CN106207365B - 一种基于慢波结构的新型均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于慢波结构的新型均衡器，包括由下及上依次层叠的金属接地层、第一介质层、第二介质层以及金属层，第一介质层、第二介质层均设有金属化通孔，金属层包括半模基片集成波导表层金属、谐振器表层金属、第一电阻以及第二电阻，金属接地层、半模基片集成波导表层金属与金属化通孔构成半模基片集成波导结构，金属接地层、谐振器表层金属与金属化通孔构成两个四分之一模基片集成波导谐振器，模基片集成波导表层金属、谐振器表层金属通过第一电阻、第二电阻连接。本发明具有工作频段高，体积小，均衡量大，插损小的优点，特别适用于工作在大功率行波管功率增益平坦度的调节。

Description

一种基于慢波结构的新型均衡器

技术领域

本发明属于微波毫米波功率器件技术领域，具体涉及一种基于慢波结构的新型均衡器。

背景技术

增益均衡器是进行增益补偿的器件，用于解决行波管放大器的增益不平坦问题，多采用无源形式实现。均衡器是由传输线主线和连接在传输线主线的若干个谐振吸收单元构成，可按传输线形式分为微带线型、波导型和同轴线型三种。当传输线主线上传输的能量经过某个谐振吸收单元时，该谐振吸收单元将其谐振频率及附近的一部分能量耦合入谐振吸收单元内，依靠谐振吸收单元的吸收机构将能量吸收。通过调整谐振吸收单元的谐振频率、吸收机构的吸收量大小，可得到所需的均衡曲线。

基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术是近几年提出的一种可以集成于介质基片中的具有低插损低辐射等特性的新的导波结构，它是通过在上下底面为金属层的低损耗介质基片上，利用金属化通孔阵列而实现的，其目的是在介质基片上实现传统的金属波导的功能

法国格勒诺布尔理工学院的学者Alejandro在2015年前后提出了一种新型的基片集成波导慢波结构，慢波结构可以有效提高基片的等效介电常数，这种特性使其在微波无源器件的小型化上有着明显的优势。

LTCC技术是MCM中的一类多层布线基板技术，是1982年由休斯公司开发的新型材料技术。该技术使元器件间互连线变短，既缩小了封装尺寸，提高了组装密度，也解决了串扰噪声，杂散电感、杂散电容耦合以及电磁场辐射等问题。将无源器件埋置在LTCC多层互连布线基板中并通过通孔互连，可以减少寄生参量，有利于增加系统的带宽和性能。

同轴和波导形式的增益均衡器调节方便灵活，承受的功率比较大，Q值高，一般用于大功率行波管的功率均衡。其缺点在于体积大，结构复杂，机械稳定性和热稳定性差，精确设计和仿真困难，不便于系统集成。微带形式的功率均衡器属于平面传输线结构类型，可以灵活地形成电路，具有体积小、重量轻、易与固态电路集成的优点，其缺点在于随着频率升高，损耗加大，色散严重，Q值不高，难以在窄带内实现较大均衡量。而基于基片集成波导的均衡器则兼有承受功率高，Q值较高，体积小，重量轻，成本低，易与固态电路集成的优点，LTCC技术，半模及四分之一模基片集成波导以及慢波结构理论的应用，可以大幅度地缩减均衡器尺寸。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于慢波结构的新型均衡器，该均衡器可绕改善均衡器高频损耗，减小色散，提高Q值，得以在窄带内实现较大的均衡量，同时可在更高频率兼顾小型化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于慢波结构的新型均衡器，包括由下及上依次层叠的金属接地层、第一介质层、第二介质层以及金属层，所述第一介质层、第二介质层均设有金属化通孔，所述金属层包括半模基片集成波导表层金属、谐振器表层金属、第一电阻以及第二电阻，所述金属接地层、半模基片集成波导表层金属与金属化通孔构成半模基片集成波导结构，所述金属接地层、谐振器表层金属与金属化通孔构成两个四分之一模基片集成波导谐振器，所述模基片集成波导表层金属、谐振器表层金属通过所述第一电阻、第二电阻连接。所述第一电阻、第二电阻分别与两个四分之一模基片集成波导谐振器连接后依次排列在半模基片集成波导表层金属上。

