CN110299897B - 基于矢量合成的小型化多峰均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矢量合成的小型化多峰均衡器，包括由上至下依次层叠的微带层、介质层和金属层，所述微带层包括第一传输线主线、第二传输主线、及由第一级功分器结构表层微带、第二级功分器结构表层微带、第三级功分器结构表层微带和第四级功分器结构表层微带构成的多级功率分配‑合成结构。本发明利用多级功率分配‑合成结构实现微波信号的多路分配与矢量合成，在多个特定频点实现均衡，当需要多个频带衰减时可以采用多级功分器实现，可以实现较大均衡量，同时实现小型化。

Description

基于矢量合成的小型化多峰均衡器

技术领域

本发明的属于微波增益均衡器技术领域，具体涉及一种基于矢量合成的小型化多峰均衡器。

背景技术

微波增益均衡器为无源二端口网络，其最终目的是吸收特定频点的功率。结构上一般由主传输线和谐振单元与微波波吸收体构成的陷波器组成。根据有无偏置电源，均衡器可分为有源和无源均衡器。有源均衡器往往是可调均衡器，包括均衡量可调和频带可调等，结构较复杂。无源均衡器较容易实现，通常可分为两类：一是腔体结构的均衡器，常见的类型主要包括波导和同轴型；二是应用最广泛的平面结构均衡器，主要由微带及基片集成波导等结构实现。

波导和同轴型均衡器都是基于腔体谐振原理的均衡器，也有将两者结合起来，主传输线上采用波导传输，谐振陷波单元用同轴结构。波导和同轴型均衡器都有良好的可调性，能承受较大的传输功率，但是体积太大，也不能适应微波毫米波功率模块小型化的趋势，且设计复杂，调试难度高，所以在微波毫米波波段应用较少。

平面结构的均衡器可以分为微带形式和基片集成波导形式。其中，基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是近年来提出一种新的电路结构，多用于多层电路结构，有体积小、Q值高、易于集成等优点。其原理是通过特定的过孔排列，构成一定的边界条件，将平面结构中的电磁场等效成矩形波导中的电磁场。基片集成波导结构有很多优点，多用于窄带的设计中。但是由于其结构复杂，对于宽带以及复杂均衡曲线的均衡器难以实际设计加工，而微带形式的均衡器可以克服这种问题。微带形式的均衡器是目前工程生产中使用最多的结构，相对于腔体形式的均衡器有体积小、易于集成等优点。

目前基于微带线的微波增益均衡器设计多采用微带枝节结构的形式，这种结构设计制作简单、优化快速、成本低等优点，但仍然有很多不足之处：

1)由谐振枝节和吸收电阻构成的均衡器，其可调参数较少；难以在较宽的频带内实现良好的驻波特性。

2)当工作频带内需要实现复杂均衡特性(如多个均衡峰时)，需要多个不同谐振频率的枝节级联构成，从而使均衡器尺寸较大。

3)电阻在枝节型均衡器中作为微波吸收元件，均衡器的均衡特性对电阻的加工精度极为敏感。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于矢量合成的小型化多峰均衡器，旨在解决既有方法中存在的以上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矢量合成的小型化多峰均衡器，包括由上至下依次层叠的微带层、介质层和金属层，所述微带层包括第一传输线主线、第二传输主线、及由第一级功分器结构表层微带、第二级功分器结构表层微带、第三级功分器结构表层微带和第四级功分器结构表层微带构成的多级功率分配-合成结构；所述第一级功分器结构表层微带的一功分支路通过第二级功分器结构表层微带和第三级功分器结构表层微带，结合第一级功分器结构表层微带的另一功分支路与第四级功分器结构表层微带连接。

进一步地，所述微带层的多级功率分配-合成结构为第一级功分器结构表层微带的一功分支路与第二级功分器结构表层微带连接，第一级功分器结构表层微带的另一功分支路通过第一匹配微带线与第四级功分器结构表层微带的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带的一功分支路通过第二匹配微带线与第三级功分器结构表层微带的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带的另一功分支路通过相位延时线与第三级功分器结构表层微带的另一功分支路连接，第三级功分器结构表层微带与第四级功分器结构表层微带的另一功分支路连接。

