为依次递增的阶梯状且以并联居中的电阻R₁～R₄为中心线对称布局。

进一步地，输出端口P₀到电阻R₁的微带线长度L₁是3GHZ频率波长λ₁的四分之一，即：L₁＝(λ₁/4)＝2.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₂是2GHZ频率波长λ₂的四分之一，即：L₂＝(λ₂/4)＝3.75CM；输出端口P₀到电阻R₃的微带线长度L₃是1GHZ频率波长λ₃的四分之一，即：L₃＝(λ₃/4)＝7.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₄是0.5GHZ频率波长λ₄的四分之一，即：L₄＝(λ₄/4)＝15CM。

进一步地，微带板的导带与微带板的基体之间的结合力不低于微带板的接地铜箔与微带板的基体之间的结合力，微带板的导带驻波小于1.2。

作为上述方案的进一步改进，两个输入端口P₁、P₂分别和输出端口P₀的端口阻抗Z₀都是50欧姆负载匹配。

作为上述方案的进一步改进，两个二极管V₁～V₂的工作带宽不小于P-S波段、反向隔离度不小于12dB、插入损耗小于0.2dB。进一步地，两个二极管V₁～V₂均为硅大功率微带型PIN二极管。

本发明还提供一种微带板，其根据上述双路异频信号合路输出装置制成，所述双路异频信号合路输出装置的六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂制作在所述微带板上，其特征在于：在所述微带板中，电阻R₁～R₄依次并联居中，从两个输入端口P₁、P₂分别到输出端口P₀的微带线为依次递增的阶梯状且以并联居中的电阻R₁～R₄为中心线对称布局。

作为上述方案的进一步改进，输出端口P₀到电阻R₁的微带线长度L₁是3GHZ频率波长λ₁的四分之一，即：L₁＝(λ₁/4)＝2.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₂是2GHZ频率波长λ₂的四分之一，即：L₂＝(λ₂/4)＝3.75CM；输出端口P₀到电阻R₃的微带线长度L₃是1GHZ频率波长λ₃的四分之一，即：L₃＝(λ₃/4)＝7.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₄是0.5GHZ频率波长λ₄的四分之一，即：L₄＝(λ₄/4)＝15CM。

作为上述方案的进一步改进，微带板采用若干螺钉组固定到金属盒体里面，，金属盒体上固定有金属盖板。

本发明可以实现两路异频信号的合路输出，可以减少微波收发组件对外连接端口，减少雷达发射系统电缆使用。增加微波收发组件及测试系统的稳定性。本装置属于无源器件、结构简单、使用方便，同时工作频率可以在P-S波段内任意两路信号的合路传输，这个波段可以覆盖大部分微波组件测试系统的时钟和本振信号。此外本发明还可以用作在P-S波段内两路大功率(可以达到百瓦级别的量级)同频信号的合成。

附图说明

图1为本发明双路异频信号合路输出装置的微带板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明能够实现，P-S波段(50MHz-3.5GHz)带宽内实现双路异频(异频：就是在50MHz-3.5GHz频段之间任意两路不同频率的微波信号)信号合路传输。它有一些优点：能使电路实现匹配，增加微波信号的传输效率，不会恶化微波信号的杂散、信噪比等电讯指标；同时它能减少微波数字组件对外物理端口连接，提高产品的稳定性发挥着重要的作用。本发明可以用在数字微波组件的设计、测试系统搭建、测试工装的设计等项目中。同时本装置属于无源组件性能稳定、结构简单、便于携带、应用范围广泛等特点。

本发明利用Wilkinson电路设计的原理，设计带状线结构分布参数的宽带(P-S波段)功率合路微带电路(见图1)。本发明是一个宽带两路异频微波信号的合路传输装置，它有下面两个用途：㈠实现两路异频功率的合路传输功能，可以实现输入端口P₁、P₂两路异频信号合路后从输出端口P₀的功能；㈡两路同频(同频：两路微波信号的频率是相同的)信号的合成输出功能，可以实现输入端口P₁、P₂两路功率信号在P-S任意频段内的同频信号合成后从输出端口P₀的功能。同时本装置属于无源器件，性能稳定，用途广泛等特点。