优选地，所述第二介质层包括第二介质基板，以及设置于第二介质基板上部呈T型排列的第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列、第三金属化通孔阵列，设置于第一介质基板下部的第四金属化通孔阵列，所述第二金属化通孔阵列为T型竖部。

优选地，所述第一金属化通孔阵列、第三金属化通孔阵列均包括沿第二介质基板上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第二金属化通孔阵列包括垂直于第一金属化通孔阵列和第三金属化通孔阵列呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第四金属化通孔阵列沿第二介质基板下侧呈一排分布的若干个金属化通孔。

优选地，所述第一介质基板，以及设置于第一介质基板上部呈T型排列的第五金属化通孔阵列、第六金属化通孔阵列以及第七金属化通孔阵列，位于T型竖部两侧的第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列，以及由上至下依次设置于第一介质基板下部的第三金属化通孔阵列、第四金属化通孔阵列，所述第六金属化通孔阵列为T型竖部。

优选地，所述第五金属化通孔阵列、第七金属化通孔阵列均包括沿第一介质基板上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第六金属化通孔阵列垂直于第五金属化通孔阵列和第七金属化通孔阵列呈一排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板上的所述第四金属化通孔阵列包括沿第一介质基板下侧呈一排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板上的所述第三金属化通孔阵列包括呈两排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板上的所述第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列均包括呈正方形分布的若干个金属化通孔。

优选地，所述半模基片集成波导表层金属与设置于第二介质基板上的第四金属化通孔阵列、设置于第一介质基板上的第四金属化通孔阵列、设置于第一介质基板上的第三金属化通孔阵列以及金属接地层构成半模基片集成波导结构。

优选地，所述谐振器表层金属与设置于第二介质基板上的第一金属化通孔阵列、设置于第二介质基板上的第二金属化通孔阵列、设置于第一介质基板上的第一金属化通孔阵列、第五金属化通孔阵列、第六金属化通孔阵列以及金属接地层构成四分之一模基片集成波导谐振器一。

优选地，所述谐振器表层金属与设置于第二介质基板上的第二金属化通孔阵列、设置于第二介质基板上的第三金属化通孔阵列、设置于第一介质基板上的第二金属化通孔阵列、第六金属化通孔阵列、第七金属化通孔阵列以及金属接地层构成四分之一模基片集成波导谐振器二。

优选地，所述金属接地层包括虚拟金属板，呈板状。

本发明的有益效果是：在高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效，而基片集成波导有效的解决了这个问题。相较于传统微带，基片集成波导具有较小的辐射损耗，良好的色散特性。本发明提供的基于慢波结构的新型均衡器采用基片集成波导构成传输主线以及谐振单元，因此，该均衡器在高频应用中有更好的性能。同时，半模及四分之一模基片集成波导结构可大大缩小传输主线以及谐振器体积。慢波结构的应用可以使介质的等效介电常数大幅提高，在相同的体积下降低谐振频率，可以进一步减小谐振器的尺寸，实现小型化的目的。总体说来，本发明具有工作频段高，体积小，均衡量大，插损小的优点，特别适用于工作在大功率行波管功率增益平坦度的调节。

附图说明

图1是本发明基于慢波结构的新型均衡器爆炸结构示意图；

图2是本发明基于慢波结构的新型均衡器立体俯视方向结构示意图；

图3是本发明基于慢波结构的新型均衡器的信号主传输线的立体结构示意图；

图4是本发明基于慢波结构的新型均衡器的谐振器立体结构示意图。

附图标记说明：0、金属接地层；00、虚拟金属板；1、第一介质层；10、第一介质基板；11、第一金属化通孔阵列；12、第二金属化通孔阵列；13、第三金属化通孔阵列；14、第四金属化通孔阵列；15、第五金属化通孔阵列；16、第六金属化通孔阵列；17、第七金属化通孔阵列；2、第二介质层；20、第二介质基板；21、第一金属化通孔阵列；22、第二金属化通孔阵列；23、第三金属化通孔阵列；24、第四金属化通孔阵列；3、金属层；31、半模基片集成波导表层金属；32、谐振器表层金属；33、第一电阻：34、第二电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-4所示，本发明的基于慢波结构的新型均衡器的结构示意图，共四层，包括由下及上依次层叠的金属接地层0、第一介质层1、第二介质层2以及金属层3。第一介质层2、第二介质层3均设有金属化通孔。金属层3包括半模基片集成波导表层金属31、谐振器表层金属32、第一电阻33以及第二电阻34。金属接地层0、半模基片集成波导表层金属31与金属化通孔构成半模基片集成波导结构。金属接地层0、谐振器表层金属32与金属化通孔构成两个四分之一模基片集成波导谐振器。模基片集成波导表层金属31、谐振器表层金属32通过第一电阻33、第二电阻34连接。该均衡器采用基于慢波结构的四分之一模基片集成波导谐振器加载电阻构成新型陷波单元。

