CN114421114A

CN114421114A - 一种75欧姆一分二功分器

Info

Publication number: CN114421114A
Application number: CN202210061188.5A
Authority: CN
Inventors: 郝艺益; 张卫彬; 李业振; 胡玥鹏; 徐征; 鲁文磊; 刘燕峰
Original assignee: Hongkun Botai Technology Gu'an Co ltd
Current assignee: Hongkun Botai Technology Gu'an Co ltd
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-04-29
Anticipated expiration: 2042-01-19
Also published as: CN114421114B

Abstract

本发明公开了一种75欧姆一分二功分器，包括：两路分支线；其中，两路分支线的输入端相连，作为功分器的输入端，两路分支线的输出端，分别作为功分器的输出端，每路分支线上设置有N节阻抗变换电路，隔离电阻设置在对应的每节阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路分支线之间，每节阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆；N节阻抗变换电路应用共面波导电路，共面波导电路使用的传输线的中心导体的宽度为电路板中基板厚度的预设倍数，传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，从而能够减小电路的路径损耗、反射和辐射损耗，增强电路板机械强度，增强一分二功分器电路的可靠性。

Description

一种75欧姆一分二功分器

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种75欧姆一分二功分器。

背景技术

目前，大多数微波器件阻抗是50欧姆，带状线电路威尔金森结构宽带一分二功分器也适合应用在阻抗较高电路，但带状线功分器加工难度大、成本高，调试困难。分立器件的75欧姆阻抗、一分二宽带功分器，只适合在较低频率应用，公式计算得出同轴传输线77欧姆的损耗最小，适用很多领域。

相关技术中设计的75欧姆阻抗一分二功分器电路采用的微带电路、带状线电路必须使用较厚微波板材，存在路径损耗大、反射损耗大、辐射损耗大、可靠性差等问题。

发明内容

本发明提供一种75欧姆一分二功分器，以至少解决相关技术中的一分二功分器存在路径损耗大、反射损耗大、辐射损耗大、可靠性差等问题。

根据本发明实施例的75欧姆一分二功分器，包括：1个输入端；2个输出端；两路分支线；其中，两路所述分支线的输入端相连，作为所述功分器的输入端，两路所述分支线的输出端，分别作为所述功分器的输出端，每路所述分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节所述阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路所述分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆；N个电阻；其中，各所述电阻设置在对应的所述阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路所述分支线之间；其中，N节所述阻抗变换电路和N个所述电阻通过传输线设置在电路板上，所述电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，所述N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，所述共面波导电路所使用的中心导体的宽度为所述电路板中基板厚度的预设倍数，每节所述阻抗变换电路的阻抗值是根据所述共面波导电路所使用中心导体的边缘到所述电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，所述传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯；其中，N为正整数，所述预设倍数大于1。

根据本发明的一个实施例，所述电路板位于屏蔽盒中心位置。

根据本发明的一个实施例，所述顶层的接地电路和所述底层的接地电路相同；所述电路板顶层接地电路通过沉铜孔和螺钉孔穿过介质层和底层接地电路连接。

根据本发明的一个实施例，所述电路板，包括：传输线电路、基板；其中，所述传输线电路采用共面波导电路；所述基板采用介电常数小于第一阈值、损耗角正切值小于第二阈值、介质厚度小于或等于第三阈值的微波基板；其中，所述第一阈值为3，所述第二阈值为0.003，所述第三阈值为0.8毫米。

根据本发明的一个实施例，所述基板的结构自上而下依次为顶层覆铜层、介质层和底层覆铜层。

根据本发明的一个实施例，所述电路板的顶层和底层均设置有沟槽电路。

根据本发明的一个实施例，根据所述阻抗变换电路的阻抗值，确定所述共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度；根据所述共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度，确定所述共面波导电路所使用中心导体的边缘到所述电路板的顶层接地电路之间的沟槽宽度。

