CN110277617A - 基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其包括由上至下依次层叠的微带层、介质层和金属层，所述微带层包括由第一端口微带、第二端口微带、第三端口微带、第四端口微带及连接四个端口的不等分电桥构成的不等分混合电桥电路微带结构，所述第三端口微带和第四端口微带分别通过金属通孔接地。本发明通过调节四个端口之间微带线的长度和宽度使得从输入端口的特定频率信号能量能在耦合端口输出被电阻吸收，使得频率挑选周期特性更长，更适用在宽频带均衡技术中，均衡量的大小是由四个端口之间微带线的长度和宽度来决定有多少能量到耦合端口被电阻吸收，可实现较大均衡量，对电阻不敏感从而实现了小型化。

Description

基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器
技术领域
本发明属于均衡器设计技术领域，具体涉及一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器。
背景技术
目前使用的大功率的行波管存在的一大问题是增益波动大，要实现平坦的功率输出，需要采取管外均衡技术。增益均衡器是一种对输入信号功率在频段内按照一定要求进行衰减的微波器件。增益均衡器的引入成功的解决了模块输出功率波动过大的问题。增益均衡器一般置于固态驱动模块末级或单独置于前级驱动模块与后级行波管之间，兼顾改善了前级驱动放大与后级行波管的增益波动。其作用主要是用于调整功率放大器的输出功率，使之满足后级的行波管放大器的功率输入要求，从而达到所需要的工作状态。增益均衡器根据传输线形式的不同，这里将增益均衡器分类，主要有立体结构的同轴和波导型，平面结构的微带型和基片集成波导。
立体结构的波导型和同轴型均衡器在结构上十分相似，波导和同轴均衡器都是基于腔体结构的均衡器，都是使用谐振腔和吸波材料并联在主传输线上构成陷波器，然后将若干个陷波器级联起来构成立体结构均衡器，陷波器的衰减量、谐振频率、回波损耗分别通过调整吸波材料的位置以及多少、谐振腔尺寸、耦合窗的位置及大小来控制。
平面结构的微带型和基片集成波导(SIW)其主要原理与非平面腔体结构类似，也由主传输线和谐振吸收结构组成；平面微带式均衡器是目前使用最多的结构，相比于波导式和同轴式均衡器，微带式体积小、易于集成，有利于实现电路的小型化。此外，微带均衡器采用电阻吸收谐振能量，吸收量更容易准确控制。基片集成波导(SIW)是近年发展起来的一种技术，常与多层电路工艺相结合，具有体积小、重量轻、Q值高、平面结构易于集成等优点。
平面结构的微带型增益均衡器比其他几种形式的增益均衡器形式变化多、加工简便以及成本较低，从而广泛应用于工程实践之中。传统平面结构的微带型增益均衡器一般采用微带枝节作为谐振器，经过电阻并联在微波传输主路上。这种结构的均衡器主要缺点为：
1)单个微带枝节控制的频率衰减在宽频带中呈四分之一波长周期性变化，在宽频带中应用较为困难；
2)传统平面结构的微带型增益均衡器衰减量受到电阻控制，电阻加工精度对其影响较大；
3)微带枝节作为并联支路可实现衰减量较低，为实现较大衰减量时需要多个微带枝节，因此增加了均衡器尺寸。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，旨在解决既有方法中存在的全部或部分技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，包括由上至下依次层叠的微带层、介质层和金属层，所述微带层包括由第一端口微带、第二端口微带、第三端口微带、第四端口微带及连接四个端口的不等分电桥构成的不等分混合电桥电路微带结构，所述第三端口微带和第四端口微带分别通过金属通孔接地。
进一步地，所述微带层的不等分混合电桥电路微带结构为第一端口微带与第二端口微带之间通过第一和第二端口连接微带连接，第二端口微带与第三端口微带之间通过第二和第三端口连接微带连接，第三端口微带与第四端口微带之间通过第三和第四端口连接微带连接，第一端口微带与第四端口微带之间通过第一和第四端口连接微带连接。
进一步地，所述第四端口微带还连接有第一薄膜电阻，所述第一薄膜电阻另一端与第一接地微带连接。
