CN107732393B - 一种端口电流幅度可变式功分器及其天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端口电流幅度可变式功分器及其天线，包括基板以及载体板，所述基板可沿着第一轴线滑动地安装于所述载体板内所述基板上设置有第一输入微带线路、第一输出微带线路、第二输出微带线路、第一分支微带线路以及第二分支微带线路；所述载体板上设置有第一调节微带线路，通过沿着所述第一轴线方向滑动所述基板从而使得所述第一调节微带线路与所述第一分支微带线路的重叠宽度可调。本发明中载体板移动后，可调整功分器输入阻抗及其各个输出端口的功率幅度和相位，使用过程中可改变微带线宽和连接具有不同负载阻抗的天线结构。使用本发明的端口电流幅度可变式功分器制作的天线，可增强天线波束等指标调整的灵活性。

Description

一种端口电流幅度可变式功分器及其天线

技术领域

本发明涉及射频器件技术领域，尤其涉及一种端口电流幅度可变式功分器和使用该端口电流幅度可变式功分器的天线。

背景技术

功分器全称功率分配器，英文名Power divider，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为一分二（一个输入两个输出）、一分三（一个输入三个输出）等。功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、幅度平衡度，相位平衡度，功率容量和频带宽度等。现有技术中存在两种微带功分器，即微带分支线定向耦合器和Wilkinson功分器，二者在实际使用时由于受其设计理念的影响存在以下技术问题：微带功分器的输入阻抗由尺寸所定，难以调整，工作效率低下；微带功分各个输出端口的功率幅度和相位固定，不可调整，难以满足天线辐射特性等产品预期要求。

因此现有射频器件技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端口电流幅度可变式功分器，旨在解决现有微带功分器输入阻抗不可调和微带功分器各个输出端口的功率幅度和相位固定不可调的技术问题。

本发明所设计的技术方案如下：一种端口电流幅度可变式功分器，其中，包括基板以及载体板，所述基板可沿着第一轴线滑动地安装于所述载体板内；

所述基板上设置有第一输入微带线路、第一输出微带线路、第二输出微带线路、第一分支微带线路以及第二分支微带线路，所述第一分支微带线路与所述第二分支微带线路相互平行式设置，所述第一分支微带线路和所述第二分支微带线路的延伸方向均与所述第一轴线方向垂直；所述第一输入微带线路、所述第一分支微带线路以及所述第一输出微带线路依次连接，所述第一输入微带线路、所述第二分支微带线路以及所述第二输出微带线路依次连接；

所述载体板上设置有第一调节微带线路，所述第一调节微带线路的延伸方向与所述第一轴线方向垂直；通过沿着所述第一轴线方向滑动所述基板从而使得所述第一调节微带线路与所述第一分支微带线路的重叠宽度可调。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述第一调节微带线路包括至少两条相互平行设置的铜片，所述铜片之间设置有间隙，所述铜片的延伸方向与所述第一轴线方向垂直。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述基板上还设置有第三输出微带线路、第四输出微带线路、第三分支微带线路和第四分支微带线路，第三分支微带线路与第四分支微带线路相互平行式设置，所述第三分支微带线路和所述第四分支微带线路的延伸方向均与所述第一轴线方向垂直；所述第一输入微带线路、所述第三分支微带线路以及所述第三输出微带线路依次连接，所述第一输入微带线路、所述第四分支微带线路以及所述第四输出微带线路依次连接；所述基板反面设置有覆铜层。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述载体板外壁设置有凹槽，所述凹槽贯穿于所述载体板内部，所述基板移动式设置在所述凹槽内，所述第一调节微带线路设置在所述凹槽内。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，还包括第一金属外壳，所述第一金属外壳侧面开孔，所述基板和所述载体板均水平式悬置在所述第一金属外壳内。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述基板和所述载体板均为PCB材料底板。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述载体板为PCB材料底板。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述基板表面设置有卡条和多个凹形台阶位，所述载体板内壁设置有滑槽和多个限位柱，所述卡条与所述滑槽卡合式连接，多个所述限位柱平行设置在所述第一调节微带线路一侧，多个所述限位柱沿所述第一轴线方向设置，所述凹形台阶位沿所述第一轴线方向设置，所述限位柱底部与所述凹形台阶位接触后用于实现所述第一调节微带线相对于所述第一分支微带线的重叠宽度的精确调节。