本发明的双路异频信号合路输出装置包括六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂。双路异频信号合路输出装置设置有两个输入端口P₁、P ₂和一个输出端口P₀。二极管V₁的阳极作为输入端口P₁，二极管V₁的阳极经由电容C₂、电阻R₅接地还经由电容C₁连接输出端口P₀。二极管V₂的阳极作为输入端口P₂，二极管V₂的阳极经由电容C₄、电阻R₆接地还经由电容C₃连接输出端口P₀。电阻R₁的一端连接在电容C₁与输出端口P₀之间，电阻R₁的另一端连接在电容C₃与输出端口P₀之间的，电阻R₂～R₄并联于电阻R₁。

六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂制作在一个微带板上，在所述微带板中，电阻R₁～R₄依次并联居中，从两个输入端口P₁、P₂分别到输出端口P₀的微带线为依次递增的阶梯状且以并联居中的电阻R₁～R₄为中心线对称布局。

微带板的设计带状线结构1︰2宽带(P-S)功率合路微带电路(见图1)，微带线四个渐变线的长度要求如下：①微带线长度L₁是3GH_Z频率波长λ₁的四分之一即：(λ₁/4)＝2.5CM；②微带线长度L₂是2GH_Z频率波长λ₂的四分之一即：(λ₂/4)＝3.75CM；③微带线长度L₃是1GH_Z频率波长λ₃的四分之一即：(λ₃/4)＝7.5CM；④微带线长度L₄是0.5GH_Z频率波长λ₄的四分之一即：(λ₄/4)＝15CM。

微带板具有采用金属化孔接地的微带区域，也就是此微带线是接地。下面结合微带电路原理图(图1)来叙述原理：双路异频信号合路传输装置的输入输出3个端口P₀～P₂的端口阻抗Z₀都是50欧姆负载匹配。图1中四个功率电阻R₁、R₂、R₃、R₄为输入端口信号的隔离和信号失配情况下吸收功率，阻值为100欧姆。图1中二极管V₁、V₂是两只硅大功率微带型PIN二极管(下文简称微波二极管)，其特点是用微带封装，分布参数小，可靠性高，可以工作在P-Ku(Ku波段：12GH_Z-18GH_Z)波段。它的功能是对于微波信号正向导通，反向隔离，所以微波二极管的串联隔离度和串联损耗是两个关键指标。设计过程中可以根据器件的技术指标，利用下面两个公式，把这两个指标计算出来：

公式1:公式2:

正常情况下只要知道一只微波二极管的正向微分电阻Rs和反偏电容Cr，就可以根据上面的两个公式计算出微波二极管的串联插入损耗和串联隔离度。微波二极管就是对微波信号正向导通，反向隔离的作用，防止其它路的信号对本路信号源干扰，保护信号源被反向信号损坏，正常情况下，微波二极管的正向损耗小于0.2dB，反向隔离要大于12dB(整个工作带宽内)。图1中电容C₁、C₃是两个容值是0.1uF的电容是隔离直流信号，通高频信号。微波二极管在工作时，会伴随着检波出毫伏级别的直流电压，所以用此电容进行隔离，防止直流电压损坏微波仪表或测试装置。图1中电容C₂、电阻R₅和电容C₄、电阻R₆分别对高次谐波进行滤波，防止本发明的腔体内产生的高次谐波，电容C₂、电容C₄为1.5pF贴片电容，电阻R₅、电阻R₆为50欧姆的贴片电阻。

