CN114497953A - 一种宽带、低损耗一分四功分器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及电子信息技术领域，具体是涉及一种宽带、低损耗一分四功分器，该一分四功分器由一个第一级一分二功分器及其输出端连接的两个第二级一分二功分器级联形成的一分四功分器电路；一分四功分器电路包括一个输入电路、四个输出电路、四个分支电路以及焊接在分支电路间的多个隔离电阻、电路板顶层接地电路、电路板底层接地电路；分支电路采用共面波导电路，共面波导电路的特性阻抗为65～130欧姆的传输线电路；该一分四功分器具有更宽传输线并且减小了分布电容，电路板可靠性增强，传输线导体损耗减小，电路中阻抗突变点减小或不显著，电路的反射损耗也减小，电路板顶层和底层大面积接地电路，减小了接地电阻，增强了电路板的机械强度和散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种宽带、低损耗一分四功分器。
背景技术
功分器是将输入信号分成两路或多路相等或不相等能量输出的器件，其中等分的功分器比较常见，即各个支路端口分配到的信号相同。
现有技术中广泛应用的宽带一分四功分器是威尔金森结构的微带电路形式，其结构是用50Ω阻抗传输线连接的2级一分二宽带功分器。当需要增加工作带宽，采用多节级联的方法，即增加四分之一波长传输线段和相应的隔离电阻的数目。但是宽带电路前级四分之一波长传输线阻抗高，高阻抗微带传输线较细，从而造成损耗大、承受功率小。此外，随频率升高电路的“趋肤效应”更进一步减小了微带传输线的有效导体截面积，导体损耗显著增大，导致带内损耗起伏大，不利于宽频带应用，微带传输线电路辐射和空间耦合强，辐射损耗大、隔离度略差；隔离电阻承受功率越大，要求电阻尺寸较大，电阻对地分布电容大，对较细的前级微带传输线影响较大；随频率升高，功分器各端口匹配变差、损耗显著增大。
发明内容
为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种宽带、低损耗一分四功分器及其设计方法以解决上述现有技术中的功分器导体损耗显著增大，导致带内损耗起伏大以及各个端口匹配较差不利于宽频带应用的技术问题。
为实现上述目的本发明的技术方案是，一种宽带、低损耗一分四功分器，所述一分四功分器由一个第一级一分二功分器及其输出端分别连接的两个第二级一分二功分器级联形成的一分四功分器电路；
所述一分四功分器电路包括一个输入电路、四个输出电路、四个分支电路以及焊接在所述分支电路间的多个隔离电阻、电路板顶层接地电路、电路板底层接地电路；
所述分支电路采用共面波导电路，所述共面波导电路的特性阻抗为65-130欧姆的传输线电路；
其中，所述第一级一分二功分器与两个所述第二级一分二功分器之间的阻抗为65欧姆，特性阻抗为65欧姆。
在一些实施例中，所述分支电路为中心轴对称的输入端口和四个输出端口之间的传输线电路；每一级的两路分支电路有多节阻抗变换传输线，两级之间连接传输线和每一节阻抗变换传输线长度为中心频率的四分之一波长。
在一些实施例中，所述第一级一分二功分两路分支线的输入阻抗为100欧姆，输出阻抗为65欧姆，阻抗变换范围为35欧姆。
在一些实施例中，所述每个第二级一分二功分器输入阻抗为65欧姆；即第二级一分二功分器两路分支线的输入阻抗为130欧姆，输出阻抗为50欧姆，阻抗变换范围为80欧姆。
在一些实施例中，所述共面波导电路的传输线中间导体宽度相同。
在一些实施例中，还包括屏蔽盒，所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离为5-8倍线路板的介质厚度。
在一些实施例中，所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离不小于5倍线路板的介质厚度。
在一些实施例中，所述电路板底层电路到所述屏蔽盒金属层距离为3倍线路板的介质厚度。
在一些实施例中，所述电路板底层电路到所述屏蔽盒的金属层不小于4倍线路板的介质厚度。
在一些实施例中，所述电路板底层接地电路为网格状结构。
与现有技术相比本发明的优点在于：该宽带、低损耗一分四功分器采用共面波导电路相对于微带线和带状线具有高次模抑制好，在宽频带内特性阻抗及驻波波动小、变化连续平滑等特点，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、介质损耗和辐射损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的结构框图；
图2为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的原理图；
图3为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的电路图；
图4为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的插入损耗仿真示意图；
图5为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的端口反射系数仿真示意图；
图6为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的端口隔离度仿真示意图；
图7为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器的传输相位仿真示意图；
图8为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器线路板顶层图；
图9为按照本发明实施例的宽带、低损耗一分四功分器线路板底层图。
具体实施方式
如图1-9所示，公开了一种宽带、低损耗一分四功分器。图1为本实施例中宽带、低损耗一分四功分器结构框图。该一分四功分器由一个第一级一分二功分器及其输出端分别连接的两个第二级一分二功分器级联形成的一分四功分器电路。其中，所述第一级一分二功分器与两个所述第二级一分二功分器之间的阻抗为65欧姆，特性阻抗为65欧姆。如图1所示，在本实施例中，所述一分四功分器电路包括一个输入电路、四个输出电路、四个分支电路以及焊接在所述分支电路间的多个隔离电阻、电路板顶层接地电路、电路板底层接地电路组成。具体是，P1为输入端口，P2为第一输出端口，P3为第二输出端口，P4为第三输出端口，P5为第四输出端口。第一级一分二功分器电路包括，输入电路Z0、两路输出电路Z1；第二级一分二功分器电路包括：两个一分二功分器、四路输出电路Z2。