根据本发明的一个实施例，所述共面波导电路中的所述传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，对应的所述接地电路的拐弯点使用圆弧形拐弯接地。

根据本发明的一个实施例，所述顶层电路到屏蔽盒金属盖板的距离为基板的5倍介质厚度，所述底层电路到屏蔽盒底板金属面的距离为基板的4倍介质厚度。

根据本发明的一个实施例，两路所述传输线之间的最小间距为所述电阻的宽度，所述传输线的宽度大于所述电阻的宽度。

本发明的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

本发明实施例提供的75欧姆一分二功分器由1个输入端、2个输出端、两路分支线和N个电阻构成，所述两路分支线的输入端相连，作为功分器的输入端，两路分支线的输出端，分别作为功分器的输出端，每路分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆，各电阻设置在对应的阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路分支线之间，N节阻抗变换电路和N个电阻通过传输线设置在电路板上，电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，共面波导电路所使用的传输线的中心导体的宽度为电路板中基板厚度的预设倍数，每节阻抗变换电路的阻抗值是根据共面波导电路所使用中心导体的边缘到电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，从而能够减小电路的路径损耗、反射和和辐射损耗，增强电路板机械强度，增强一分二功分器电路的可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，并不构成对本发明的不当限定。

图1是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的结构图；

图2是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的仿真原理图；

图3是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的仿真电路图；

图4是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的插入损耗仿真结果图；

图5是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的端口反射仿真结果图；

图6是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的输出端口隔离度仿真结果图；

图7是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的传输相位仿真结果图。

具体实施方式

为了使本领域普通人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

目前，大多数微波器件阻抗是50欧姆，带状线电路威尔金森结构宽带一分二功分器也适合应用在阻抗较高电路，但带状线功分器加工难度大、成本高，调试困难。分立器件的75欧姆阻抗、一分二宽带功分器，只适合在较低频率应用，公式计算得出同轴传输线77欧姆的损耗最小。阻抗75欧姆系统损耗小，也适用很多领域。相关技术中设计75欧姆阻抗一分二功分器电路采用的微带电路、带状线电路必须使用较厚微波板材、存在端口匹配差、传输损耗大、输出端口隔离度小、承受功率小、可靠性差等问题。

除微带线和带状线外，共面波导也是性能优越、加工方便的微波平面传输线形式，当板材确定后，共面波导的特性阻抗由信号带线宽度和槽线宽度的比例决定，特性阻抗覆盖：20欧姆～250欧姆，除了顾虑占用面积和损耗以外，传输线宽度的增大、减小将较少受到限制，这一特点尤其适合阻抗较高电路设计，在损耗、串扰和宽频带范围内良好的带内平坦度方面共面波导传输线拥有微带线和带状线所不可比拟的性能优势。

本发明的目的在于，利用共面波导电路的特性阻抗由信号带线宽度和槽线宽度的比例决定的特性，应用在阻抗较高(实施例为75欧姆～150欧姆)传输线；共面波导电路高次模抑制好，在宽频带内特性阻抗及驻波波动小、变化连续平滑等特点，提供一种多级级联的宽带一分二功分器设计，通过增大传输线宽度和减小传输线分布电容，减小信号线导体损耗、介质损耗和反射损耗。应用普通微波板材实现低损耗、高隔离度、良好的带内平坦度和承受较大功率等较好指标的宽带一分二功分器。

本发明主要针对相关技术中端口匹配差、传输损耗大、输出端口隔离度小、承受功率小、可靠性差等问题，提出一种一分二功分器。本发明提供一种一分二功分器，包括：两路分支线；其中，两路分支线的输入端相连，作为功分器的输入端，两路分支线的输出端，分别作为功分器的输出端，每路分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长；N个电阻；其中，各电阻设置在对应的阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路分支线之间；其中，N节阻抗变换电路和N个电路通过传输线设置在电路板上，电路板位于屏蔽盒中心位置，电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，共面波导电路所使用的传输线的中心导体的宽度为电路板中基板厚度的预设倍数，每节阻抗变换电路的阻抗值是根据共面波导电路所使用中心导体的边缘到电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯；其中，N为正整数，预设倍数大于1。

