CN109904577A - 一种微型双频威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信和雷达领域收发信号的电子器件，尤其涉及一种微型双频威尔金森功分器，包括介质板，输入微带传输线贴覆于介质板的顶层，其输出端分别与结构呈轴对称设置的第一、二传输组相连；第一传输组包括串联于一起的贴覆于介质板底层的共面波导传输线以及贴覆于介质板顶层的输出微带传输线和中端微带传输线，中端微带传输线的形状和共面波导传输线的形状相同且两者的中心线上下对齐，共面波导传输线的输入端A与输入微带传输线相连，其以输入端A为起点向内盘旋折转至输出端A，并通过金属导电过孔B与中端微带传输线相连，中端微带传输线通过输出微带传输线连接至输出接口。本发明能有效解决现有技术中威尔金森功分器体积过大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信和雷达领域收发信号的电子器件，尤其涉及一种微型双频威尔金森功分器。
背景技术
随着多路射频技术的快速发展，元件和馈电电路在无线电子通信行业中发挥着非常重要的作用，天线阵列、混频器、移相器等对低成本、小体积的功分器有很高的需求。传统的功分器可以分为分支线定向耦合器、威尔金森功分器和双线二分线三类，分支线定向耦合器存在频带窄、输出损耗高的弊病，双线二分线虽然频带较宽但没有输出隔离。与前述两类功分器不同，威尔金森功分器的频带宽、输出损耗小、存在输出隔离且为同相位输出，具有比较明显的优势。但传统的威尔金森功分器不可避免的需要使用两个四分之一波长(λ/4)微带传输线导致功分器体积较大，在一定程度上限制了威尔金森功分器的微型化应用。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提供了一种微型双频威尔金森功分器，其能有效解决现有技术中威尔金森功分器体积过大的问题。
本发明解决的技术问题采用的技术方案为：一种微型双频威尔金森功分器，包括介质板、第一传输组、第二传输组、输入微带传输线和隔离电阻，所述输入微带传输线贴覆于介质板的顶层，其输入端与输入接口相连，其输出端分为并联的两个端部用于分别与第一、二传输组相连；所述第一传输组的结构和第二传输组的结构以介质板的水平中心轴呈轴对称设置；所述第一传输组包括贴覆于介质板底层的共面波导传输线以及贴覆于介质板顶层的输出微带传输线和中端微带传输线，所述中端微带传输线的形状和共面波导传输线的形状相同且两者的中心线上下对齐，所述共面波导传输线的输入端A通过一贯穿介质板的金属导电过孔A向上与输入微带传输线的输出端相连，所述共面波导传输线以输入端A为起点向内盘旋折转至共面波导传输线的输出端A，所述输出端A通过一贯穿介质板的金属导电过孔B向上与中端微带传输线的输入端B相连，所述中端微带传输线以输入端B为起点向外盘旋折转至中端微带传输线的输出端B，所述输出端B的端部与输出微带传输线的输入端相连，所述输出微带传输线的输出端与输出接口相连，所述隔离电阻设置于第一传输组的输出端B和第二传输组的输出端B之间。
进一步地，所述中端微带传输线的盘旋折转角和共面波导传输线的盘旋折转角均为90°。
进一步地，所述中端微带传输线从输入端B到输出端B之间经过盘旋折转形成了7个线段，平行且相邻的两线段的中心线之间的距离均相等。
进一步地，所述第一传输组中的输出微带传输线与输出端B构成90°的折转角，并向远离第二传输组的方向延伸。
进一步地，所述隔离电阻的阻值为100Ω。
进一步地，通过调整所述中端微带传输线的宽度W2、共面波导传输线的中心导体带的宽度S1和缝隙宽度S2以改变中端微带传输线的阻抗及共面波导传输线的阻抗。
进一步地，所述输出微带传输线的宽度W3比中端微带传输线的宽度W2宽。
进一步地，所述金属导电过孔A和金属导电过孔B均垂直贯穿介质板设置。
本发明具有以下有益效果：本发明通过将形状相同的均采用盘旋折转结构的中端微带传输线与共面波导传输线分别布置于介质板的顶层和底层，并通过金属导电过孔将两者串联为一条传输线的结构布局形式，充分利用了介质板的面积，通过调整传输线尺寸容易获得良好的性能参数，实现了威尔森功分器电路的超小型化，能够在较低频率下为各种微波/射频元件实现微型化的电路尺寸或PCB板面积。
附图说明
图1是本发明所提供实施例的顶层结构示意图；
图2是图1中A部分的结构放大示意图；
图3是本发明所提供实施例的底层结构示意图；
图4是图3中B部分的结构放大示意图；
图5是本发明所提供实施例的部分纵向剖视示意图；
图6是本发明所提供实施例的S参数模拟示意图；
