CN108695582B - 一种介质集成同轴线宽带交叉器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微波毫米波技术领域，涉及一种介质集成同轴线宽带交叉器，包括第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板远离第二介质基板的一侧设有第一金属地；所述第二介质基板远离第一介质基板的一侧设有第二金属地；所述第一介质基板和第二介质基板两者之间的共用侧面设有第三金属地；所述第一金属地、第二金属地和第三金属地相互平行设置且通过垂直金属柱连通。所述第一金属地和第二金属地中心分别设有一金属导体带且相互正交；所述第三金属地四边中心分别设有一金属导体带，各自与第一金属地和第二金属地形成两相互正交的信号传输路径。本发明两信号传输路径相互正交，且通过共用金属地相互屏蔽，具有超宽带、高隔离度、结构简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波技术领域，涉及一种介质集成同轴线宽带交叉器。
背景技术
近年来，随着现代无线通信技术的迅猛发展，现代无线通信系统面临着电路功能模块高度集成和低成本设计的巨大需求。随着微波和毫米波印刷电路的快速发展，交叉器作为巴特勒模型，在多通道系统或者天线阵列馈线中被越来越频繁使用。
在目前已公开的文献中，交叉器设计类型主要分为两类：1）基于平面结构的耦合器理论，但是基于平面结构的交叉器带宽很窄、隔离度很难提高；2）通过使用多层介质基板或者复杂的结构设计交叉器，获得较宽带宽，但是此类办法设计会增加加工难度，实际应用受到局限。因此，设计一种超宽带、高隔离度、结构简单、易集成的交叉器，在无线通信领域具有极为重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、高隔离度、超宽带的介质集成同轴线交叉器。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种介质集成同轴线宽带交叉器，包括第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板远离第二介质基板的一侧面设有第一金属地；所述第二介质基板远离第一介质基板的一侧面设有第二金属地；所述第一介质基板和第二介质基板两者之间的共用侧面设有第三金属地；所述第一金属地、第二金属地和第三金属地相互平行设置且通过垂直金属柱连通；
所述第一金属地中心设有第一金属导体带；所述第二金属地中心设有第二金属导体带；所述第一金属导体带和第二金属导体带相互正交设置；
所述第三金属地四条边的中间位置均向第三金属地的中心位置延伸开设有切口，依次为切口a、切口b、切口c和切口d；所述切口a内设有第三金属导体带a，所述切口b内设有第三金属导体带b，所述切口c内设有第三金属导体带c，所述切口d内设有第三金属导体带d；
所述第三金属导体带a、第三金属导体带b、第三金属导体带c、第三金属导体带d均与第三金属地共面；
所述第三金属导体带a通过第二金属柱a与第一金属导体带导通，第一金属导体带通过第二金属柱b与第三金属导体带c导通，形成一条信号传输路径；
所述第三金属导体带d通过第三金属柱a与第二金属导体带导通，第二金属导体带通过第三金属柱b与第三金属导体带b导通，形成另一条信号传输路径。
进一步的，所述第一金属导体带与第一金属地共面设置，且彼此绝缘；所述第二金属导体带与第二金属地共面设置，且彼此绝缘。
进一步的，所述第三金属导体带a靠近第三金属地边缘的一端和第三金属导体带c靠近第三金属地边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的一对输入/输出端口；所述第三金属导体带b靠近第三金属地边缘的一端和第三金属导体带d靠近第三金属地边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的另一对输入/输出端口。
本发明的有益效果：
1、本发明的金属导体带设置在不同的介质基板之上，相互正交，且共用中间层的第三金属地，使两个金属导体带传输的两路信号被完全屏蔽，互不干扰，因而，两个端口的隔离度在很宽的带宽内都大于45dB，插损小于0.3dB；
2、本发明的带宽可以覆盖毫米波以下的所有频带，可以应用到移动通信、卫星通信等多种通信领域；
3、本发明的结构简单紧凑，便于集成化。
附图说明
附图1是介质集成同轴线宽带交叉器的立体结构示意图；
附图2是第一金属地的结构示意图；
附图3是第二金属地的结构示意图；
附图4是第三金属地的结构示意图；
附图5是金属柱对应第一金属地的位置分布示意图；
附图6是附图5中A-A方向上的剖视示意图；
附图7是附图5中B-B方向上的剖视示意图;
附图8是金属柱对应第二金属地的位置分布示意图；
附图9是附图8中C-C方向上的剖视示意图；
附图10是金属柱对应第三金属地上表面的位置分布示意图；
附图11是金属柱对应第三金属地下表面的位置分布示意图；
附图12是实施例中介质集成同轴线宽带交叉器的反射系数曲线图；
附图13是实施例中介质集成同轴线宽带交叉器相邻端口的隔离度曲线图；
附图14是实施例中介质集成同轴线宽带交叉器的插入损耗曲线图。