第一介质层1包括第一介质基板10，第一介质基板10呈板状，以及设置于第一介质基板10上部呈T型排列的第五金属化通孔阵列15、第六金属化通孔阵列16以及第七金属化通孔阵列17，位于T型竖部两侧的第一金属化通孔阵列11、第二金属化通孔阵列12，以及由上至下依次设置于第一介质基板10下部的第三金属化通孔阵列13、第四金属化通孔阵列14，第六金属化通孔阵列16为T型竖部。第五金属化通孔阵列15、第七金属化通孔阵列17均包括沿第一介质基板10上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，第六金属化通孔阵列16垂直于第五金属化通孔阵列15和第七金属化通孔阵列17呈一排分布的若干个金属化通孔，第四金属化通孔阵列14包括沿第一介质基板10下侧呈一排分布的若干个金属化通孔，第三金属化通孔阵列13包括呈两排分布的若干个金属化通孔，第一金属化通孔阵列11、第二金属化通孔阵列12均包括呈正方形分布的若干个金属化通孔。

第二介质层2包括第二介质基板20，第二介质基板20呈板状，以及设置于第二介质基板20上部呈T型排列的第一金属化通孔阵列21、第二金属化通孔阵列22、第三金属化通孔阵列23，设置于第一介质基板20上部的第四金属化通孔阵列24，第二金属化通孔阵列22为T型竖部。第一金属化通孔阵列21、第三金属化通孔阵列23均包括沿第二介质基板20上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，第二金属化通孔阵列22包括垂直于第一金属化通孔阵列21和第三金属化通孔阵列23呈一排分布的若干个金属化通孔，第四金属化通孔阵列24沿第二介质基板20下侧呈一排分布的若干个金属化通孔。

金属接地层0包括虚拟金属板00，呈板状。

如图3所示，半模基片集成波导表层金属31与第四金属化通孔阵列24、第四金属化通孔阵列14、第三金属化通孔阵列13以及金属接地层0构成半模基片集成波导结构，该半模基片集成波导结构也为该均衡器的信号主传输线结构，半模基片集成波导表层金属31为传输线主线。

如图4所示，谐振器表层金属32与第一金属化通孔阵列21、第二金属化通孔阵列22、第一金属化通孔阵列11、第五金属化通孔阵列15、第六金属化通孔阵列16以及金属接地层0构成四分之一模基片集成波导谐振器一。谐振器表层金属32与第二金属化通孔阵列22、第三金属化通孔阵列23、第二金属化通孔阵列12、第六金属化通孔阵列16、第七金属化通孔阵列17以及金属接地层0构成四分之一模基片集成波导谐振器二。第一电阻33、第二电阻34分别与四分之一模基片集成波导谐振器一、四分之一模基片集成波导谐振器一连接后依次排列在半模基片集成波导表层金属31上。

以下对本发明基于慢波结构的新型均衡器的工作过程做详细的描述，以进一步展示本发明的工作原理和优点：

能量由增益均衡器的一端流入，沿传输线主线31流动，当能量传到第一电阻33时，第一个四分之一模基片集成波导谐振器涉及标号32、21、22、11、15、16谐振频率及其附近的一部分能量通过第一电阻33，在第一个谐振器内激起电磁振荡，耦合进来的能量由电阻33吸收，非第一个谐振器谐振频率及其谐振频率附近的能量将不流过薄膜电阻33，而是继续向前行进；

当能量传到第二电阻34时，第二个四分之一模基片集成波导谐振器涉及标号32、22、23、12、16、17谐振频率及其附近的一部分能量通过电阻34，在第二个谐振器内激起电磁振荡，耦合进来的能量由电阻34吸收，非第二个谐振器谐振频率及其谐振频率附近的能量将不流过电阻34，而是继续向前行进；

