CN109149040A - 一种w波段宽带有耗三端口功分器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路技术领域，更具体的是涉及一种W波段宽带有耗三端口功分器。其包括陶瓷基片以及对称设置的第一导体模块和第二导体模块，第一导体模块的导波槽和第二导体模块的导波槽围成导波通道，陶瓷基体设于输入通道、第一输出通道和第二输出通道交汇处，第一输出通道和第二输出通道靠近输入通道的一侧具备过渡段，过渡段截面面积逐渐增大。本发明提供的W波段宽带有耗三端口功分器采用在三端口功分器中加入陶瓷基片的方式提高两输出端口的隔离度，在控制损耗的基础上很好的改善了现有功分器隔离度不高的问题。同时由于多级阻抗匹配的加入，使其能够拥有更宽的工作带宽，拥有广泛的实用性。

Description

一种W波段宽带有耗三端口功分器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，更具体的是涉及一种W波段宽带有耗三端口功分器。

背景技术

毫米波的频率范围是30GHz-300GHz，对应的波长是10mm-1mm,它具有良好的穿透性和小型化等特点，因此被广泛地运用于相控阵雷达，天线馈线系统以及功率放大，功分等微波设备。同时由于空气中水蒸气对电磁波频率的选择性吸收和散射，使得不同频率的电磁波在空气中的传播属性存在较大差异。研究发现，中心频率在35GHz、94GHz、140GHz、220GHz的电磁波衰减较小，因此，这些频点位置毫米波传播特性的研究以及系统的研制是毫米波研究的重点。其中，35GHz对应的8毫米波段在近十年里研究的较为全面，但是随着对系统分辨率，带宽等性能需求的不断提高，对大气窗口94GHz对应的3毫米波段的研究应用，受到了越来越多科研人员的重视。

对于三端口的微波网络，无耗互易的三端口网络是无法完全匹配的，因此在无耗条件下三端口网络功分器很难在保证插入损耗和回波损耗的基础上达到较高的隔离度。在有耗的网络中，三端口网络参数因不再满足幺正性，因此可以达到完全匹配和很高的隔离度。简单的模型有电阻性功率分配器和威尔金森功分器。2008年Larry W.Epp，DanielJ.Hoppe等人发表题为A High-Power Ka-Band(31–36GHz)Solid-State Amplifier Basedon Low-Loss Corporate Waveguide Combining的文章，提出了一种在波导内添加电阻膜片的思路，在Ka波段很好的控制了损耗并提高了隔离度

发明内容

本发明的目的在于：针对毫米波的特性，以及现有W波段三端口功分器隔离度不足的缺陷，设计出一种损耗较低，隔离度较高，工作带宽宽的小型化功率分配与合成器件。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种W波段宽带有耗三端口功分器，其包括陶瓷基片以及对称设置的第一导体模块和第二导体模块；所述第一导体模块和所述第二导体模块上分别开设有导波槽；所述第一导体模块的导波槽和所述第二导体模块的导波槽围成导波通道；所述导波通道包括相互连接的输入通道、第一输出通道和第二输出通道；所述输入通道和所述第一输出通道之间夹角为90°；所述输入通道和所述第二输出通道之间夹角为90°；所述第一输出通道和所述第二输出通道的轴线共线；所述陶瓷基体设于所述输入通道、所述第一输出通道和所述第二输出通道交汇处；所述第一输出通道和所述第二输出通道靠近所述输入通道的一侧具备过渡段；所述过渡段在远离所述输入通道方向上具备第一过渡段、第二过渡段和第三过渡段；所述第一过渡段、所述第二过度段和所述第三过渡段截面面积逐渐增大。

