CN109004326B - X波段大型混合平面电路功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X波段大型混合平面电路功分器，包括：功分器盒体、电路板以及功分器盖板，所述的电路板上同端口相连接的功分器单元采用微带线连接，其余功分器单元和各功分器单元之间的传输线采用悬置带状线连接。本发明采用微带线和悬置带状线混合平面电路结构设计功分器，减小了功分器的传输损耗、降低了功分器的加工成本、减小了装配对功分器性能的影响、提高了产品批量制造的工艺稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微波天馈线技术，尤其涉及一种应用于输出端口和阵列天线单元位置相对应、低损耗、结构紧凑的X波段大型混合平面功分器。
背景技术
输出端口和阵列天线单元位置相对应的功分器广泛应用于阵列天线中，减少了天线单元和功分器之间的电缆连接，使用这种功分器的天线系统具有成本低、结构紧凑、可靠性高、重量轻的优点。本发明所涉及的功分器具有分配路数多（64路）、频带宽（≥20%）、损耗低（≤2.5dB）、结构紧凑（纵向尺寸≤62mm）、幅相精度高的特点。在进行功分器设计除了考虑指标要求外，还要考虑功分器制造工艺稳定性以及制造成本。传统功分器设计采用的传输线形式包括：微带线、介质带状线、空气带状线和波导。但对于本发明所涉及的功分器来讲，若采用微带线或介质带状线进行设计，由于功分器传输路径很长以及单位长度损耗大从而导致功分器的损耗很大，不能满足使用要求；若采用空气带状线进行设计，损耗能够满足使用要求，但加工工艺复杂，加工成本高且工艺稳定性差，产品成平率较低；若采用波导进行设计，损耗将会很低，但加工工艺复杂、加工成本很高且重量重、尺寸大，幅相精度较差，不能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的是针对X波段大型功分器传统设计方法存在损耗大、加工成本高、重量重、尺寸大、工艺稳定性差、幅相精度差的问题，提出一种X波段大型混合平面电路功分器。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种X波段大型混合平面电路功分器，包括：盒体1、电路板2以及盖板3，所述功分器采用微带线和悬置带状线混合结构的设计,与射频连接器相连接的第一级和最末级功分器单元采用微带线连接，其余中间级功分器单元和各功分器单元之间的传输线均采用悬置带状线连接。
在本发明的一个实施例中，可选地，所述功分器采用混合特性阻抗设计方法进行设计，所述电路板（2）的第一级和最末级功分器单元具有和端口阻抗相同的特性阻抗，其余中间级功分器单元和各功分器单元之间的传输线均高于端口阻抗。
在本发明的一个实施例中，可选地，所述功分器还包括：所述盒体1设计有和所述电路板2上的信号导带4共形的空腔7，用于隔离相邻信号导带4之间的能量耦合，同时消除频带内的腔体谐振现象。
在本发明的一个实施例中，可选地，所述功分器还包括：沿空腔7高度方向在1/2高度处设置有台阶8，在所述电路板2背面设置有铜箔9，并以焊接方式固定所述电路板2。
在本发明的一个实施例中，可选地，所述功分器还包括：所述功分器采用平行带线窄边耦合的调相结构10，通过调节弯头两端平行传输线的距离和长度来改变传输相位的色散特性。
本发明的具有如下有益效果：
1)本发明采用的微带线和悬置带状线混合结构的设计既可以在所要求的空间内降低功分器的损耗又能降低功分器的加工成本；
2)在本发明的功分器中通过设置与信号导带共形的空腔，能够隔离相邻信号导带之间的能量耦合，同时消除频带内的腔体谐振现象，减小了频带内的幅相起伏，提高了功分器输出端口的幅相精度；
3)通过在空腔1/2高度处设置台阶，以及在电路板背面留有铜箔以方便用焊接的方法固定电路板,从而使得悬置带状线的上下空腔不必分别加工，实现了盒体一次加工成形，提高了功分器空腔的加工精度、保证了功分器的性能参数、降低了功分器盒体的加工成本。
4)本发明采用平行带线窄边耦合的调相结构，通过调节弯头两端平行传输线的距离和长度来改变传输相位的色散特性，提高了频带内功分器输出端口间相位一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一种实施例的功分器结构实物图。
图2是根据一种实施例的功分器电路板主视图。
图3是图2的后视图。
图4是根据一种实施例的盒体局部立体图。
图5是根据一种实施例的悬置带状线腔体结构图。
图6是根据一种实施例的调相结构相位色散特性曲线图。