图中标识：1-第一介质基板、2-第二介质基板、3-第一金属地、301-第一金属导体带、302-第一通孔、303-第一空槽、4-第二金属地、401-第二金属导体带、402-第二通孔、403-第二空槽、5-第三金属地、501-第三通孔、502-第三金属导体带a、503-第三金属导体带b、504-第三金属导体带c、505-第三金属导体带d、506-切口a、507-切口b、508-切口c、509-切口d、6-第一金属柱、701-第二金属柱a、702-第二金属柱b、703-第三金属柱a、704-第三金属柱b。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考附图1至9所示，实施例中，一种介质集成同轴线宽带交叉器，包括第一介质基板1和第二介质基板2，两者层叠设置，且边缘相互对齐，所述第一介质基板1远离第二介质基板2的一侧面通过印刷方式设有第一金属地3；所述第二介质基板2远离第一介质基板1的一侧面通过印刷方式设有第二金属地4；所述第一介质基板1和第二介质基板2两者之间的共用侧面通过印刷方式设有第三金属地5，即第三金属地5即是第一介质基板1的一侧面，也是第二介质基板2的一侧面；所述第一金属地3、第二金属地4和第三金属地5均覆盖了介质基板的整个表面；所述第一金属地3、第二金属地4和第三金属地5相互平行设置，且通过垂直金属柱相互连通。
参考附图2和附图3所示，实施例中，所述第一金属地3中心设有第一空槽303，所述第一空槽303呈长边为沿x轴方向的长方形状；所述第一空槽303中心通过印刷设有第一金属导体带301，所述第一金属导体带301的边缘和第一空槽303的边缘之间留有间隙，以达到绝缘的效果；所述第一金属导体带301和第一金属地3共面设置。所述第二金属地4中心设有第二空槽403，所述第二空槽403呈长边为沿y轴方向的长方形状；所述第二空槽403中心通过印刷设有第二金属导体带401，所述第二金属导体带401的边缘与第二空槽403的边缘之间留有间隙，以达到绝缘的效果；所述第二金属导体带401和第二金属地4共面设置。通过以上设置，所述第一空槽303和第二空槽403分别沿x轴和y轴方向，使得两个空槽中心的第一金属导体带301和第二金属导体带401相互正交。所述第一金属地3靠近第一空槽303长边边缘的位置对称设有四个第一通孔302；所述第二金属地4靠近第二空槽403长边边缘的位置对称设有四个第二通孔402；所述第一通孔302和第二通孔402的位置对应，并通过金属柱实现导通，所述第三金属地5也相应的设有金属柱通过的通孔，由此实现第一金属地3、第二金属地4和第三金属地5之间的等电势连通。
参考附图4至图6以及图8所示，实施例中，所述第三金属地5四条边的中间位置依次向第三金属地5的中心位置延伸开设有切口a 506、切口b 507、切口c 508和切口d 509，即所述切口a 506和切口c 508相对设置，且位于第三金属地5的同一中线上，所述切口b507和切口d 509相对设置且同位于第三金属地5的另外一条中线上；所述切口a 506、切口b507、切口c 508和切口d 509的尺寸大小均相同。所述切口a 506中心通过印刷设有第三金属导体带a 502，所述第三金属导体带a 502的边缘与切口a 506的边缘之间留有间隙以实现绝缘，所述第三金属导体带a 502靠近第三金属地5 边缘的一端与第三金属地5的边缘平齐；所述切口b 507中心通过印刷设有第三金属导体带b 503 ，所述第三金属导体带b 503的边缘与切口b 507的边缘之间留有间隙以实现绝缘，所述第三金属导体带b 503靠近第三金属地5 边缘的一端与第三金属地5的边缘平齐；所述切口c 508 中心通过印刷设有第三金属导体带c 504 ，所述第三金属导体带c 508的边缘与切口c 504的边缘之间留有间隙以实现绝缘，所述第三金属导体带c 504靠近第三金属地5 边缘的一端与第三金属地5的边缘平齐；所述切口d 509中心通过印刷设有第三金属导体带d 505，所述第三金属导体带d 509的边缘与切口d 505的边缘之间留有间隙以实现绝缘，所述第三金属导体带d 509靠近第三金属地5 边缘的一端与第三金属地5的边缘平齐。所述第三金属导体带a 502、第三金属导体带b 503、第三金属导体带c 504 和第三金属导体带d 505的宽度均相等；所述第三金属导体带a 502、第三金属导体带b 503、第三金属导体带c 504、第三金属导体带d 505均与第三金属地5共面。所述切口a 506、切口b 507、切口c 508和切口d 509的边缘均匀环绕设有第三通孔501；所述第三通孔501内插接第一金属柱6，所述第一金属柱6一端穿过第一介质基板1与第一金属地3接触另一端穿过第二介质基板2与第二金属地4接触，实现第一金属地3、第二金属地4和第三金属地5之间的导通，从而起到抑制金属导体带的能量泄漏，提高隔离度的作用。
