CN112002975A - 基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，该均衡器采用基于双螺旋谐振器的缺陷地结构，能量吸收采用贴片电阻，其包括微带层、介质层和金属层，微带层、介质层和金属层从上到下依次层叠；微带层包括设置在微带线两端的第一端口和第二端口，介质层包括介质基板，金属层包括金属板，金属板上蚀刻有第一螺旋、第二螺旋、第三螺旋、第四螺旋、第一螺旋和第三螺旋相交处和第二螺旋和第四螺旋相交处，第一螺旋和第三螺旋相交处和第二螺旋和第四螺旋相交处组成蚀刻直槽，吸收电阻设置在蚀刻直槽的中部；该均衡器的谐振结构相比于传统的枝节谐振器，尺寸大大减少，参数灵活可调，设计简单快捷，并且可以根据需要增加单元数量。

Description

基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器

技术领域

本发明涉及功率器件技术领域，具体而言，涉及基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器。

背景技术

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。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，主要有平面结构的微带型和基片集成波导，立体结构的同轴和波导型。

立体结构的波导型和同轴型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腔体型均衡器，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。区别在于：微带型和基片集成波导型的谐振单元分别由微带枝节和基片集成波导谐振器组成，谐振腔体积更小，便于平面集成；能量吸收采用电阻吸收，对比吸波材料来说吸收量多少更容易控制。

平面结构的微带型增益均衡器形式多样、加工简便以及成本较低所以广泛应用于工程实践之中。现今工程中需求功能越来越多样，并且集成度也越来越高，为满足工程需求均衡器小型化一直以来是研究的热点。

双螺旋作为一种左手单元已经作为传输线被广泛研究，在此基础上发展出的双螺旋谐振器(DSRs，Double spiral resonators)具有高Q值和小尺寸两种非常不错的特性，使得可以设计成微带型均衡器，解决了微带型均衡器Q值小以及尺寸较大的缺点。

缺陷地(DGS,Defected Ground Structure)结构是在微带线金属接地板上刻蚀出图形，以扰乱接地板上电流分布，从而改变微带线的分布电感和分布电容，具有类似光子带隙(PBG)的限波特性，呈现出慢波效应和宽阻带特性。微波器件运用DGS可以获得常规技术无法实现的小型化和高性能，具有构造紧凑、制作简单、体积小等优点，现在DGS已应用于小体积高性能的天线、谐振器、振荡器、滤波器、功分器、耦合器、放大器。

将谐振单元作为缺陷地的蚀刻图案是一种新型的均衡器设计方向。

发明内容

本发明的目的在于提供基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其相比于传统的枝节谐振器，尺寸大大减少，参数灵活可调，设计简单快捷，并且可以根据需要增加单元数量。

本发明的实施例是这样实现的：

基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其小型化均衡器的谐振结构采用蚀刻双螺旋图案的缺陷地结构，能量吸收采用贴片电阻，其包括微带层、介质层和金属层，微带层、介质层和金属层从上到下依次层叠；所述微带层作为传输主线且位于小型化均衡器的顶层外表面，所述微带层输入、输出为50欧姆的微带线。

在本发明较佳的实施例中，上述微带层包括设置在微带线两端的第一端口和第二端口，所述介质层包括介质基板，所述金属层包括金属板，所述金属板上蚀刻有在中间位置共用蚀刻直槽的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，所述第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案关于蚀刻直槽对称设置且与蚀刻直槽一起构成完整的蚀刻结构，在蚀刻直槽内还设置有吸收电阻。

在本发明较佳的实施例中，上述第一双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第一螺旋和第二螺旋，所述第二双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第三螺旋和第四螺旋。

在本发明较佳的实施例中，上述第一端口和第二端口分别为小型化均衡器的输入端口和输出端口。

在本发明较佳的实施例中，上述蚀刻直槽为第一螺旋和第三螺旋相交处和第二螺旋和第四螺旋相交处连接组成，所述第一螺旋和第二螺旋为对称的螺旋结构，所述第三螺旋和第四螺旋为对称的螺旋结构，所述第一螺旋和第三螺旋关于第一螺旋和第三螺旋相交处对称设置，所述第二螺旋和第四螺旋关于第二螺旋和第四螺旋相交处对称设置。

在本发明较佳的实施例中，上述吸收电阻为贴片电阻，所述吸收电阻位于蚀刻槽的中部，即位于第一螺旋和第三螺旋相交处与第二螺旋和第四螺旋相交处的连接处位置，所述吸收电阻的电阻加载方向平行于微带线。