下面结合附图，对本发明实施例提供的一分二功分器进行详细说明。

图1是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的结构图。

如图1所示，一分二功分器包括：输入端口1、输出端口2、输出端口3和屏蔽盒4。

其中，输入端口1连接器外导体、输出端口2连接器外导体分别与屏蔽盒4相连，屏蔽盒4内部包括电路板5，输入端口1连接器内导体连接电路板5上电路的输入端口1，两个输出端口分别作为电路板5上电路的输出端口2和输出端口3，电路板5上包括两条传输线电路7和跨接在传输线电路输出端的隔离电阻6。

本发明实施例中，一分二功分器的中心频率为2GHz，可以将一路输入信号能量分成两路输出信号，两路输出信号的能量是相等的，输出端口2和3的输出信号的相位差为零。该功分器也可以用作一个合路器，即二合一的合路器。

图2是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的仿真原理图；图3是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的仿真电路图。

下面结合图2和图3对本发明实施例的一分二功分器进行详细说明。

在本发明的实施例中，一分二功分器包括：1个输入端、2个输出端、两路分支线和N个电阻。

其中，两路分支线的输入端相连，作为功分器的输入端，两路分支线的输出端，分别作为功分器的输出端，每路分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆。N个电阻中的各电阻设置在对应的阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路分支线之间；其中，N节阻抗变换电路和N个电阻通过传输线设置在电路板上，电路板位于屏蔽盒中心位置，电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，共面波导电路所使用的传输线的中心导体的宽度为电路板中基板厚度的预设倍数，每节阻抗变换电路的阻抗值是根据共面波导电路所使用中心导体的边缘到电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯；其中，N为正整数，预设倍数大于1。例如，N可以为4，预设倍数可以为3。

本发明实施例的一分二功分器，其输入端口奇模馈电是对地虚短路，输入端口的反射是偶模的反射。当共面波导传输线出现偶模阻抗时，阻抗的值随槽宽增大而增大、随传输线导体宽度增大而减小，而槽宽对奇模阻抗没有影响。

如图2所示，P1为输入端口对应图1中输入端口1，P2为第一输出端口对应图1中输出端口2，P3为第二输出端口对应图1中输出端口3。两条分支电路间的为电阻R1、R2、R3、R4；每路分支线电路采用阻抗Z1、Z2、Z3、Z4、Z5。

例如，一分二功分器的频率范围0.8GHz～3.2GHz，首先根据频率范围、驻波比、隔离度、带内纹波等指标要求，仿真出节数、每一节的阻抗值和电阻值。如表1所示。

表1原理图仿真结果(电阻值、阻抗值)

节数	1	2	3	4	5
						阻抗值	137.2	121.0	102.6	88.0	79.0
电阻值	180	360	560	1000

选择微波基板和电阻的型号，微波基板：聚四氟乙烯玻璃布基板，Er:2.65；Tand:0.002@10GHz；λ：0.2W/mK；T:0.017mm；H:0.8mm；Z：热膨胀系数219ppm/℃。电阻型号：RG0805A500J1，参数为：频率：18GHz，尺寸：2mm*1.27mm*0.254mm，功率：5W，基片：99.6％氧化铝，介电常数εr：9.7，热导率K：29W/mK进行仿真，并得到仿真结果，仿真结果如图4-7所示。

本发明实施例中，聚四氟乙烯玻璃布基板介质损耗小，频率特性好；型号RG0805A500J1的电阻用于负载间的匹配和微波集成电路模块，可焊性能良好。

图4是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的插入损耗仿真结果图；如图所示，在频率范围0.8GHz～3.2GHz时，输出端口的插入损耗为3.07dB～3.17dB。例如，当阻抗范围为75欧姆～150欧姆时，特别适合应用共面波导电路，图4可见，电路最大插入损耗：3.17dB(包含功率分配的3dB)，损耗是应用其它电路的40％左右。