参考附图5、图7及图10所示，实施例中，所述第三金属导体带a 502 通过第二金属柱a 701与第一金属导体带301导通，所述第一金属导体带301再通过第二金属柱b 702与第三金属导体带c 504 导通；所述第三金属导体带a 502靠近第三金属地5边缘的一端和第三金属导体带c 504靠近第三金属地5边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的一对输入/输出端口；由此所述第三金属导体带a 502、第二金属柱a 701、第一金属导体带301、第二金属柱b 702和第三金属导体带c 504 形成一条信号传输路径。
参考附图8、图9和图11所示，实施例中，所述第三金属导体带d 505通过第三金属柱a 703与第二金属导体带401导通，所述第二金属导体带401再通过第三金属柱b 704与第三金属导体带b 503导通；所述第三金属导体带b 503靠近第三金属地5边缘的一端和第三金属导体带d 505靠近第三金属地5边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的另一对输入/输出端口；由此所述第三金属导体带d 505、第三金属柱a 703、第二金属导体带401、第三金属柱b 704和第三金属导体带b 503形成另一条信号传输路径。
由此，两个信号传输路径正交设置，相互隔离，信号互不干扰，减少信号传输过程中的损耗。
实施例中，第一金属导体带301与第二金属导体带401分别设置在不同的介质基板之上，相互正交，且共用介质中间层的第三金属地5，使第一金属导体带301和第二金属导体带401传输的两路信号被完全屏蔽，互不干扰，因而实现超宽带，高隔离度的交叉器。
参考附图12至附图14所示，为本发明介质集成同轴线宽带交叉器的性能曲线图。
参考附图12所示，是本实施例中介质集成同轴线宽带交叉器的反射系数曲线图，图中S11和S33分别代表两路信号的端口反射系数；从图中可以看出，该介质集成同轴线宽带交叉器的带宽覆盖了14GHz以下的所有频带。
参考附图13所示，是本实施例介质集成同轴线宽带交叉器相邻端口的隔离度曲线图，图中S13代表两路信号的输入端口之间的隔离度，S14代表两路信号输出端口之间的隔离度。从图中可以看出，在通带范围内，相邻端口之间的隔离小于-45dB，具有很好的隔离效果。
参考附图14所示，是本实施例介质集成同轴线宽带交叉器的插入损耗曲线图，图中S21 和S43分别代表两路信号的插入损耗。从图中可以看出，实施例的介质集成同轴线宽带交叉器在通带范围内插损小于0.3dB。
由以上可看出，本发明的介质集成同轴线宽带交叉器，具有超宽带、低损耗、双信号传输路径隔离度好等优点, 适用于现代无线通信系统。
以上所述的实施例，只是本发明的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种介质集成同轴线宽带交叉器，其特征在于：包括第一介质基板（1）和第二介质基板（2）；所述第一介质基板（1）远离第二介质基板（2）的一侧面设有第一金属地（3）；所述第二介质基板（2）远离第一介质基板（1）的一侧面设有第二金属地（4）；所述第一介质基板（1）和第二介质基板（2）两者之间的共用侧面设有第三金属地（5）；所述第一金属地（3）、第二金属地（4）和第三金属地（5）相互平行设置且通过垂直金属柱连通；
所述第一金属地（3）中心设有第一金属导体带（301）；所述第二金属地（4）中心设有第二金属导体带（401）；所述第一金属导体带（301）和第二金属导体带（401）相互正交设置；
所述第三金属地（5）四条边的中间位置均向第三金属地（5）的中心位置延伸开设有切口，依次为切口a（506）、切口b（507）、切口c（508）和切口d（509）；所述切口a（506）内设有第三金属导体带a（502），所述切口b（507）内设有第三金属导体带b（503），所述切口c（508）内设有第三金属导体带c（504），所述切口d（509）内设有第三金属导体带d（505）；
所述第三金属导体带a（502）、第三金属导体带b（503）、第三金属导体带c（504）、第三金属导体带d（505）均与第三金属地（5）共面；
所述第三金属导体带a（502）通过第二金属柱a（701）与第一金属导体带（301）导通，第一金属导体带（301）通过第二金属柱b（702）与第三金属导体带c（504）导通，形成一条信号传输路径；
所述第三金属导体带d（505）通过第三金属柱a（703）与第二金属导体带（401）导通，第二金属导体带（401）通过第三金属柱b（704）与第三金属导体带b（503）导通，形成另一条信号传输路径。
2.根据权利要求1所述的介质集成同轴线宽带交叉器，其特征在于：所述第一金属导体带（301）与第一金属地（3）共面设置，且彼此绝缘；所述第二金属导体带（401）与第二金属地（4）共面设置，且彼此绝缘。
3.根据权利要求1所述的介质集成同轴线宽带交叉器，其特征在于：所述第三金属导体带a（502）靠近第三金属地（5）边缘的一端和第三金属导体带c（504）靠近第三金属地（5）边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的一对输入/输出端口；所述第三金属导体带b（503）靠近第三金属地（5）边缘的一端和第三金属导体带d（505）靠近第三金属地（5）边缘的一端构成介质集成同轴线宽带交叉器的另一对输入/输出端口。
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