本发明的一种实施例中：

所述第一过渡段截面直径为0.44mm，所述第二过渡段截面直径为0.77mm，所述第三过渡段截面直径为1.11mm。

本发明的一种实施例中：

所述所述第一过渡段长度为0.80mm，所述第二过渡段长度为2.00mm，所述第三过渡段长度为1.54mm。

本发明的一种实施例中：

所述陶瓷基片为氧化铝。

本发明的一种实施例中：

所述陶瓷基片外周面涂有TaN电阻薄膜。

本发明的一种实施例中：

所述第一导体模块和所述第二导体模块通过销钉可分离的配合。

本发明的一种实施例中：

所述W波段宽带有耗三端口功分器还包括输入口法兰盘、第一输出口法兰盘和第二输出口法兰盘；所述输入口法兰盘、所述第一输出口法兰盘和所述第二输出口法兰盘与所述第一导体模块和第二导体模块连接并分别与所述输入通道、第一输出通道和第二输出通道对应。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的W波段宽带有耗三端口功分器采用在三端口功分器中加入陶瓷基片的方式提高两输出端口的隔离度，在控制损耗的基础上很好的改善了现有功分器隔离度不高的问题。同时由于多级阻抗匹配的加入，使得该三端口的功分器能够拥有更宽的工作带宽，拥有广泛的实用性。

此外，其相比四端口的定向耦合器，该三端口功分器由于不存在四端口定向耦合器输入端口与耦合端口相聚很近加工难度高的问题，使得此三端口的功分器具有更容易加工，更容易小型化和集成化的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1中W波段宽带有耗三端口功分器的结构示意图；

图2是本发明实施例1中W波段宽带有耗三端口功分器的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例1中导波通道的结构示意图；

图4是本发明实施例1中W波段宽带有耗三端口功分器的仿真结果测试图。

图中标记为：10-W波段宽带有耗三端口功分器；20-陶瓷基片；21-第一导体模块；22-第二导体模块；30-导波槽；31-输入通道；32-第一输出通道；33-第二输出通道；41-第一过渡段；42-第二过度段；43-第三过渡段截；51-输入口法兰盘；52-第一输出口法兰盘；53-第二输出口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

实施例1

参考图1和图2，图中为本实施例提供的一种W波段宽带有耗三端口功分器10，其针对毫米波的特性，以及现有W波段三端口功分器隔离度不足的缺陷，设计出一种损耗较低，隔离度较高，工作带宽宽的小型化功率分配与合成器件。

具体的，W波段宽带有耗三端口功分器10包括陶瓷基片20以及对称设置的第一导体模块21和第二导体模块22；第一导体模块21和第二导体模块22上分别开设有导波槽30；第一导体模块21的导波槽30和第二导体模块22的导波槽30围成导波通道。

由图中可以看出，输入通道31和第一输出通道32之间夹角为90°；输入通道31和第二输出通道33之间夹角为90°；第一输出通道32和第二输出通道33的轴线共线。

同时参考图3，需要说明的是，在输入通道31与第一输出通道32和第二输出通道33连接的位置采用0.2mm的圆弧倒角处理(标准圆弧，易于加工，同时降低了产生的驻波)，陶瓷基体设于输入通道31、第一输出通道32和第二输出通道33交汇处；第一输出通道32和第二输出通道33靠近输入通道31的一侧具备过渡段，在其的底部中心位置设计与陶瓷基片20宽度相同，高度为0.1mm的开口用于将陶瓷基片20固定在交汇处。在功分器中加入有耗陶瓷基片20使得输出端口之间的电磁波传递减少，使得该W波段宽带有耗三端口功分器10的隔离度大大提高。

过渡段在远离输入通道31方向上具备第一过渡段41、第二过渡段42和第三过渡段43；第一过渡段41、第二过渡段42和第三过渡段43截面面积逐渐增大，该三级阻抗匹配采用渐变式阻抗匹配的思路，三级阻抗匹配段长度与W波段标准波导的长度相同，且高度向两侧等量增加以减小突变带来的失配问题。

进一步的，在本实施例中，第一过渡段41截面直径为0.44mm，第二过渡段42截面直径为0.77mm，第三过渡段43截面直径为1.11mm。

更进一步的，第一过渡段41长度为0.80mm，第二过渡段42长度为2.00mm，第三过渡段43长度为1.54mm。通过该长度和截面直径以减小突变带来的失配问题

具体的，在本实施例中，陶瓷基片20为氧化铝。进一步的陶瓷基片20外周面涂有TaN电阻薄膜。陶瓷基片20的厚度为1mm，高度为0.1mm，长度与W波段标准波导的长度相同为2.54mm，此外选择表面电阻率为128Ω/sq的氮化钛薄膜，使得二三输出端口之间的传播的电磁波被电阻膜片充分吸收