图中：1、介质板 2、第一传输组 3、第二传输组 4、输入微带传输线 5、隔离电阻61、输入接口 62、输出接口 7、共面波导传输线 71、输入端A 72、输出端A 8、输出微带传输线 9、中端微带传输线 91、输入端B 92、输出端B 10、金属导电过孔A 11、金属导电过孔B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例一：
如图1～图6所示，本发明所述的一种微型双频威尔金森功分器，包括介质板1、第一传输组2、第二传输组3、输入微带传输线4和隔离电阻5，所述输入微带传输线4贴覆于介质板1的顶层，其输入端与输入接口61相连，其输出端分为并联的两个端部用于分别与第一、二传输组相连；所述第一传输组2的结构和第二传输组3的结构以介质板1的水平中心轴呈轴对称设置；所述第一传输组2包括贴覆于介质板1底层的共面波导传输线7以及贴覆于介质板1顶层的输出微带传输线8和中端微带传输线9，所述中端微带传输线9的形状和共面波导传输线7的形状相同且两者的中心线上下对齐，所述共面波导传输线7的输入端A71通过一贯穿介质板的金属导电过孔A10向上与输入微带传输线4的输出端相连，所述共面波导传输线7以输入端A71为起点向内盘旋折转至共面波导传输线7的输出端A72，所述输出端A72通过一贯穿介质板的金属导电过孔B11向上与中端微带传输线9的输入端B91相连，所述中端微带传输线9以输入端B91为起点向外盘旋折转至中端微带传输线9的输出端B92，所述输出端B92的端部与输出微带传输线8的输入端相连，所述输出微带传输线8的输出端与输出接口62相连，所述隔离电阻5设置于第一传输组2的输出端B92和第二传输组3的输出端B92之间。
在本实施例中，将微带传输线结构中的接地金属板改为了共面波导传输线，共面波导传输线7的接地金属板作为介质板1顶层的各个微带传输线和共面波导传输线7的接地板。第一、二传输组中各自的共面波导传输线7通过金属导电过孔B11与中端微带传输线9串联为一条传输线，共面波导传输线7和中端微带传输线9的上下中心线对齐，并且通过盘旋折转的方式从内到外增加了长度，与现有技术相比，充分利用了介质板1的面积，实现了功分器电路的超小型化，结构简单、成品率高，批量一致性好，造价低廉。
进一步地，所述中端微带传输线9的盘旋折转角和共面波导传输线7的盘旋折转角均为90°。
进一步地，每个所述中端微带传输线9从输入端B91到输出端B92之间经过盘旋折转形成了7个线段，平行且相邻的两线段的中心线之间的距离均相等。
进一步地，所述第一传输组2中的输出微带传输线8与输出端B92构成90°的折转角，并向远离第二传输组3的方向延伸。
进一步地，所述隔离电阻5的阻值为100Ω。
进一步地，通过调整所述中端微带传输线9的宽度W2、共面波导传输线7的中心导体带的宽度S1和缝隙宽度S2以改变中端微带传输线9的阻抗及共面波导传输线7的阻抗。
进一步地，所述输出微带传输线8的宽度W3比中端微带传输线9的宽度W2宽。
进一步地，所述金属导电过孔A10和金属导电过孔B11均垂直贯穿介质板1设置。
在一个实施例中，第一、二传输组中各自的共面波导传输线7通过金属导电过孔B11与中端微带传输线9串联为一条传输线，中端、输入和输出微带传输线与共面波导传输线7之间存在耦合作用，通过调节输入微带传输线4与输入接口61连接处的微带传输线的宽度W1，使端口与阻抗匹配为50Ω，通过调节输出微带传输线8的宽度W3，使端口阻抗匹配为50Ω；
通过调节中端微带传输线9的宽度W2、共面波导传输线7的中心导体带的宽度S1和缝隙宽度S2使微型双频威尔金森功分器的顶、底层传输线在中端微带传输线9的阻抗和共面波导传输线7的阻抗均为70.7Ω；得到所需阻抗的过程是通过参数优化调整得出。
本实施例中的介质板1可以是厚度为0.305mm、相对介电常数为3.55、尺寸为9.1mm×5.4mm的矩形Rogers4003c介质板，顶层和底层中微带传输线和共面波导传输线所使用的铜皮选用厚度为0.035mm；金属导电过孔A10的直径D1为0.1mm，金属导电过孔B11的直径D2为0.05mm，输入微带传输线4的长度L1为0.5mm，中端微带传输线9通过盘旋折转共具有7个线段，其中与介质板1的水平中心轴线相平行的线段有4个，并且从内向外该四段传输线的长度依次增加，按长度由最内侧的最短的线段开始依次设置如下：第一段(即盘旋折转的中端微带传输线9的最内部的一个线段)的中心线长4.48mm，第二段的中心线长为5.05mm，第三段的中心线长5.69mm，第四段的中心线长为5.81mm，上述四段的相邻两段之间的空隙宽度W4为0.2mm，输入微带传输线段4的宽度W1为0.7mm，中端微带传输线段9的宽度W2为0.44mm，输出微带传输线段的宽度W3为0.7mm，共面波导传输线7的中心导带的宽度S1为0.1mm，缝隙宽度S2为0.05mm。
