CN114497958A - 一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，利用单侧渐变带状线代替传统功分器中的多节1/4波长阻抗变换器，采用薄膜方阻作为隔离电阻，实现了微波毫米波宽频带高隔离度的8路功分网络；并且拥有更小的外形尺寸，更少的隔离电阻。另外，本发明可以通过增加渐变线长度来拓展低频阻抗带宽，即渐变线越长，阻抗带宽越宽。因此本发明也提供了一种新的设计思路，设计者可以在尺寸与带宽之间做取舍，达到合适的设计要求。本发明结构简单，造价低，体积小，可在通信，相控阵雷达等系统中成为一种替代选择，在军事和商业应用上有着重要前景。
Description
技术领域
本发明属于微波无源器件领域，具体涉及一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器。
背景技术
功分器是一种广泛使用的多端口微波器件，工作时能够以设定的比例把一路输入信号分为两路或多路信号进行输出，同时输出信号间可以在相位上实现同相、反相或者正交的特性；另一方面，功分器在反向使用时，可以把两路或者多路信号功率汇合成一路输出，达到功率合成的目的。功分器作为十分重要的微波、毫米波元器件被普遍应用于雷达，电子对抗，5G等军用和民用领域，特别是在相控阵雷达系统中，功分器常常作为天线阵的馈电网络来使用。在实际的工程应用中，宽带功分器通常有两种类型：一种为波导结构功分器，另外一种为微带/带状线结构功分器。相比于其他结构，微带/带状线结构具有成本低、易于加工、稳定性高和便于集成等优点。对于微带/带状线结构，常用的宽带化技术主要是利用多级1/4波长传输线阻抗变换代替传统的单节1/4波长传输线。通过在工作频率范围内引入更多的谐振点，扩宽了端口匹配带宽。然而，多节阻抗变换包含多个1/4波长传输线，特别是频带足够宽的时候，节数甚至达到10节以上，这不可避免会增大功分器体积。另外，每一级1/4波长阻抗变换器都需要重新计算其阻抗值并将阻抗值换算为带状线的线宽，之后再将其进行级联，不仅大大增加了设计难度，并且会引入各种误差导致设计结果存在不确定性。
另一方面，由于工艺以及功分器损耗等方面的考虑，现有功分器设计通常将工作于毫米波和工作于相对低频的微波频段分开来完成，比如低频段采用微带功分器，毫米波波段则采用SIW（基片集成波导）功分器，没有实现低频微波与毫米波的覆盖，使其在宽频带上的应用存在限制。
另外，现有威尔金森功分器隔离电阻通常采用焊接电阻，这会在实现过程中带来巨大焊接工作量，特别是在多路功分器中，隔离电阻的数目更是以指数形式增加。并且，隔离电阻焊接工艺常常会带来不确定因素对设计结果产生影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，克服现有功分器单独工作在毫米波或相对低频的微波频段，没有实现毫米波与低频微波的全覆盖、以及现有宽带功分器设计复杂，尺寸大，而且大量使用隔离电阻等问题。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，通过七个2路功分器的多次级联，由一分二，二分四，最终四分八形成。七个2路功分器间通过50欧姆传输线连接。每个2路功分器的阻抗变换段均为渐变带状线，且渐变带状线为单侧渐变线，一侧为铅直线段，另一侧为具有倾角的线段，组成直角梯形的形状；一方面这种结构可以实现了微波毫米波超宽频带内的阻抗匹配；另一方面，单侧渐变带状线保证两路输出间保持平行，为加载薄膜方阻也即隔离电阻提供便利。并且，渐变带状线间均并联4个薄膜方阻作为隔离电阻以提高端口隔离度，隔离电阻阻值均为150欧姆。另一方面，为了减小端口反射实现良好的匹配，所有带状线均在弯折处做切角处理，切角的边长与线宽相同。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）本发明利用单侧渐变带状线作为功分器的阻抗变换器，一方面以渐变线较小的长度达到超宽频带内的阻抗匹配，实现了毫米波与低频微波频带的全覆盖；另一方面，单侧渐变带状线保证两路输出间保持平行，为加载薄膜方阻也即隔离电阻提供便利。
（2）本发明所述超宽带8路功分器仅采用28个隔离电阻，大大减少隔离电阻的使用数量；且所有28个隔离电阻均为相同的薄膜方阻，大大减小了设计难度以及结构的复杂度。
（3）本发明采用薄膜方阻作为隔离电阻，可以与印制板一体加工，避免传统电阻焊接困难且容易引入误差等问题；并且多层板间利用半固化片固连，最终实现整体结构的一体化。另外通过引入金属化过孔，避免高次模的出现。
（4）本发明可以在其他结构不变的情况下通过增加渐变线的长度来拓展低频阻抗带宽，即渐变线越长，阻抗带宽越宽。因此本结构也提供了一种新的设计思路，设计者可以在尺寸与带宽之间做取舍，达到合适的设计要求。
（5）本发明的工作频段可以覆盖低频微波到毫米波，应用范围更加广泛。且制作简单，加工方便，利用成熟的PCB加工和装配技术就可以完成对本发明的加工。
（6）本发明提供一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器的设计方法。可以在微波毫米波超宽带频带范围内实现等幅同相且具有高隔离度的信号分配与合成，在通信，相控阵雷达等系统中可以得到广泛应用。
附图说明
图1是基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器的结构示意图。
图2是超宽带2路威尔金森功分器的示意图，其中（a）是其俯视图，（b）为其侧视图；1为金属带状线，2为隔离电阻，3为金属化过孔。
图3给出了传统多节1/4阻抗变换器与本发明中渐变线阻抗变换器的结构对比图。
图4是超宽带2路威尔金森功分器总端口电压驻波比的仿真结果，渐变线长度为lt。
图5是超宽带8路功分器总端口电压驻波比仿真结果。
图6是超宽带8路功分器插入损耗仿真结果。