最后沿传输线主线传输出来的能量可以实现在不同频率点上的不同大小的能量衰减。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：包括由下及上依次层叠的金属接地层(0)、第一介质层(1)、第二介质层(2)以及金属层(3)，所述第一介质层(1)、第二介质层(2)均设有金属化通孔，所述金属层(3)包括半模基片集成波导表层金属(31)、谐振器表层金属(32)、第一电阻(33)以及第二电阻(34)，所述金属接地层(0)、半模基片集成波导表层金属(31)与金属化通孔构成半模基片集成波导结构，所述金属接地层(0)、谐振器表层金属(32)与金属化通孔构成两个四分之一模基片集成波导谐振器，所述半 模基片集成波导表层金属(31)、谐振器表层金属(32)通过所述第一电阻(33)、第二电阻(34)连接。

2.根据权利要求1所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述第二介质层(2)包括第二介质基板(20)，以及设置于第二介质基板(20)上部呈T型排列的第一金属化通孔阵列(21)、第二金属化通孔阵列(22)、第三金属化通孔阵列(23)，设置于第二介质基板(20)下部的第四金属化通孔阵列(24)，所述第二金属化通孔阵列(22)为T型竖部。

3.根据权利要求2所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述第一金属化通孔阵列(21)、第三金属化通孔阵列(23)均包括沿第二介质基板(20)上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第二金属化通孔阵列(22)包括垂直于第一金属化通孔阵列(21)和第三金属化通孔阵列(23)呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第四金属化通孔阵列(24)沿第二介质基板(20)下侧呈一排分布的若干个金属化通孔。

4.根据权利要求2所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述第一介质层(1)包括第一介质基板(10)，以及设置于第一介质基板(10)上部呈T型排列的第五金属化通孔阵列(15)、第六金属化通孔阵列(16)以及第七金属化通孔阵列(17)，位于T型竖部两侧的第一金属化通孔阵列(11)、第二金属化通孔阵列(12)，以及由上至下依次设置于第一介质基板(10)下部的第三金属化通孔阵列(13)、第四金属化通孔阵列(14)，所述第六金属化通孔阵列(16)为T型竖部。

5.根据权利要求4所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述第五金属化通孔阵列(15)、第七金属化通孔阵列(17)均包括沿第一介质基板(10)上侧呈一排分布的若干个金属化通孔，所述第六金属化通孔阵列(16)垂直于第五金属化通孔阵列(15)和第七金属化通孔阵列(17)呈一排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板(10)上的所述第四金属化通孔阵列(14)包括沿第一介质基板(10)下侧呈一排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板(10)上的所述第三金属化通孔阵列(13)包括呈两排分布的若干个金属化通孔，设置于第一介质基板(10)上的所述第一金属化通孔阵列(11)、第二金属化通孔阵列(12)均包括呈正方形分布的若干个金属化通孔。

6.根据权利要求4所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述半模基片集成波导表层金属(31)与设置于第二介质基板(20)上的第四金属化通孔阵列(24)、设置于第一介质基板(10)上的第四金属化通孔阵列(14)、设置于第一介质基板(10)上的第三金属化通孔阵列(13)以及金属接地层(0)构成半模基片集成波导结构。

7.根据权利要求4所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述谐振器表层金属(32)与设置于第二介质基板(20)上的第一金属化通孔阵列(21)、设置于第二介质基板(20)上的第二金属化通孔阵列(22)、设置于第一介质基板(10)上的第一金属化通孔阵列(11)、第五金属化通孔阵列(15)、第六金属化通孔阵列(16)以及金属接地层(0)构成四分之一模基片集成波导谐振器一。

8.根据权利要求4所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述谐振器表层金属(32)与设置于第二介质基板(20)上的第二金属化通孔阵列(22)、设置于第二介质基板(20)上的第三金属化通孔阵列(23)、设置于第一介质基板(10)上的第二金属化通孔阵列(12)、第六金属化通孔阵列(16)、第七金属化通孔阵列(17)以及金属接地层(0)构成四分之一模基片集成波导谐振器二。

9.根据权利要求1-8任一所述的基于慢波结构的新型均衡器，其特征在于：所述金属接地层(0)包括虚拟金属板(00)，呈板状。