在本发明较佳的实施例中，上述微带线在金属板上的投影穿过第一螺旋和第三螺旋，使得吸收电阻与微带线之间具有水平间距。

在本发明较佳的实施例中，上述蚀刻直槽的两侧还可设置有多对的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，所述第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案分别为逆时针和顺时针共同设置的的螺旋结构。

本发明的有益效果是：

本发明采用将DSRs图案蚀刻在微带线金属地的方式，利用DSRs的选频效果，使得特定频段的准TEM模电磁波在在图案范围内发生谐振，再在蚀刻出的金属表面的槽中加载吸收电阻来吸收能量，构成小型化DGS均衡器，通过调节DSRs图案的尺寸来控制谐振频率，通过改变吸收电阻的大小来控制均衡量，由此实现了对均衡器的参数的灵活独立调节；在小型化方面，该均衡器为一个均衡器单元，在Ka波段尺寸仅为1.36mm×1.56mm，并且可以根据需要灵活增加数量，另外，该均衡器主要的功能部分位于微带线背面的射频金属地，占用的正面微带部分空间很小，在使用中可以方便的与其他微带枝节型均衡器相配合，进一步提高了小型化性能。

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。

图1为本发明小型化均衡器的爆炸结构示意图；

图2为本发明小型化均衡器的S21仿真图；

图3为本发明小型化均衡器的S11仿真图；

图标：1-微带层；10-第一端口微带；11-第二端口微带；2-介质层；20-介质基板；3-金属层；30-金属板；31-第一螺旋；32-第二螺旋；33-第三螺旋；34-第四螺旋；35-第一螺旋和第三螺旋相交处；36-第二螺旋和第四螺旋相交处；37-吸收电阻；38-微带线投影。

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表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。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，小型化均衡器的谐振结构采用蚀刻双螺旋图案的缺陷地结构，能量吸收采用贴片电阻，其包括微带层1、介质层2和金属层3，微带层1、介质层2和金属层3从上到下依次层叠；微带层1包括设置在微带线两端的第一端口10和第二端口11，介质层2包括介质基板20，金属层3包括金属板30，金属板30上蚀刻有第一螺旋31、第二螺旋32、第三螺旋33、第四螺旋34、第一螺旋和第三螺旋相交处35和第二螺旋和第四螺旋相交处36，第一螺旋和第三螺旋相交处35和第二螺旋和第四螺旋相交处36组成蚀刻直槽，吸收电阻37设置在蚀刻直槽的中部，微带线投影38为微带线在金属板30上的投影位置；该均衡器为一个均衡器单元，在Ka波段尺寸仅为1.36mm×1.56mm，并且可以根据需要灵活增加数量，另外，该均衡器主要的功能部分位于微带线背面的射频金属地，占用的正面微带线部分空间很小，在使用中可以方便的与其他微带枝节型均衡器相配合，进一步提高了小型化性能。

本实施例的微带层1、介质层2和金属层3依次层叠设置为整体的结构，其中微带层1位于该结构的最上层，金属层3位于最下层，微带层1作为传输主线且位于小型化均衡器的顶层外表面，微带层1为输入、输出为50欧姆的微带线，微带层1包括设置在微带线两端的第一端口10和第二端口11，第一端口10和第二端口11分别为小型化均衡器的输入端口和输出端口，微带线投影38为微带线在金属板30上的投影，微带线投影38穿过第一螺旋31和第三螺旋33，使得吸收电阻37与微带线之间具有水平间距；介质层2位于该结构的中间位置，介质层2包括介质基板20，其中，介质基板20为印制电路的基础材料。

本实施例的金属层3包括金属板30，金属板30上蚀刻有在中间位置共用蚀刻直槽的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，其中第一螺旋谐振器图案和第二螺旋谐振器图案为蚀刻直槽的两端分别向两侧蚀刻延伸形成，第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案关于蚀刻直槽对称设置且与蚀刻直槽一起构成完整的蚀刻结构，蚀刻直槽的两侧还可设置有多对的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，本实施例仅设置有一对，第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案分别为逆时针和顺时针共同设置的的螺旋结构，该螺旋结构为由蚀刻直槽的两端由外向内围绕形成的蚀刻结构，第一双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第一螺旋31和第二螺旋32，第二双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第三螺旋33和第四螺旋34，其中，第一螺旋31和第三螺旋33为逆时针，第二螺旋32和第四螺旋34为顺时针；蚀刻直槽由第一螺旋和第三螺旋相交处35和第二螺旋和第四螺旋相交处36相接组成，蚀刻直槽为一条线段型的结构，第一螺旋31和第二螺旋32为对称的螺旋结构，第三螺旋33和第四螺旋34为对称的螺旋结构，第一螺旋31和第三螺旋33关于第一螺旋和第三螺旋相交处35对称设置，第二螺旋32和第四螺旋34关于第二螺旋和第四螺旋相交处36对称设置；本实施例还设置有吸收电阻37，吸收电阻37位于蚀刻直槽的中部，即位于第一螺旋和第三螺旋相交处35与第二螺旋和第四螺旋相交处36的连接处位置，吸收电阻37为贴片电阻，吸收电阻37的电阻加载方向平行于微带线。