进一步地，所述第一级功分器结构表层微带的两个功分支路之间设置有第一薄膜电阻。

进一步地，所述第二级功分器结构表层微带的两个功分支路之间设置有第二薄膜电阻。

进一步地，所述第三级功分器结构表层微带的两个功分支路之间设置有第三薄膜电阻。

进一步地，所述第四级功分器结构表层微带的两个功分支路之间设置有第四薄膜电阻。

本发明的有益效果是：本发明利用多级功率分配-合成结构实现微波信号的多路分配与矢量合成，在多个特定频点实现均衡，当需要多个频带衰减时可以采用多级功分器实现；由于此结构可变参数很多，因此比传统传输线结构谐振器更灵活，并且此结构使用相位差来实现电磁波能量的衰减，比传统传输线结构谐振器对电阻不明感，可以实现较大均衡量，但并不会增加体积，从而实现小型化。

附图说明

图1是本发明的基于矢量合成的小型化多峰均衡器爆炸结构图；

图2是本发明的基于矢量合成的小型化多峰均衡器的仿真结果图；

其中附图标记为：1、微带层；10、第一传输线主线；11、第一级功分器结构表层微带；12、第一薄膜电阻；13、第二级功分器结构表层微带；14、第二薄膜电阻；15、第三薄膜电阻；16、第三级功分器结构表层微带；17、第四薄膜电阻；18、第四级功分器结构表层微带；19、第二传输线主线；2、介质层；20、介质基板；；3、金属层；30、金属板。

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，一种基于矢量合成的小型化多峰均衡器，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包括第一传输线主线10、第二传输主线19、及由第一级功分器结构表层微带11、第二级功分器结构表层微带13、第三级功分器结构表层微带16和第四级功分器结构表层微带18构成的多级功率分配-合成结构；所述第一级功分器结构表层微带11的一功分支路通过第二级功分器结构表层微带13和第三级功分器结构表层微带16，结合第一级功分器结构表层微带11的另一功分支路与第四级功分器结构表层微带18连接。

微带层1的多级功率分配-合成结构中，第一级功分器结构表层微带11与第一传输线主线10连接，第一级功分器结构表层微带11的一功分支路与第二级功分器结构表层微带13连接，第一级功分器结构表层微带11的另一功分支路通过第一匹配微带线与第四级功分器结构表层微带18的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带13的一功分支路通过第二匹配微带线与第三级功分器结构表层微带16的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带13的另一功分支路通过相位延时线与第三级功分器结构表层微带16的另一功分支路连接，第三级功分器结构表层微带16与第四级功分器结构表层微带18的另一功分支路连接，第四级功分器结构表层微带18与第二传输主线19连接。

本发明的微带层1的传输线主线均采用条状微带线结构，利用多级功率分配-合成结构实现微波信号的多路分配与矢量合成，在多个特定频点实现均衡。相比于传统的枝节谐振器，增加了均衡器的设计自由度，实现了小型化；微波能量的衰减特性由结构匹配决定；该结构对电阻阻值变化不敏感。

本发明在第一级功分器结构表层微带11的两个功分支路之间设置有第一薄膜电阻12，第二级功分器结构表层微带13的两个功分支路之间设置有第二薄膜电阻14，第三级功分器结构表层微带16的两个功分支路之间设置有第三薄膜电阻15，第四级功分器结构表层微带18的两个功分支路之间设置有第四薄膜电阻17。

本发明的介质层2包括介质基板20，介质基板20为板状；金属层3包括金属板30，金属板30为板状。

本发明采用多级功分器实现均衡器功能，它是利用功分器实现不等幅不等相的输出，设计两个相位延时线，在经过一个功分器进行功率合成，相位相反的电磁波会被抵消，相位相同的电磁波会加强。不同频率的电磁波的波长不一样，在固定的传输线上不同频率的电磁波经过后相位发生不同的变化，因此可以使特定频率的电磁波衰减，当需要多个频带衰减时可以采用多级功分器实现；由于此结构可变参数很多，因此比传统传输线结构谐振器更灵活，并且此结构使用相位差来实现电磁波能量的衰减，比传统传输线结构谐振器对电阻不明感，可以实现较大均衡量，但并不会增加体积，从而实现小型化。