图7是超宽带8路功分器8个分端口相位仿真结果。
图8是超宽带8路功分器输出端口间隔离度仿真结果。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
结合图1，所述基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器由七个超宽带2路功分器多次级联而成，采用一个总端口和8个分端口，端口阻抗均为50欧姆，七个超宽带2路功分器通过一分二，二分四，最终实现四分八，超宽带2路功分器的结构在图2中给出。
结合图2，所述2路功分器为8路威尔金森功分器的基本组成单元，其性能也直接决定了8路威尔金森功分器的最终性能。所述2路功分器采用自上而下的6层结构实现，分别为第1层、第2层……第6层：第1层和第6层为金属地，材料为铜Cu；第2层和第5层为相同的介质，厚度和相对介电常数分别为h 1 =h 2 =0.254mm和ɛ 1=ɛ 2=2.94；第3层为半固化片，厚度h 3 =0.1mm，相对介电常数ɛ 3=2.8；第4层为金属带状线1和隔离电阻2，其中带状线在弯折处均做切角处理，切角大小为切角处带状线线宽，其中隔离电阻2均为相同的薄膜方阻（8路共计28个），电阻与电阻间距离为中心频率对应的介质内1/4波长，阻值为150欧姆。金属化过孔3沿金属带状线1两侧排布，并贯穿1-6层使得第1层和第6层的金属地短接，金属化过孔3直径1mm，间距2.5mm，可以避免带状线传输模式中高次模的出现。隔离电阻2直接与印制板一体化加工。
图3给出了传统多节1/4波长阻抗变换器与本发明中渐变线阻抗变换器的结构对比，本发明利用单侧渐变带状线作为功分器的阻抗变换器替代了传统多节1/4波长阻抗变换器，该渐变线阻抗变换器结构外形为直角梯形，其中渐变线斜率k=40，可以实现5GHz-50GHz的阻抗匹配。同时与传统多节1/4阻抗变换器相比，拥有更短的尺寸外形，更少的隔离电阻2。同时保证了两路输出间保持平行，便于隔离电阻2（薄膜方阻）的安装。
图4给出了超宽带2路功分器总端口在5GHz-50GHz频带范围内不同渐变线长度lt分别为lt=8mm、10mm和12mm时对应的电压驻波比，通过对比可以发现渐变线长度lt越长总端口电压驻波比在低频时越小，表明增加渐变线长度可以拓展低频带宽，实现更宽频带的阻抗匹配。另一方面，通过延长渐变线长度来实现低频的阻抗匹配与微波理论中低频波长变长，相应的微波器件尺寸变大的基本原理相符合。
图5中，所述基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器在5GHz-50GHz频带范围内绝大多数频点的总端口电压驻波比均小于1.3，个别频点小于1.8，表明总端口实现了良好的阻抗匹配。
图6中，所述基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器总端口到8个分端口的传输系数在5GHz-50GHz频带范围内幅度一致性随着频率升高逐渐有所变差，高频处最大差值为0.5dB；表明总端口的输入信号在8个分端口实现了相同幅度的分配，8个分端口可以等幅度输出信号，实现了等幅度功率分配。
图7中，所述基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器的8个分端口在5GHz-50GHz频带范围内相位一致性随着频率升高逐渐有所变差，高频处最大差值为4°；表明总端口的输入信号在8个分端口实现了相同相位的分配，8个分端口可以等相位输出信号，实现了等相位的输出。
图8中，所述基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器相邻两个分端口间的隔离度在5GHz-50GHz频带范围内绝大部分频点大于15dB，个别频点大于11dB，表明总端口的输入信号在8个分端口间实现了具有高隔离度的输出。
综上所述，本发明提供了一种超宽带8路威尔金森功分器，工作频段覆盖微波毫米波频带，可以实现8路等幅同相且具有高隔离度的分配特性。本发明采用单侧渐变线因而具有较小的尺寸，并且大大减少隔离电阻2的使用数量。另外，本发明具有拓展更宽带宽的潜力，可以在通信，相控阵雷达等系统中成为一种替代选择，并且具有尺寸小，成本低廉等优点，在军事和商业应用上有着重要前景。
Claims (4)
1.一种基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，其特征在于：由七个超宽带2路功分器多次级联而成，七个超宽带2路功分器通过一分二，二分四，最终实现四分八，七个2路功分器间通过50欧姆传输线连接。
2.根据权利要求1所述的基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，其特征在于：所述2路功分器为8路威尔金森功分器的基本组成单元。
3.根据权利要求2所述的基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，其特征在于：所述2路功分器采用自上而下的6层结构实现，分别为第1层、第2层……第6层：第1层和第6层为金属地，材料为铜Cu；第2层和第5层为相同的介质，厚度和相对介电常数分别为h 1 =h 2 =0.254mm和ɛ 1=ɛ 2=2.94；第3层为半固化片，厚度h 3 =0.1mm，相对介电常数ɛ 3=2.8；第4层为金属带状线和隔离电阻，其中带状线在弯折处均做切角处理，切角大小为切角处带状线线宽，其中隔离电阻均为相同的薄膜方阻，电阻与电阻间距离为中心频率对应的介质内1/4波长，阻值为150欧姆；金属化过孔沿金属带状线两侧排布，并贯穿1-6层使得第1层和第6层的金属地短接，金属化过孔直径1mm，间距2.5mm。