能量由第一端口10流入，由于金属层3上蚀刻的两个双螺旋图案，射频金属地不再是近似的理想边界，因此与一般的微带线不同的是，一部分能量在通过图案所在位置时发生谐振，并被吸收电阻37吸收，该部分能量集中在谐振频率上，并且能量的大小受吸收电阻37的阻值控制。蚀刻图案与微带线的水平位置将会显著影响均衡量的大小，图1中所示的水平距离是其中一个适当的值。图2和图3为实施实例的S21、S11的仿真结果，电阻阻值的变化实现了单枝节衰减量从2.5dB到4.5dB的调节，在整个调节范围内，频率未发生偏移。

综上所述，本发明实例采用将DSRs图案蚀刻在微带线金属地的方式，利用DSRs的选频效果，使得特定频段的准TEM模电磁波在在图案范围内发生谐振，再在蚀刻出的金属表面的槽中加载吸收电阻来吸收能量，构成小型化DGS均衡器，通过调节DSRs图案的尺寸来控制谐振频率，通过改变吸收电阻的大小来控制均衡量，由此实现了对均衡器的参数的灵活独立调节；在小型化方面，该均衡器为一个均衡器单元，在Ka波段尺寸仅为1.36mm×1.56mm，并且可以根据需要灵活增加数量，另外，该均衡器主要的功能部分位于微带线背面的射频金属地，占用的正面微带部分空间很小，在使用中可以方便的与其他微带枝节型均衡器相配合，进一步提高了小型化性能。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。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 (8)

1.基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，小型化均衡器的谐振结构采用蚀刻双螺旋图案的缺陷地结构，能量吸收采用贴片电阻，其包括微带层(1)、介质层(2)和金属层(3)，微带层(1)、介质层(2)和金属层(3)从上到下依次层叠；所述微带层(1)作为传输主线且位于小型化均衡器的顶层外表面，所述微带层(1)是输入、输出为50欧姆的微带线。

2.根据权利要求1所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述微带层(1)包括设置在微带线两端的第一端口(10)和第二端口(11)，所述介质层(2)包括介质基板(20)，所述金属层(3)包括金属板(30)，所述金属板(30)上蚀刻有在中间位置共用蚀刻直槽的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，所述第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案关于蚀刻直槽对称设置且与蚀刻直槽一起构成完整的蚀刻结构，在蚀刻直槽内还设置有吸收电阻(37)。

3.根据权利要求2所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述第一双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第一螺旋(31)和第二螺旋(32)，所述第二双螺旋谐振器图案包括蚀刻形成的第三螺旋(33)和第四螺旋(34)。

4.根据权利要求2所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述第一端口(10)和第二端口(11)分别为小型化均衡器的输入端口和输出端口。

5.根据权利要求3所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述蚀刻直槽为第一螺旋和第三螺旋相交处(35)和第二螺旋和第四螺旋相交处(36)连接组成，所述第一螺旋(31)和第二螺旋(32)为对称的螺旋结构，所述第三螺旋(33)和第四螺旋(34)为对称的螺旋结构，所述第一螺旋(31)和第三螺旋(33)关于第一螺旋和第三螺旋相交处(35)对称设置，所述第二螺旋(32)和第四螺旋(34)关于第二螺旋和第四螺旋相交处(36)对称设置。

6.根据权利要求5所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述吸收电阻(37)为贴片电阻，所述吸收电阻(37)位于蚀刻槽的中部，即位于第一螺旋和第三螺旋相交处(35)与第二螺旋和第四螺旋相交处(36)的连接处位置，所述吸收电阻(37)的电阻加载方向平行于微带线。

7.根据权利要求3所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述微带线在金属板(30)上的投影穿过第一螺旋(31)和第三螺旋(33)，使得吸收电阻(37)与微带线之间具有水平间距。

8.根据权利要求2所述的基于双螺旋谐振器和缺陷地结构的小型化均衡器，其特征在于，所述蚀刻直槽的两侧还可设置有多对的第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案，所述第一双螺旋谐振器图案和第二双螺旋谐振器图案分别为逆时针和顺时针共同设置的的螺旋结构。

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