本发明的基于矢量合成的小型化多峰均衡器的工作原理为：

电磁波能量由第一传输线主线10流入，当电磁波能量传到第一级功分器结构表层微带11被分成两份，两部分能量通过第一薄膜电阻12进行隔离，一部分传递给第二级功分器结构表层微带13，另一部分传递给第四级功分器结构表层微带18；传递给第二级功分器结构表层微带13的那部分电磁波能量再被分成两份，两部分能量通过第二薄膜电阻14进行隔离，并且经过第三级功分器结构表层微带16进行合成，在第三级功分器结构表层微带16合成时两路电磁波相位不一致，第三薄膜电阻15就能吸收第三级功分器结构表层微带16工作频带电磁波能量，非第三级功分器结构表层微带16工作频带电磁波能量将继续流向第四级功分器结构表层微带18，并与第一级功分器结构表层微带11传递过来的另一部分电磁波能量进行合成，在第四级功分器结构表层微带18合成时两路电磁波相位不一致，第四薄膜电阻17就能吸收第四级功分器结构表层微带18工作频带电磁波能量，非第四级功分器结构表层微带18工作频带电磁波能量将继续流向第二传输线主线19并输出。

本发明设计了工作在Ka全频段(26.5～40GHz)的双峰均衡器，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，均衡器的第一均衡峰位于29.3GHz,第二均衡峰位于36.7GHz；最大衰减量为11.3dB，最小衰减量为1.1dB，均衡量大于11dB，且工作频段内回波损耗优于11dB。

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)

1.一种基于矢量合成的小型化多峰均衡器，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)包括第一传输线主线(10)、第二传输主线(19)、及由第一级功分器结构表层微带(11)、第二级功分器结构表层微带(13)、第三级功分器结构表层微带(16)和第四级功分器结构表层微带(18)构成的多级功率分配-合成结构；所述第一级功分器结构表层微带(11)的一功分支路通过第二级功分器结构表层微带(13)和第三级功分器结构表层微带(16)，结合第一级功分器结构表层微带(11)的另一功分支路与第四级功分器结构表层微带(18)连接。

2.如权利要求1所述的基于矢量合成的小型化多峰均衡器，其特征在于，所述微带层(1)的多级功率分配-合成结构为第一级功分器结构表层微带(11)的一功分支路与第二级功分器结构表层微带(13)连接，第一级功分器结构表层微带(11)的另一功分支路通过第一匹配微带线与第四级功分器结构表层微带(18)的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带(13)的一功分支路通过第二匹配微带线与第三级功分器结构表层微带(16)的一功分支路连接，第二级功分器结构表层微带(13)的另一功分支路通过相位延时线与第三级功分器结构表层微带(16)的另一功分支路连接，第三级功分器结构表层微带(16)与第四级功分器结构表层微带(18)的另一功分支路连接。

3.如权利要求2所述的基于矢量合成的小型化多峰均衡器，其特征在于，所述第一级功分器结构表层微带(11)的两个功分支路之间设置有第一薄膜电阻(12)。

4.如权利要求3所述的基于矢量合成的小型化多峰均衡器，其特征在于，所述第二级功分器结构表层微带(13)的两个功分支路之间设置有第二薄膜电阻(14)。

5.如权利要求4所述的基于矢量合成的小型化多峰均衡器，其特征在于，所述第三级功分器结构表层微带(16)的两个功分支路之间设置有第三薄膜电阻(15)。

6.如权利要求5所述的基于矢量合成的小型化多峰均衡器，其特征在于，所述第四级功分器结构表层微带(18)的两个功分支路之间设置有第四薄膜电阻(17)。

Images