4.根据权利要求3所述的基于渐变带状线的超宽带8路威尔金森功分器，其特征在于：每个2路功分器的阻抗变换段均为渐变带状线，且渐变带状线为单侧渐变线，一侧为铅直线段，另一侧为具有倾角的线段，组成直角梯形的形状；渐变线斜率k=40，实现5GHz-50GHz的阻抗匹配。
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|---|---|
| CN (1) | CN114497958A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115084820A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-20 | 成都辰天信息科技有限公司 | 一种超宽带功分器 |
| CN115621698A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-01-17 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | 一种跨层功分器 |
| CN116014401A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-25 | 苏州华太电子技术股份有限公司 | 一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201523062U (zh) * | 2009-03-27 | 2010-07-07 | 南京理工大学 | 一种新型宽带微带功率分配器 |
| CN106876855A (zh) * | 2015-12-11 | 2017-06-20 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种小型化微带宽带功合器 |
| US20170373363A1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Phase shifter and feed network |
| KR102022579B1 (ko) * | 2018-05-08 | 2019-09-18 | 광운대학교 산학협력단 | 플렉서블 대역폭 및 대역외 제거 성능을 구비하는 결합 선로 타입의 전력 분배기 |
| CN112784512A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-11 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 超宽带射频功分馈电网络设计方法 |
-
2021
- 2021-12-23 CN CN202111592483.5A patent/CN114497958A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201523062U (zh) * | 2009-03-27 | 2010-07-07 | 南京理工大学 | 一种新型宽带微带功率分配器 |
| CN106876855A (zh) * | 2015-12-11 | 2017-06-20 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 一种小型化微带宽带功合器 |
| US20170373363A1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-12-28 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Phase shifter and feed network |
| KR102022579B1 (ko) * | 2018-05-08 | 2019-09-18 | 광운대학교 산학협력단 | 플렉서블 대역폭 및 대역외 제거 성능을 구비하는 결합 선로 타입의 전력 분배기 |
| CN112784512A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-11 | 中国航天科工集团八五一一研究所 | 超宽带射频功分馈电网络设计方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115084820A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-20 | 成都辰天信息科技有限公司 | 一种超宽带功分器 |
| CN115621698A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-01-17 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | 一种跨层功分器 |
| CN115621698B (zh) * | 2022-12-15 | 2023-03-10 | 南京慧尔视智能科技有限公司 | 一种跨层功分器 |
| CN116014401A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-25 | 苏州华太电子技术股份有限公司 | 一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器 |
| CN116014401B (zh) * | 2022-12-21 | 2023-11-14 | 苏州华太电子技术股份有限公司 | 一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器 |
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