图2为本实施中的宽带、低损耗一分四功分器的原理图。图3为本实施例中的宽带、低损耗一分四功分器的电路图；在本实施例中，该宽带、低损耗一分四功分器的微波基板采用玻璃布增强PTFE覆铜板，型号为SCGA-265。介电常数为2.65，损耗角正切值为0.0014、介质厚度为0.765mm，覆铜厚度为0.017mm。所述微波基板上设置的电路板结构自上而下的的结构关系为顶层覆铜层、介质层和底层覆铜层。所述电路板顶层接地电路通过沉头孔穿过介质层和电路板底层接地电路连接。所述隔离电阻的电阻型号为RG0805A500J1，频率为18GHz，尺寸为2毫米×1.27毫米×0.254毫米，功率为5瓦，基片为99.6％氧化铝，εr：9.7，K：29W/mK。
在一些实施例中，图8为本实施例的宽带、低损耗一分四功分器线路板顶层图。图9为本实施例的宽带、低损耗一分四功分器线路板底层图。电路板底层接地电路为网格状结构，其中第八节电路的阻抗58.6欧姆，采用网格状结构接地共面波导，接地线条宽0.2mm，线条间距1mm。电路板顶层接地电路的中心导体宽度为2.5mm，缝隙宽度为1mm。所述电路板底层接地电路的接地线条宽为0.2mm，线条间距1.2mm。其中第九节电路的阻抗52.4欧姆。
在一些实施例中，所述分支电路采用共面波导电路，所述共面波导电路的特性阻抗为65-130欧姆的传输线电路；在一些实施例中，所述共面波导电路的传输线中间导体宽度相同。所述分支电路为中心轴对称的输入端口和四个输出端口之间的传输线电路；每一级的两路分支电路有多节阻抗变换传输线，两级之间连接传输线和每一节阻抗变换传输线长度为中心频率的四分之一波长。
在一些实施例中，所述第一级一分二功分两路分支线的输入阻抗为100欧姆，输出阻抗为65欧姆，阻抗变换范围为35欧姆。每个所述第二级一分二功分器输入阻抗为65欧姆；即第二级一分二功分器两路分支线的输入阻抗为130欧姆，输出阻抗为50欧姆，阻抗变换范围为80欧姆。
在一些实施例中，还包括屏蔽盒，所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离为5-8倍线路板的介质厚度。优选的是，所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离不小于5倍线路板的介质厚度。所述电路板底层电路到所述屏蔽盒金属层距离为3倍线路板的介质厚度。优选的是，所述电路板底层电路到所述屏蔽盒的金属层不小于4倍线路板的介质厚度。
与现有技术相比本发明的宽带、低损耗一分四功分器的优点在于，宽带、低损耗一分四功分器采用电路板底层接地电路为网格状结构，的共面波导改变有效介电常数，实现传输线阻抗和减小传输线分布电容减小了接地电阻，增强了电路板的机械强度；混合电路损耗小、端口匹配良好、隔离度和电路的可靠性高。
在一些实施例中，宽带、低损耗一分四功分器的频率覆盖范围：0.8-3.2GHz。下表为本实施例中的的宽带、低损耗一分四功分器的仿真后仿真阻抗值、电阻值结果如下表所示：
图4为本实施例中的宽带、低损耗一分四功分器的插入损耗仿真示意图。从图中可以得出最大损耗在频率最高处为6.33dB，四路幅度一致。图5为本实施例中的宽带、低损耗一分四功分器的端口反射系数仿真示意图。从图中可知所有端口反射系数大于30dB。图6为本实施例中的宽带、低损耗一分四功分器的端口隔离度仿真示意图。从图中可知输出端口隔离度大于29dB。图7为本实施例中的宽带、低损耗一分四功分器的传输相位仿真示意图。从图中可知相位450度@2GHz。
以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述一分四功分器由一个第一级一分二功分器及其输出端分别连接的两个第二级一分二功分器级联形成的一分四功分器电路；
所述一分四功分器电路包括一个输入电路、四个输出电路、四个分支电路以及焊接在所述分支电路间的多个隔离电阻、电路板顶层接地电路、电路板底层接地电路；
所述分支电路采用共面波导电路，所述共面波导电路的特性阻抗为65-130欧姆的传输线电路；
其中，所述第一级一分二功分器与两个所述第二级一分二功分器之间的阻抗为65欧姆，特性阻抗为65欧姆。
2.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述分支电路为中心轴对称的输入端口和四个输出端口之间的传输线电路；每一级的两路分支电路有多节阻抗变换传输线，两级之间连接传输线和每一节阻抗变换传输线长度为中心频率的四分之一波长。
3.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述第一级一分二功分两路分支线的输入阻抗为100欧姆，输出阻抗为65欧姆，阻抗变换范围为35欧姆。
4.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述每个第二级一分二功分器输入阻抗为65欧姆；即第二级一分二功分器两路分支线的输入阻抗为130欧姆，输出阻抗为50欧姆，阻抗变换范围为80欧姆。
5.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述共面波导电路的传输线中间导体宽度相同。
6.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：还包括屏蔽盒，所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离为5-8倍线路板的介质厚度。
7.根据权利要求6所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述电路板顶层电路到所述屏蔽盒的距离不小于5倍线路板的介质厚度。
8.根据权利要求6所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述电路板底层电路到所述屏蔽盒金属层距离为3倍线路板的介质厚度。
9.根据权利要求6所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述电路板底层电路到所述屏蔽盒的金属层不小于4倍线路板的介质厚度。
10.根据权利要求1所述的宽带、低损耗一分四功分器，其特征在于：所述电路板底层接地电路为网格状结构。
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