具体的工作原理为：当输入端口P₂输入一个S波段微波信号P₂₂，那么输出端口P₀输出的功率P₀₂＝0.5P₂₂，当从输入端口P₁输入一个P波段的微波信号P₁₁，那么输出端口P₀输出的功率P₀₁＝0.5P₁₁；理想情况下从输入端口P₁、P₂两个端口输入信号，输出端口P₀输出时都存在3dB的损耗，也就是10log(P₀₁/P₁₁)＝10log(P₀₂/P₂₂)＝-3dB。

当输入端口P₁、P₂两个端口同时输入两路异频微波信号P₁₁、P₂₂时，那么输出端口P₀输出的功率P₀₀＝0.5P₁₁+0.5P₂₂，如果把本发明当作一个合成器来使用可以实现百瓦功率级别的合成，而且是一个宽带小损耗的合成器，这也是本发明设计时一个附带的优点。

把1个微带板(宽带P-S波段内1︰2合路器)、4只100欧姆电阻、25颗Φ2.5*8不锈钢圆头螺钉、25颗Φ2.5不锈钢弹垫、25颗Φ2.5不锈钢平垫，6颗Φ2.5*6不锈钢沉头螺钉、6颗Φ2.5*6不锈钢弹垫，2只微波二极管，设计初始为了使微波二极管对反向功率输入具有很好的隔离作用，对比了其他厂家的微波二极管，选择了成都亚光厂生产的2K626微波二极管,该微波二极管具有带宽可以达到P-Ku、通过公式计算理论上反向隔离能够达到14dB、插入损耗只有0.1dB，在设计过程中只要对比带宽、正向微分电阻、和反偏电容，通过上面的两个公式计算，选择满足指标要求的微波二极管；2只尺寸为0805指标为50V-0.1uF隔直电容(C₁、C₃)，2只尺寸为0805指标为50V-1.5pF滤波电容(C₂、C₄)，2只尺寸为0805指标为50V-50Ω电阻(R₅、R₆)，1个金属盖板、1个金属盒体。然后根据结构图和原理图把零件安装在盒体上，即是1︰2双路异频信号合路输出装置。

故，本发明的工作原理：一、如果从输入端口P₁输入S波段微波信号P₁₁，此功率经过合路器理论上有0.5P₁₁的功率经过输出端口P₀输出，另外0.5P₁₁的功率向输入端口P₂的方向传输，经过微波二极管V₂的隔离阻断后，微波信号在V₂至合路输出端之间的微带电路上形成驻波，微波信号在此过程中被电阻R₁、R₂、R₃、R₄吸收。二、如果从输入端口P₂输入P波段微波信号P₂₂，此功率经过合路器理论上有0.5P₂₂的功率经过输出端口P₀输出，另外0.5P₂₂的功率向输入端口P₁的方向传输，经过微波二极管V₁的隔离阻断后，微波信号在V₁至合路输出端的微带电路上形成驻波，微波信号在此过程中被电阻R₁、R₂、R₃、R₄吸收。所以当两端口同时从输入端口P₁输入S波段的微波信号P₁₁、从输入端口P₂输入P波段的微波信号P₂₂，那么输出端口P₀输出功率P₀₀＝0.5(P₁₁+P₂₂)，这个过程就是实现P-S波段内任意两路异频信号合路传输的工作原理。从上面的理论分析中可以看出，在P-S波段内实现任意两路异频信号合路传输效率不高，每路信号的合路输出后存在3.5dB的损耗，所以用在小功率毫瓦级别(功率小于1W)的信号合路传输，这样的功率容量已经满足现在合路传输的技术要求。这就实现一根电缆同时传输两个异频微波信号的工作原理。在实际的使用和测试过程中，本装置用作两路异频信号合路传输带宽完全达到10MH_Z-3.8GH_Z，这个频段完全可以覆盖常规微波组件的时钟和本振信号。

同时本发明还有一个重要的功能：就是在P-S(50MH_Z-3.5GH_Z)频率范围内可以实现两路同频微波信号的合成输出，功率容量可以达到百瓦级别，而且合成效率很高，整个装置也只有0.5dB的损耗。