图5是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的端口反射仿真结果图；如图所示，在频率范围0.8GHz～3.2GHz时，输入端口和输出端口的反射系数小于-30dB。

图6是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的输出端口隔离度仿真结果图；如图所示，在频率范围0.8GHz～3.2GHz时，两个输出端口间的隔离度大于28dB。

图7是根据一示例性实施例所示出的一分二功分器的传输相位仿真结果图；如图所示，在频率范围0.8GHz～3.2GHz时，输出端口的传输相位相同且变化不大。

本发明实施例提供的一分二功分器电路减小了输出端口的插入损耗，降低了输入、输出端口的反射系数，提高了输出端口间的隔离度，尽可能减小输出端口的传输相位差。

图1中的电路板的结构具体包括以下部分：

电路板，包括：传输线电路、基板；其中，传输线电路采用共面波导电路；基板采用介电常数小于第一阈值、损耗角正切值小于第二阈值、介质厚度小于或等于第三阈值的微波基板；其中，第一阈值为3，第二阈值为0.003，第三阈值为0.8毫米。设计所有传输线中心导体宽度相同或相近，多数中心导体的宽度大于2.5毫米，个别中心导体宽度大于1.3毫米，拐弯点使用圆弧形拐弯；传输线中心导体宽度较宽，导体损耗小；传输线中心导体宽度相近，电路的阻抗突变点不显著，电路的反射损耗小；拐弯点使用圆弧形拐弯，消除直角转弯的电路不均匀性。

本发明实施例中，顶层的接地电路和底层的接地电路相同；电路板顶层接地电路通过沉铜孔和螺钉孔穿过介质层和底层接地电路连接。

其中，电路板底层接地电路和顶层接地电路相同，两接地电路通过沉铜孔和螺钉孔连接，增强了电路板的机械强度。电路板顶层的大面积接地电路，使空间耦合减小，输出端口隔离度提升。

基板的结构自上而下依次为顶层覆铜层、介质层和底层覆铜层。电路板的顶层和底层均设置有沟槽电路。根据阻抗变换电路的阻抗值，确定共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度；根据共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度，确定共面波导电路所使用中心导体的边缘到电路板的顶层接地电路之间的沟槽宽度，其中，沟槽的宽度在0.55毫米和2毫米之间。

其中，共面波导电路中心导体可以设计的较宽，并通过改变传输线中心导体边缘到大面积接地电路之间的槽宽度，实现该传输线设计所需要的特性阻抗值；电路板底层有沟槽等电路，实现共面波导电路板底面电路不接地。

本发明实施例中，共面波导电路中的传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，对应的接地电路的拐弯点使用圆弧形拐弯接地。共面波导传输线使用圆弧形拐弯，减少了传输线导体转弯导致的电路不均匀性。对应的接地电路也为圆弧形拐弯接地，减小了传输线导体到接地电路距离的不均匀性。

本发明实施例中，一分二功分器要求电路板顶层电路到屏蔽盒盖和底层电路到屏蔽盒底层金属的距离总和为5～8倍电路板介质厚度，例如，顶层电路到屏蔽盒金属盖板的距离可以为基板的5倍介质厚度，这样使得传输线阻抗降低可控制在3％以内，底层电路到屏蔽盒底板金属面的距离为基板的4倍介质厚度，这样使得传输线阻抗降低可控制在1％以内。由此，这样设计对传输线的影响进一步降低，也利用了电路板底层电路到屏蔽盒底层金属距离，屏蔽盒厚度大幅减小，例如，远小于微带电路要求顶层电路到屏蔽盒盖距离为8～10倍电路板介质厚度。