所述的端口电流幅度可变式功分器，其中，所述第一金属外壳上设置有螺旋推杆结构，所述螺旋推杆结构与所述外壳螺纹连接，所述螺旋推杆结构上设置有刻度盘，所述螺旋推杆结构一端与所述载体板连接，所述螺旋推杆结构另一端设置在所述外壳外部。

一种天线，使用所述的端口电流幅度可变式功分器，所述天线的辐射单元与所述基板电连接。

本发明的有益效果：本发明提出一种端口电流幅度可变式功分器，可调整微带功分器输入阻抗和微带功分器各个输出端口的功率分配和相位，通过改变微带线宽， 可实现传统的微带功分器结构在幅度调整等方面达不到的技术效果， 增强天线波束等指标调整的灵活性。

附图说明

图1是本发明的组合结构示意图。

图2是本发明中载体板结构示意图。

图3是本发明中基板结构示意图。

图4是本发明中载体板工作原理示意图。

图5是本发明中载体板未移动时阻抗匹配检测实验曲线图。

图6是本发明中载体板未移动时端口间相位差检测实验曲线图。

图7是本发明中基板与载体板工作原理结构示意图。

图8是本发明中载体板移动后阻抗匹配检测实验曲线图。

图9是本发明中载体板移动后端口间相位差检测实验曲线图。

图10是本发明载体板移动后端口间幅度变化检测实验曲线图。

图11是本发明中载体板未移动时功分器上天线工作效果示意图。

图12是本发明中载体板移动后功分器上天线工作效果示意图。

图13是本发明中实施例2结构示意图。

图14是本发明中实施例3结构示意图。

图15是本发明中限位柱剖面结构示意图。

图中标号：1、基板；2、载体板；3、第一输入微带线路；4、第一输出微带线路；5、第二输出微带线路；6、第一分支微带线路；7、第二分支微带线路；8、螺旋推杆结构；9、铜片；10、第三输出微带线路；11、第四输出微带线路；12、第三分支微带线路；13、第四分支微带线路；14、凹槽；15、PCB材料底板；16、限位柱；17、凹形台阶位。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

本文围绕现有技术中的微带分支线定向耦合器和Wilkinson功分器等结构的使用局限性，即以上结构受传统微带功分器设计理念的影响，导致微带功分器的输入阻抗由尺寸所定，难以调整；微带功分器各个输出端口的功率幅度和相位固定，不可调整。本发明为了解决上述问题，提供一种端口电流幅度可变式功分器，参见图1和图2，包括基板1和载体板2，实际使用中，还包括与基板1电连接的信源（图中未画出），信源将电流选频滤波和放大后再输送至基板1内。基板1移动式设置在载体板2内，使用过程中可改变微带线宽和用于匹配不同负载阻抗的天线，可调整微带功分器输入阻抗和微带功分器各个输出端口的功率幅度和相位， 可实现传统的微带功分器结构达不到的技术效果，增强天线波束等指标调整的灵活性。

以下结合实施例对本发明的结构进行更加详细的说明。

实施例1

参见图2，本实施例中，基板1可沿着第一轴线（如图4所示，本实施例中第一轴线为X轴，第一轴线方向即为X轴方向）滑动地安装于载体板2内。基板1上设置有第一输入微带线路3、第一输出微带线路4、第二输出微带线路5、第一分支微带线路6以及第二分支微带线路7，第一分支微带线路6与第二分支微带线路7相互平行式设置，第一分支微带线路6和第二分支微带线路7的延伸方向均与第一轴线方向垂直；第一输入微带线路3、第一分支微带线路6以及第一输出微带线路4依次连接，第一输入微带线路3、第二分支微带线路7以及第二输出微带线路5依次连接。在进一步的实施例中，载体板2上设置有第一调节微带线路，第一调节微带线路的延伸方向与第一轴线方向垂直；载体板2沿着第一轴线方向滑动从而使得第一调节微带线路与第一分支微带线路6的重叠宽度可调。