在本实施例中，第一导体模块21和第二导体模块22通过销钉可分离的配合。可选的，采用大头圆螺钉进行固定，其中在第二导体模块22的螺孔中设计螺纹线，而在第一导体模块21的螺孔中不加入螺纹线，防止两模块之间因螺纹线对齐问题影响固定，从而影响到功分器的工作属性。

W波段宽带有耗三端口功分器10还包括输入口法兰盘51、第一输出口法兰盘52和第二输出口53法兰盘；输入口法兰盘51、第一输出口法兰盘52和第二输出口53法兰盘与第一导体模块21和第二导体模块22连接并分别与输入通道31、第一输出通道32和第二输出通道33对应。输入口法兰盘51、第一输出口法兰盘52和第二输出口53法兰盘在本实施中为W波段标准波导法兰盘，用于测试和功分器的使用。

本实施例中的W波段宽带有耗三端口功分器10的工作原理为，将电磁波型号从输入通道31端馈入，经波导结构传输到陶瓷基片20处，经两输出端等功率从第一输出通道32和第二输出通道33输出。

参考图4，图中给出了该W波段宽带有耗三端口功分器10的仿真结果测试图，模块材料为硬铝，从图中我们可以看出：在80-97GHz频段内S11<-20dB，S23<-16dB,回波损耗和隔离度效果良好；在80-100GHz频段内插入损耗小于-3.3dB，且在该频段内插损的不平衡度小于0.2dB，能很好的达到指标。从测试结果可以看出，在其他具体实施方式中若采用铜材与镀金工艺，插入损耗可进一步降低。

本实施例提供的W波段宽带有耗三端口功分器10采用在三端口功分器中加入电阻膜片的方式提高两输出端口的隔离度，在控制损耗的基础上很好的改善了现有功分器隔离度不高的问题。同时由于多级阻抗匹配的加入，使得该三端口的功分器能够拥有更宽的工作带宽，拥有广泛的实用性。此外，其相比四端口的定向耦合器，该三端口功分器由于不存在四端口定向耦合器输入端口与耦合端口相聚很近加工难度高的问题，使得此三端口的功分器具有更容易加工，更容易小型化和集成化的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述W波段宽带有耗三端口功分器(10)包括陶瓷基片(20)以及对称设置的第一导体模块(21)和第二导体模块(22)；所述第一导体模块(21)和所述第二导体模块(22)上分别开设有导波槽(30)；所述第一导体模块(21)的导波槽(30)和所述第一导体模块(21)的导波槽(30)围成导波通道；

所述导波通道包括相互连接的输入通道(31)、第一输出通道(32)和第二输出通道(33)；所述输入通道(31)和所述第一输出通道(32)之间夹角为90°；所述输入通道(31)和所述第二输出通道(33)之间夹角为90°；所述第一输出通道(32)和所述第二输出通道(32)的轴线共线；所述陶瓷基片(20)设于所述输入通道(31)、所述第一输出通道(32)和所述第二输出通道(33)交汇处；

所述第一输出通道(32)和所述第二输出通道(33)靠近所述输入通道(31)的一侧具备过渡段；所述过渡段在远离所述输入通道(31)方向上具备第一过渡段(41)、第二过度段(42)和第三过渡段；所述第一过渡段(41)、所述第二过渡段(42)和所述第三过渡段(43)截面面积逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述第一过渡段(41)截面直径为0.44mm，所述第二过渡段(42)截面直径为0.77mm，所述第三过渡段(43)截面直径为1.11mm。

3.根据权利要求2所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述所述第一过渡段(41)长度为0.80mm，所述第二过渡段(42)长度为2.00mm，所述第三过渡段(43)长度为1.54mm。

4.根据权利要求1所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述陶瓷基片(20)为氧化铝。

5.根据权利要求4所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述陶瓷基片(20)外周面涂有TaN电阻薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述第一导体模块(21)和所述第二导体模块(22)通过销钉可分离的配合。

7.根据权利要求1所述的一种W波段宽带有耗三端口功分器(10)，其特征在于：

所述W波段宽带有耗三端口功分器(10)还包括输入口法兰盘(51)、第一输出口法兰盘(52)和第二输出口(53)法兰盘；所述输入口法兰盘(51)、所述第一输出口法兰盘(52)和所述第二输出口(53)法兰盘与所述第一导体模块(21)和第二导体模块(22)连接并分别与所述输入通道(31)、第一输出通道(32)和第二输出通道(33)对应。