本发明实施例中，设置在两条分支线之间的N个电阻的设计如下，每一节的电阻跨接在两条“蛇形线”形状的共面波导电路的传输线“圆弧”顶点上，两路传输线之间的最小间距为所用电阻的宽度，传输线的宽度大于电阻的宽度。减小了平行电路长度，耦合减小，电阻对电路影响减小。

综上所述，根据本发明实施例提供的一分二功分器，包括：1个输入端；2个输出端；两路分支线；其中，两路分支线的输入端相连，作为功分器的输入端，两路分支线的输出端，分别作为功分器的输出端，每路分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆；N个电阻，各电阻设置在对应的阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路分支线之间；其中，N节阻抗变换电路和N个电阻通过传输线设置在电路板上，电路板位于屏蔽盒中心位置，电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，共面波导电路所使用的传输线的中心导体的宽度为电路板中基板厚度的预设倍数，每节阻抗变换电路的阻抗值是根据共面波导电路所使用中心导体的边缘到电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，从而能够减小电路的返回路径损耗、反射和和辐射损耗，增强电路板机械强度，增强一分二功分器电路的可靠性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种75欧姆一分二功分器，其特征在于，包括：

1个输入端；

2个输出端；

两路分支线；其中，两路所述分支线的输入端相连，作为所述功分器的输入端，两路所述分支线的输出端，分别作为所述功分器的输出端，每路所述分支线上设置有N节阻抗变换电路，每节所述阻抗变化电路的长度为中心频率的四分之一波长，每路所述分支线的阻抗变换电路的输入阻抗值为150欧姆，输出阻抗值为75欧姆；

N个电阻；其中，各所述电阻设置在对应的所述阻抗变换电路的输出端，且跨接在两路所述分支线之间；

其中，N节所述阻抗变换电路和N个所述电阻通过传输线设置在电路板上，所述电路板的顶层和底层设置有大面积接地电路，N节所述阻抗变换电路应用共面波导电路，所述共面波导电路所使用中心导体的宽度为所述电路板中基板厚度的预设倍数，每节所述阻抗变换电路的阻抗值是根据所述共面波导电路所使用中心导体的边缘到所述电路板的顶层设置的大面积接地电路之间的距离确定的，所述传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯；其中，N为正整数，所述预设倍数大于1。

2.根据权利要求1所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述电路板位于屏蔽盒中心位置。

3.根据权利要求1所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述电路板，包括：

传输线电路、基板；其中，所述传输线电路采用共面波导电路；

所述基板采用介电常数小于第一阈值、损耗角正切值小于第二阈值、介质厚度小于或等于第三阈值的微波基板；

其中，所述第一阈值为3，所述第二阈值为0.003，所述第三阈值为0.8毫米。

4.根据权利要求3所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述基板的结构自上而下依次为顶层覆铜层、介质层和底层覆铜层。

5.根据权利要求4所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述顶层的接地电路和所述底层的接地电路相同；

所述顶层的接地电路通过沉铜孔和螺钉孔穿过介质层与所述底层的接地电路连接。

6.根据权利要求1所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述电路板的顶层和底层均设置有沟槽电路。

7.根据权利要求6所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，根据所述阻抗变换电路的阻抗值，确定所述共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度；

根据所述共面波导电路所使用传输线的中心导体的宽度，确定所述共面波导电路所使用中心导体的边缘到所述电路板的顶层接地电路之间的沟槽宽度。

8.根据权利要求1所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述共面波导电路中的所述传输线的拐弯点使用圆弧形拐弯，对应的所述接地电路的拐弯点使用圆弧形拐弯接地。

9.根据权利要求4所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，所述顶层电路到屏蔽盒的金属盖板的距离为基板的介质层厚度的5倍，所述底层电路到屏蔽盒的底板金属面的距离为基板的介质层厚度的4倍。

10.根据权利要求1所述的75欧姆一分二功分器，其特征在于，两路所述传输线之间的间距最小为所述电阻的宽度，所述传输线的宽度大于所述电阻的宽度。