本实施例中，图2所示，本结构中第一调节微带线路包括至少两片相互平行设置的铜片9，铜片9之间设置有间隙，铜片9的延伸方向与第一轴线方向垂直。在进一步的实施例中，基板1上还设置有第三输出微带线路10、第四输出微带线路11、第三分支微带线路12和第四分支微带线路13，第三分支微带线路12与第四分支微带线路13相互平行式设置，第三分支微带线路12和第四分支微带线路13的延伸方向均与第一轴线方向垂直；第一输入微带线路3、第三分支微带线路12以及第三输出微带线路10依次连接，第一输入微带线路3、第四分支微带线路13以及第四输出微带线路11依次连接；基板1反面设置有覆铜层（图中未标出）。四片铜片9以对应于基板1表面的四条分支微带线路而布置。

本实施例中，载体板2外壁设置有凹槽14，凹槽14贯穿于载体板2内部，基板1移动式设置在凹槽14内，第一调节微带线路8设置在凹槽14内。

在进一步的实施例中，基板1和载体板2均为PCB材料底板15 。第一输入微带线路3设置在基板1中间部分，第一输入微带线路3接收供电站发出的射频电流并将电流分流至各输出微带线路。

本实用例中， 基板1表面设置有卡条（图中未画出）和多个凹形台阶位17（如图15所示），载体板2内壁设置有滑槽（图中未画出）和多个限位柱16，限位柱16外包裹绝缘层（图中未画出），卡条与滑槽卡合式连接，多个限位柱16平行设置在第一调节微带线路8一侧，限位柱16沿第一轴线方向设置，凹形台阶位17沿第一轴线方向设置。实际应用中，使用者需将基板通过螺钉结构（图中未画出）穿过螺钉安装孔固定至天线结构（图中未画出）指定位置上，然后可手动调节载体板2与基板1的相对位置；限位柱16可使用软质材料加工制作。具体的，设置卡条与滑槽卡合式连接为增强载体板2移动过程中的稳定性，防止水平移动过程中发生偏移而导致基板1表面各微带线路与铜片9间的接触不良现象，影响功率输出和使用效果。当沿直线移动载体板2时，限位柱16随之移动，当限位柱16移动至凹形台阶位17时，限位柱16卡位至凹形台阶位17底部，用于实现如图7所示的第一调节微带线路相对于第一分支微带线路6的精准接触和位置限定调节的技术效果。当人手用力移动载体板2时，亦可使软质限位柱16受力变形后从凹形台阶位17中移出，为方便限位柱16移出，可将凹形台阶位17设置成具有一定倾斜度和凹形深度的“盘”型即可。

根据上述实施例1中内容，本文提供上述结构与天线（的组合结构可行性实验以对上述结构做进一步解释说明：实际应用中，各微带线路亦为一层很薄的铜材料层，该技术手段是本领域技术人员的公知常识，且基板上的微带线路与载体板上的铜片之间需要相互接触式才能实现功分器的作用。基板1材料为FR4,介电常数为4.4；载体板2材料同为介电常数为4.4的FR4；本结构的工作频段为1.3GHZ至1.7GHZ，基板1的微带线路总长约半个波长。

如图3所示，该基板1上的第一输入微带线路3线宽取中心频段1500mhz匹配50欧姆的微带宽度，参照微带走线公式：(microstrip)Z={87/[sqrt(Er+1.41)]}ln[5.98H/(0.8W+T)]，其中，W为微带线宽，T为走线的铜皮厚度，H为走线到参考平面的距离，Er是PCB板材质的介电常数(dielectric constant)。此公式必须在0.1<(W/H)<2.0及1<(Er)<15的情况才能应用。铜材料层厚度取1OZ,基板1和载体板2由于使用PCB材料制作，所以本实施例中二者厚度取值为1mm为常规设置。根据此公式可以计算出第一输入微带线路4处的微带线宽为1.87mm。考虑到各输出微带线路外连接的天线结构的阻抗为25欧姆，则各分支微带线路自身阻抗应至少设置为35欧姆，根据35= sqrt(25+50)而来。对此基板1进行电气性能检查，考察此基板1回波反射的大小，可用S11或者VSWR去考察，由公式RL=20*log10[(VSWR+1)/(VSWR-1)可知S11与VSWR差别只为衡量数值归类化程度不同，都为表征与50欧姆离散程度的不同数值呈现方法。如图5所示，该图反应的是基板1的输出微带线路外接天线辐射单元后，检测基板1与载体板2阻抗匹配情况而做的仿真实验数据，可知该驻波为1.4以下，能满足仿真需求。借用射频仿真软件ADS,如图6所示，该图表示的是载体板2移动前第一输入微带线路3到第一输出微带线路4的相位与第一输入微带线路3到第二输出微带线路5的相位相减的差值，该相位差范围在3.5度以内，其中当相位差最大为1700mhz频点，为3.5度。载体板2上铜片9线宽取值为中心频点1500mhz在35欧姆阻抗情况下的线宽。