进一步地，所述第一接地微带设置有第一通孔，所述介质层的介质基板和金属层的金属板上分别设置有与所述第一通孔匹配的第一介质层金属通孔和第一金属层通孔。
进一步地，所述第三端口微带还连接有第二薄膜电阻，所述第二薄膜电阻另一端与第二接地微带连接。
进一步地，所述第二接地微带设置有第二通孔，所述介质层的介质基板和金属层的金属板上分别设置有与所述第二通孔匹配的第二介质层金属通孔和第二金属层通孔。
本发明的有益效果是：本发明采用不等分混合电桥电路微带结构，分别设置有输入，输出，耦合和隔离四个端口，通过调节四个端口之间微带线的长度和宽度使得从输入端口的特定频率信号能量能在耦合端口输出被电阻吸收，使得频率挑选周期特性更长，更适用在宽频带均衡技术中，均衡量的大小是由四个端口之间微带线的长度和宽度来决定有多少能量到耦合端口被电阻吸收，可实现较大均衡量，对电阻不敏感从而实现了小型化。
附图说明
图1是本发明的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器爆炸结构图；
图2是本发明的基于不等分电桥混合结构的宽带小型化均衡器仿真结果图。
其中附图标记为：1、微带层；10、第一端口微带；11、第一和第二端口连接微带；12、第二端口微带；13、第一和第四端口连接微带；14、第二和第三端口连接微带；15、第三和第四端口连接微带；16、第四端口微带；17、第三端口微带；18、第一薄膜电阻；19、第二薄膜电阻；110、第一接地微带；111、第二接地微带；2、介质层；20、介质基板；21、第一介质层金属通孔；22、第二介质层金属通孔；3、金属层；30、金属板；31、第一金属层通孔；32、第二金属层通孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，包括由上至下依次层叠的微带层1、介质层2和金属层3，所述微带层1包括由第一端口微带10、第二端口微带12、第三端口微带17、第四端口微带16及连接四个端口的不等分电桥构成的不等分混合电桥电路微带结构，所述第三端口微带17和第四端口微带16分别通过金属通孔接地。
本发明采用不等分混合电桥电路微带结构对特定频率信号进行挑选，不等分混合电桥电路微带结构具体包括第一端口微带10、第二端口微带12、第三端口微带17、第四端口微带16、第一和第二端口连接微带11、第二和第三端口连接微带14、第三和第四端口连接微带15和第一和第四端口连接微带13，其中第一端口微带10作为输入端口，第二端口微带12作为输出端口，第三端口微带17作为隔离端口，第四端口微带16作为耦合端口，四个端口之间通过微带线连接。
上述不等分混合电桥电路微带结构中第一端口微带10与第二端口微带12之间通过第一和第二端口连接微带11连接，第二端口微带12与第三端口微带17之间通过第二和第三端口连接微带14连接，第三端口微带17与第四端口微带16之间通过第三和第四端口连接微带15连接，第一端口微带10与第四端口微带16之间通过第一和第四端口连接微带13连接；两两端口之间的微带线的宽度和长度不一样，不同频率的波长不一样，致使不同频率信号下到达不同端口时的相位不一样，第三和第四端口接电阻一端，电阻另一端接地，通过调节四个端口之间微带线的宽度和长度控制信号的在四个端口之间传播的路程，使得当特定频率信号从第一端口输入被分两路传输，朝第四端口方向因行程相等而同相叠加，特定频率信号一部分能量输出被电阻吸收；朝第三端口方向则行程相差二分之一波长而反相抵消，被隔离而无输出，另一部分能量由第二端口输出。
上述第四端口微带16还连接有第一薄膜电阻18，第一薄膜电阻18另一端与第一接地微带110连接；第一接地微带110设置有第一通孔，介质层2的介质基板20和金属层3的金属板30上分别设置有与第一通孔匹配的第一介质层金属通孔21和第一金属层通孔31；第三端口微带17还连接有第二薄膜电阻19，第二薄膜电阻19另一端与第二接地微带111连接；第二接地微带111设置有第二通孔，介质层2的介质基板20和金属层3的金属板30上分别设置有与第二通孔匹配的第二介质层金属通孔22和第二金属层通孔32。
本发明的不等分混合电桥电路微带结构可变参数很多，比传统微带枝节结构谐振器更灵活；不等分电桥结构在频率挑选原理上是满足相位相差一个波长或其整数倍，相比传统微带枝节结构长度为四分之一波长或其整数倍更加适用于宽带均衡器设计，因为不等分电桥结构均衡器对电阻阻值变化不敏感，均衡量主要依据电桥不等分比例，可以实现较大均衡量，相比传统均衡器要实现大均衡量要多个枝节，减小了器件横向尺寸，实现了小型化。