本实施例中的功分器具有一个输入接口61和两个输出接口62，图6为使用HFSS仿真软件模拟微型双频威尔金森功分器的S参数仿真结果，其中模拟的频段1为0.7GHz-1.1GHz，中心频率为0.9GHz，中心频率对应插入损耗为S12＝-3.06dB，S13＝-3.06dB，可见，所述微型双频威尔金森功分器可将输入端口61输入的信号能量分成能量相等的两路，分别输出到第一传输组2和第二传输组3的输出端口62，回波损耗为S11＝-19.65dB，S22＝-21.73dB，S33＝-21.42dB，可见，所述微型双频威尔金森功分器的回波损耗较低，隔离度S32＝-24.01dB；模拟的回波损耗大于-15dB的工作频段从0.7GHz到1.1GHz；频段2为2.6GHz-3GHz，中心频率为2.8GHz，中心频率对应插入损耗为S12＝-3.02dB，S13＝-3.04dB，回波损耗为S11＝-24.71dB，S22＝-25.66dB，S33＝-25.47dB，隔离S32＝-26.57dB；模拟的回波损耗大于-15dB的工作频段从2.6GHz到3GHz。
利用这种微型化技术，可以在较低的频率下为各种微波/射频元件实现微型化的电路尺寸或PCB板的面积。盘旋折转的中端微带传输线9和与之中心线对齐的共面波导传输线7从内到外逐渐增加长度，以此来充分利用介质板1的面积，实现了功分器电路的超小型化。
以上所述为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书以及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种微型双频威尔金森功分器，其特征在于：包括介质板、第一传输组、第二传输组、输入微带传输线和隔离电阻，所述输入微带传输线贴覆于介质板的顶层，其输入端与输入接口相连，其输出端分为并联的两个端部用于分别与第一、二传输组相连；所述第一传输组的结构和第二传输组的结构以介质板的水平中心轴呈轴对称设置；所述第一传输组包括贴覆于介质板底层的共面波导传输线以及贴覆于介质板顶层的输出微带传输线和中端微带传输线，所述中端微带传输线的形状和共面波导传输线的形状相同且两者的中心线上下对齐，所述共面波导传输线的输入端A通过一贯穿介质板的金属导电过孔A向上与输入微带传输线的输出端相连，所述共面波导传输线以输入端A为起点向内盘旋折转至共面波导传输线的输出端A，所述输出端A通过一贯穿介质板的金属导电过孔B向上与中端微带传输线的输入端B相连，所述中端微带传输线以输入端B为起点向外盘旋折转至中端微带传输线的输出端B，所述输出端B的端部与输出微带传输线的输入端相连，所述输出微带传输线的输出端与输出接口相连，所述隔离电阻设置于第一传输组的输出端B和第二传输组的输出端B之间。
2.根据权利要求1所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：所述中端微带传输线的盘旋折转角和共面波导传输线的盘旋折转角均为90°。
3.根据权利要求2所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：每个所述中端微带传输线从输入端B到输出端B之间经过盘旋折转形成了7个线段，平行且相邻的两线段的中心线之间的距离均相等。
4.根据权利要求3所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：所述第一传输组中的输出微带传输线与输出端B构成90°的折转角，并向远离第二传输组的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：所述隔离电阻的阻值为100Ω。
6.根据权利要求1所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：通过调整所述中端微带传输线的宽度W2、共面波导传输线的中心导体带的宽度S1和缝隙宽度S2以改变中端微带传输线的阻抗及共面波导传输线的阻抗。
7.根据权利要求1所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：所述输出微带传输线的宽度W3比中端微带传输线的宽度W2宽。
8.根据权利要求1所述的微型双频威尔金森功分器，其特征在于：所述金属导电过孔A和金属导电过孔B均垂直贯穿介质板设置。
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