以上内容是结合具体的电路图对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单替换和变更，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims

1.一种双路异频信号合路输出装置，其包括六个电阻R₁～R₆，所述双路异频信号合路输出装置设置有两个输入端口P₁、P₂和一个输出端口P₀，电阻R₂～R₄并联于电阻R₁；其特征在于：所述双路异频信号合路输出装置还包括四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂；二极管V₁的阳极作为输入端口P₁，二极管V₁的阳极经由电容C₂、电阻R₅接地还经由电容C₁连接输出端口P₀；二极管V₂的阳极作为输入端口P₂，二极管V₂的阳极经由电容C₄、电阻R₆接地还经由电容C₃连接输出端口P₀；电阻R₁的一端连接在电容C₁与输出端口P₀之间，电阻R₁的另一端连接在电容C₃与输出端口P₀之间。

2.根据权利要求1所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂制作在一个微带板上，在所述微带板中，电阻R₁～R₄依次并联居中，从两个输入端口P₁、P₂分别到输出端口P₀的微带线为依次递增的阶梯状且以并联居中的电阻R₁～R₄为中心线对称布局。

3.根据权利要求2所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：输出端口P₀到电阻R₁的微带线长度L₁是3GHZ频率波长λ₁的四分之一，即：L₁＝(λ₁/4)＝2.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₂是2GHZ频率波长λ₂的四分之一，即：L₂＝(λ₂/4)＝3.75CM；输出端口P₀到电阻R₃的微带线长度L₃是1GHZ频率波长λ₃的四分之一，即：L₃＝(λ₃/4)＝7.5CM；输出端口P₀到电阻R₄的微带线长度L₄是0.5GHZ频率波长λ₄的四分之一，即：L₄＝(λ₄/4)＝15CM。

4.根据权利要求2所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：微带板的导带与微带板的基体之间的结合力不低于微带板的接地铜箔与微带板的基体之间的结合力，微带板的导带驻波小于1.2。

5.根据权利要求1所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：两个输入端口P₁、P₂分别和输出端口P₀的端口阻抗Z₀都是50欧姆负载匹配。

6.根据权利要求1所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：两个二极管V₁～V₂的工作带宽不小于P-S波段、反向隔离度不小于12dB、插入损耗小于0.2dB。

7.根据权利要求6所述的双路异频信号合路输出装置，其特征在于：两个二极管V₁～V₂均为硅大功率微带型PIN二极管。

8.一种微带板，其根据权利要求1所述的双路异频信号合路输出装置制成，所述双路异频信号合路输出装置的六个电阻R₁～R₆、四个电容C₁～C₄、两个二极管V₁～V₂制作在所述微带板上，其特征在于：在所述微带板中，电阻R₁～R₄依次并联居中，从两个输入端口P₁、P₂分别到输出端口P₀的微带线为依次递增的阶梯状且以并联居中的电阻R₁～R₄为中心线对称布局。

9.根据权利要求8所述的微带板，其特征在于：输出端口P₀到电阻R₁的微带线长度L₁是3GHZ频率波长λ₁的四分之一，即：L₁＝(λ₁/4)＝2.5CM；输出端口P₀到电阻R₂的微带线长度L₂是2GHZ频率波长λ₂的四分之一，即：L₂＝(λ₂/4)＝3.75CM；输出端口P₀到电阻R₃的微带线长度L₃是1GHZ频率波长λ₃的四分之一，即：L₃＝(λ₃/4)＝7.5CM；输出端口P₀到电阻R₄的微带线长度L₄是0.5GHZ频率波长λ₄的四分之一，即：L₄＝(λ₄/4)＝15CM。

10.根据权利要求8所述的微带板，其特征在于：微带板采用若干螺钉组固定到金属盒体里面，金属盒体上固定有金属盖板。