从图7与图1相比可看出，载体板2水平移动后，第一分支微带线路6和第三输出微带线路10被设置于铜片9之间，且铜片9分别与第一分支微带线路6和第三输出微带线路10相互接触，使这两路的线宽出现了改变，如图8所示，该图反应的是本结构中基板1与载体板2相对移动后出现的阻抗匹配情况。当载体板2移动到图7的位置时达到了最大线宽，铜片9与第一分支微带线路6共同形成多条电流通路，可使该处电流强度变为原来的3倍，使预期电流通路的 电流的强度增强 。

由于载体板2移动过程为原始状态到图7状态的变化，现在只考察图七结构的电气指标， hfss软件仿真结果 没有出现严重失配的情况，借助ADS软件对此时第一输出微带线路4和第二输出微带线路5的幅度和相位进行考察，如图9所示，第一输入微带线路3到第一输出微带线路4的相位与第一输入微带线路3到二输出微带线路5的相位相减的差值最大为5度，相比起载体板2没有移动时的3.5度，只相差了1.5度的变化，此变化能在接受的范围以内；继续考察移动后各端口的幅度情况，从图10中，取1700mhz频段的S参数做参考，参考公式Sin=10log（P1/P2），其中P1为各输出微带线路输出功率，P2为对第一输入微带线路3输出总功率, LOG取对数10，第一输出微带线路4与第二输出微带线路5幅度比值为1:2.9，约为1比3(各幅度检测和相位差检测图中的m字头编号为自定义编号，例如：m1和m2用于表示对相位差的检测，m3和m4用于表示对端口幅度变化值的检测)；借用电磁波仿真软件HFSS，当该载体板2在没有移动前接入终端天线时形成了一个半功率波束宽度为9.9度的方向图，如图11所示。当载体板2移动到最大位置时，如图12所示，其半功率角增大到12.4度，其方向图副瓣得到很大的改善。综上所述，从图11和图12可以看出，组阵的天线方向出现明显变化，其副瓣得到很好的压制，半功率角也变宽；由于微带线宽出现可变的技术效果，基板1的输入端口（即第一输入微带线路3）阻抗也随之发生变化，可用于匹配不同负载阻抗的天线。

实施例2

本实施例的基板1与载体板2结构跟实施例1的基本相同，不同的是，参见图13，还包括第一金属外壳17，第一金属外壳17侧面开孔，基板1和载体板2水平式悬置在第一金属外壳17内。上述悬置结构是射频信号传输技术中的方式之一。

实施例1中的结构为开放式传输系统，实施例2中基板1反面未设置覆铜层，而使用第一金属外壳17代替覆铜层的功能该实施例的好处在于第一金属外壳17为基板1与载体板2的相互作用提供稳定的磁场范围，保护基板1与载体板2不受外界因素干扰，可将本结构适用于多种环境下进行工作。实际应用中，可将基板1悬空式卡装（图中未画出卡装结构）或通过螺钉（图中未画出）固定于第一金属外壳17内，再将载体板2进行移动。

实施例3

本实施例的基板与载体板结构跟实施例1的基本相同，不同的是，参见图14，基板1和载体板2水平式悬置在第一金属外壳17内。基板只包括各个微带线路，可看做是整块金属结构，与实施例1和2相比少了PCB材料底板15。基板1为整块金属结构，与第一金属外壳17共同构成功分器结构。全金属结构增加了基板1与载体板2工作时容许的功率容量，配合相互移动式的工作方式，提高本结构使用安全性的同时，大大增强增强了使用效率。实际应用中，可将基板1悬空式卡装（图中未画出卡装结构）在第一金属外壳17内，再将载体板2进行移动。