图中：1.盒体，2.电路板，3.盖板，4.信号导带，5.介质板，6.接地导带、7.空腔，8.台阶，9.铜箔，10.调相结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1、图2、图3示出的一种功分器的实施例：在以下实施例中，以尺寸为1730×62×18mm的功分器为最佳实施例。由于功分器传输路径很长，结构要求很紧凑，为了同时满足功分器的损耗和尺寸要求，采用微带线和悬置带状线混合平面电路结构进行功分器设计，电路板的微带线传输线部分由信号导带4、介质板5、和接地导带6组成，悬置带状线部分由信号导带4和介质板5组成。与射频连接器相连接的第一级和最末级功分器单元采用微带线设计，可以消除电路板和连接器焊接时引起的电路板形变，尽可能减小装配对功分器性能的影响，有利于产品批量制造的性能稳定。其余中间级功分器单元和各功分器单元之间的传输线均采用悬置带状线进行设计。既可以在所要求的空间内降低功分器的损耗又能降低功分器的加工成本。
图2示出了根据一种实施例的功分器电路板主视图。由于功分器分配路数很多，且为不等功分器，实现分配的级数也较多，若所有功分器单元和它们之间的传输线全部采用和端口阻抗相同的特性阻抗进行设计，悬置带状线的空腔7很宽，从而导致功分器的纵向尺寸很大，不能满足使用要求。为了解决这一问题，采用混合特性阻抗设计方法进行设计，电路板2的第一级和最末级功分器单元采用和端口阻抗相同的特性阻抗进行设计，其余中间级功分器单元和各功分器单元之间的传输线均采用高于端口阻抗进行设计。在空腔7高度确定的情况下，减小了悬置带状线金属导带和空气腔体7的宽度，从而减小功分器的纵向尺寸，X波段1分64功分器纵向尺寸仅为62mm。图4示出了根据一种实施例的盒体局部立体图。由于功分器腔体很大，腔体内有多路信号传输，各路信号会相互串扰，从而导致功分器各输出端口的幅相偏离预期设计，频带特性也显著变差。为了解决这一问题，根据一种实施例，盒体1设计有和电路板2上的信号导带4共形的空腔7，用于隔离相邻信号导带4之间的能量耦合，同时消除频带内的腔体谐振现象，减小了频带内的幅相起伏，提高了功分器输出端口的幅相精度。
图5示出了根据一种实施例的悬置带状线腔体结构图。具体地，根据一种实施例，可以将悬置带状线的空腔7由电路板2分成上、下两部分。通常上、下空气腔宽度相等，一般采用上下两个腔体分别加工的方式进行设计，电路板通过两个腔体的墙体装夹固定，但这会造成腔体加工成本高、加工精度不容易保证、装配复杂，同时也会使空腔7之间的隔离变差进而引起功分器的幅相精度变差。根据一种实施例，可以沿空腔7高度方向在1/2高度处设置台阶8以及电路板2背面留有铜箔9使用焊接的方法固定电路板,使悬置带状线的上、下空腔7不必分别加工，实现了盒体1一次加工成形，提高了功分器空腔7的加工精度、保证了功分器的性能参数、降低了功分器盒体的加工成本。
图6示出了根据一种实施例的调相结构相位色散特性曲线图。
如图2、图6所示，为了满足功分器功分器纵向尺寸的要求，大部分功分器单元的输入端都设计有弯头。由于功分器输出端口很多，大部分输出端口所经的传输路径上功分器单元数量不尽相同，各传输路径上所包含弯头数量也不尽一致，从而导致在宽频带范围内的色散特性偏离标准传输线的色散特性，频带内各端口间的相位一致性将不能保证。为了解决上述问题，根据一种实施例，可以采用平行带线窄边耦合的调相结构10，通过调节弯头两端平行传输线的距离d和长度l来改变传输相位的色散特性，提高了频带内功分器输出端口间相位一致性。
以上所述仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，类似的同类结构的等效变换，均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种X波段大型混合平面电路功分器，包括：盒体(1)、电路板(2)以及盖板(3)，其特征在于：
所述X波段大型混合平面电路功分器的功分器单元传输线采用微带线和带状线混合结构的设计方式,其中与射频连接器相连接的第一级和最末级功分器单元传输线采用微带线连接，其余功分器单元之间的传输线采用带状线连接；
所述盒体(1)设计有和所述电路板（2）上的信号导带（4）共形的空腔（7），空腔（7）由电路板（2）分成上、下两部分，用于隔离相邻信号导带（4）之间的能量耦合，同时消除频带内的腔体谐振现象；所述空腔（7）高度方向1/2高度处设置有台阶(8)以及电路板（2）背面留有铜箔（9）使用焊接的方法固定电路板，使带状线的上、下空腔（7）不必分别加工，实现了盒体1一次加工成形；
所述功分器采用平行带线窄边耦合的调相结构（10），通过调节弯头两端平行传输线的距离和长度来改变传输相位的色散特性。
2.根据权利要求1所述的一种X波段大型混合平面电路功分器，其特征在于：所述的带状线为悬置带状线。
3.根据权利要求2所述的一种X波段大型混合平面电路功分器，其特征在于：
所述功分器采用混合特性阻抗设计方法进行设计，所述电路板（2）的第一级和最末级功分器单元具有和端口阻抗相同的特性阻抗，其余中间级功分器单元和各功分器单元之间的传输线均高于端口阻抗。
4.根据权利要求2所述的一种X波段大型混合平面电路功分器，其特征在于：所述电路板（2）背面设置有铜箔（9）。
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