本发明的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器的工作原理为：
能量由第一端口微带10流入，一部分能量经过第一和第二端口连接微带11，不等分电桥工作频率的能量沿第二和第三端口连接微带14和第三和第四端口连接微带15到达第四端口微带16，经过第四端口微带16到第一薄膜电阻18被吸收，非不等分电桥工作频率的能量经过第二端口微带12输出。
另一部分由第一端口微带10流入的能量经过第一和第四端口连接微带13，不等分电桥工作频率的能量直接进入第四端口微带16，经过第四端口微带16到第一薄膜电阻18被吸收，非不等分电桥工作频率的能量沿第三和第四端口连接微带15和第二和第三端口连接微带14到达第二端口微带12输出。
本发明设计了工作在Ka全频段(26.5～40GHz)的宽带均衡器，整个均衡器结构采用微带传输线，介质基板20采用的是厚度为0.254mm、介电常数为9.8的氧化铝陶瓷基板。仿真结果如图2所示，均衡器的均衡峰位于29.3GHz,最大衰减量为18.3dB，最小衰减量为0.51dB，均衡量大于18dB，工作频带内回波损耗优于12dB。
本发明提出的均衡器采用平面微带形式，采用不等分混合电桥电路微带结构，不等分电桥有四个端口，分别是输入，输出，耦合和隔离，通过调节四个端口之间微带线的长度和宽度使得从输入端口的特定频率信号能量能在耦合端口输出被电阻吸收，相比于传统的枝节谐振器，不等分电桥结构频率挑选周期特性更长，更适用在宽频带均衡技术中，均衡量的大小是由四个端口之间微带线的长度和宽度来决定有多少能量到耦合端口被电阻吸收，可实现较大均衡量，对电阻不敏感从而实现了小型化。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，包括由上至下依次层叠的微带层(1)、介质层(2)和金属层(3)，所述微带层(1)包括由第一端口微带(10)、第二端口微带(12)、第三端口微带(17)、第四端口微带(16)及连接四个端口的不等分电桥构成的不等分混合电桥电路微带结构，所述第三端口微带(17)和第四端口微带(16)分别通过金属通孔接地。
2.如权利要求1所述的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，所述微带层(1)的不等分混合电桥电路微带结构中第一端口微带(10)与第二端口微带(12)之间通过第一和第二端口连接微带(11)连接，第二端口微带(12)与第三端口微带(17)之间通过第二和第三端口连接微带(14)连接，第三端口微带(17)与第四端口微带(16)之间通过第三和第四端口连接微带(15)连接，第一端口微带(10)与第四端口微带(16)之间通过第一和第四端口连接微带(13)连接。
3.如权利要求2所述的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，所述第四端口微带(16)还连接有第一薄膜电阻(18)，所述第一薄膜电阻(18)另一端与第一接地微带(110)连接。
4.如权利要求3所述的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，所述第一接地微带(110)设置有第一通孔，所述介质层(2)的介质基板(20)和金属层(3)的金属板(30)上分别设置有与所述第一通孔匹配的第一介质层金属通孔(21)和第一金属层通孔(31)。
5.如权利要求4所述的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，所述第三端口微带(17)还连接有第二薄膜电阻(19)，所述第二薄膜电阻(19)另一端与第二接地微带(111)连接。
6.如权利要求5所述的基于不等分混合电桥结构的宽带小型化均衡器，其特征在于，所述第二接地微带(111)设置有第二通孔，所述介质层(2)的介质基板(20)和金属层(3)的金属板(30)上分别设置有与所述第二通孔匹配的第二介质层金属通孔(22)和第二金属层通孔(32)。
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