在进一步的实施例中，是实施例2和是实施例3中所提到的第一金属外壳17上设置有螺旋推杆结构8，螺旋推杆结构8与第一金属外壳17螺纹连接，螺旋推杆结构8上设置有刻度盘（图中未画出），螺旋推杆结构8一端朝向载体板2一侧，螺旋推杆结构8另一端设置在第一金属外壳17外部。设置带刻度盘的螺旋推杆结构8用于按照刻度盘的刻度数，使用者将螺旋推杆结构8旋进至第一金属外壳17内部，以用来推动载体板2的移动，实现载体板2铜片9与基板1上各分支微带线路精准重叠调节的技术目的。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，对本发明中的各组分的常见/惯用的替换等，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，包括基板以及载体板，所述基板可沿着第一轴线方向滑动地安装于所述载体板内；

所述基板上设置有第一输入微带线路、第一输出微带线路、第二输出微带线路、第一分支微带线路以及第二分支微带线路，所述第一分支微带线路与所述第二分支微带线路相互平行式设置，所述第一分支微带线路和所述第二分支微带线路的延伸方向均与所述第一轴线方向垂直；所述第一输入微带线路、所述第一分支微带线路以及所述第一输出微带线路依次连接，所述第一输入微带线路、所述第二分支微带线路以及所述第二输出微带线路依次连接；

所述载体板上设置有第一调节微带线路，所述第一调节微带线路的延伸方向与所述第一轴线方向垂直；通过沿着所述第一轴线方向滑动所述基板从而使得所述第一调节微带线路与所述第一分支微带线路的重叠宽度可调。

2.根据权利要求1所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述第一调节微带线路包括至少两条相互平行设置的铜片，所述铜片之间设置有间隙，所述铜片的延伸方向与所述第一轴线方向垂直。

3.根据权利要求2所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述基板上还设置有第三输出微带线路、第四输出微带线路、第三分支微带线路和第四分支微带线路，第三分支微带线路与第四分支微带线路相互平行式设置，所述第三分支微带线路和所述第四分支微带线路的延伸方向均与所述第一轴线方向垂直；所述第一输入微带线路、所述第三分支微带线路以及所述第三输出微带线路依次连接，所述第一输入微带线路、所述第四分支微带线路以及所述第四输出微带线路依次连接；所述基板反面设置有覆铜层。

4.根据权利要求1所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述载体板外壁设置有凹槽，所述凹槽贯穿于所述载体板内部，所述基板移动式设置在所述凹槽内，所述第一调节微带线路设置在所述凹槽内。

5.根据权利要求4所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，还包括第一金属外壳，所述第一金属外壳侧面开孔，所述基板和所述载体板均水平式悬置在所述第一金属外壳内。

6.根据权利要求4或5任一项所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述基板和所述载体板均为PCB材料底板。

7.根据权利要求5所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述载体板为PCB材料底板。

8.根据权利要求1所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述基板表面设置有卡条和多个凹形台阶位，所述载体板内壁设置有滑槽和多个限位柱，所述卡条与所述滑槽卡合式连接，多个所述限位柱平行设置在所述第一调节微带线路一侧，多个所述限位柱沿所述第一轴线方向设置，所述凹形台阶位沿所述第一轴线方向设置，所述限位柱底部与所述凹形台阶位接触后用于实现所述第一调节微带线相对于所述第一分支微带线的重叠宽度的精确调节。

9.根据权利要求5所述的端口电流幅度可变式功分器，其特征在于，所述第一金属外壳上设置有螺旋推杆结构，所述螺旋推杆结构与所述第一金属外壳螺纹连接，所述螺旋推杆结构上设置有刻度盘，所述螺旋推杆结构一端朝向所述载体板一侧，所述螺旋推杆结构另一端设置在所述外壳外部。

10.一种天线，使用如权利要求1-9任意一项所述的端口电流幅度可变式功分器，所述天线的辐射单元与所述基板电连接。

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