CN114552157A - 一种l波段小型微带的功率分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L波段小型微带的功率分配器,是一种能够实现1分五等分的功率分配网络,能够应用于高通量卫星通信。包括顶层板和低层板两层板,顶层板上放置微带线,底层板全铺金属铜,两层板介质使用F4B265板材,介电常数2.65,介质厚0.762mm,以此计算射频微带线线宽参数,第一~第六端口采用SMA‑KE接头焊接到板子上。功分器先按照2/5、3/5分配功率,即由第一端口Term1引出的两组微带线,其中第一组为2/5的功率分配路,第二组为3/5的功率分配路,端口A1功率分配按照1:1分配,分配成2路分别通过微带线连接至第二端口Term2和第三端口Term3;端口A2功率按照1:1:1分配,分配成3路,分别通过微带线连接至第四端口Term4、第五端口Term5和第六端口Term6。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种L波段小型微带的功率分配器。
背景技术
功分器作为一种无源微波器件,在通信、雷达领域广泛应用,宽频段的功分器成为其系统中必不可少的关键部件。在卫星通信中,为了提高通信吞吐率的,多通道并行处理被提出来。微波接收机将宽带的微波信号下变频到1.2G带宽的L频段(950M~2150M),此L频段有5个并行通信信道需同时给五个信号处理模块来并行处理数据,提高卫星通信下行的通信速率。为了解决这个问题,一分五且等分的功率分配器是解决这个应用必不可少的核心器件。民用通信的低成本、高性能是其核心参数,微带功分器满足民用通信设计需求,且不局限应用场景。
目前设计的很多功分器比较复杂,工程实现难度大;也有功分器通过结构配合实现延展带宽和提高隔离度,应用场景受限;其他功分器也很少应用,相比单板功分器加工成本高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种L波段小型微带的功率分配器,是一种能够实现1分五等分的功率分配网络,能够应用于高通量卫星通信。
为达到上述目的,本发明的技术方案为:一种L波段小形微带的功率分配器,包括顶层板和低层板两层板,顶层板上放置微带线,底层板全铺金属铜,两层板介质使用F4B265板材,介电常数2.65,介质厚0.762mm,以此计算射频微带线线宽参数,第一~第六端口Term1、Term2、Term3、Term4、Term5、Term6采用SMA-KE接头焊接到板子上。
其中端口设置为平行的两列,其中第一端口Term1单独作为一列,第二端口Term2、第三端口Term3、第六端口Term6、第五端口Term5、第四端口Term4和第三端口Term3按照从上至下的顺序作为另一列;第一端口Term1与第六端口Term6处于同一行。
从第一端口Term1引出微带线包括两组,第一组包括三段,顺次为TL23、TL21和TL17;第二组包括三段,顺次为TL22、TL15、TL16;其中TL23、TL21、TL17、TL22、TL15以及TL16均为U形微带线。
从第二端口Term2引出微带线包括三段,顺次为TL8、TL5和TL3;TL8、TL5和TL3均为U形微带线。
从第三端口Term3引出微带线包括三段,顺次为TL7、TL6和TL4;TL7、TL6和TL4均为U形微带线。
从第四端口Term4引出微带线包括三段,顺次为TL30、TL24和TL27;TL30、TL24和TL27均为U形微带线。
从第五端口Term5引出微带线包括三段,顺次为TL31、TL25和TL28;TL31、TL25和TL28均为由两个反向U形组成的正弦函数形微带线。
从第六端口Term6引出微带线包括三段,顺次为TL32、TL26和TL29;TL32、TL26和TL29均为U形微带线。
其中从第一端口Term1引出的第一组微带线中TL17的尾部通过一端直线形微带线TL11连接TL3和TL4的尾部;TL11与TL3和TL4的连接处设置为端口A1。
从第一端口Term1引出的第二组微带线中TL16的尾部通过一端直线形微带线TL12连接TL29、TL28以及TL27的尾部;TL12与TLTL29、TL28以及TL27的连接处设置为端口A2。
在TL3、TL5的交汇点与TL4、TL6的交汇点之间接电阻R1;在TL5、TL8的交汇点与TL6、TL7的交汇点之间接电阻R2;在TL8、端口2的交汇点与TL7、端口3的交汇点之间接电阻R4;在TL23、TL21的交汇点与TL22、TL15的交汇点之间接电阻R7;在TL21、TL17的交汇点与TL15、TL16的交汇点之间接电阻R6;在TL17、TL11的交汇点与TL16、TL12的交汇点之间接电阻R1;在TL29、TL26的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R11;在TL27、TL24的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R10;在TL26、TL32的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R8;在TL23、TL30的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R9;在TL32、端口6的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13;在TL30、端口4的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13。
功分器先按照2/5、3/5分配功率,即由第一端口Term1引出的两组微带线,其中第一组为2/5的功率分配路,第二组为3/5的功率分配路,端口A1功率分配按照1:1分配,分配成2路分别通过微带线连接至第二端口Term2和第三端口Term3;端口A2功率按照1:1:1分配,分配成3路,分别通过微带线连接至第四端口Term4、第五端口Term5和第六端口Term6。
参数带入ADS仿真,优化得出具体每段微带线阻抗值。
进一步地,端口1到端口2之间的传输线路S21、端口1到端口3之间的传输线路S31、端口1到端口4之间的传输线路S41、端口1到端口5之间的传输线路S51、端口1到端口6之间的传输线路S61的插损均小于8dB,平坦度优于1dB。
进一步地,端口之间S32、S34、S35、S36隔离均大于20dBc。
4、如权利要求2所述的一种L波段小形微带的功率分配器,其特征在于,端口S11、S22、S33、S44、S55、S66回波损耗值均小于-12dB。
进一步地,TL23段微带线TL23U形弧的圆弧直径2.4mm,总电长度为28.17mm,阻抗为104Ω;TL21段微带线U形弧的圆弧直径3.36mm,总电长度为29.13mm,阻抗为85Ω;TL17段微带线U形弧的圆弧直径4.59mm,总电长度为29.11mm,阻抗为69Ω;TL22段微带线U形弧的圆弧直径2.52mm,总电长度为28.63mm,阻抗为70Ω;TL15段微带线U形弧的圆弧直径3.4mm,总电长度为29.37mm,阻抗为57Ω;TL16段微带线U形弧的圆弧直径4.6mm,总电长度为29.26mm,阻抗为46.5Ω;TL3段微带线U形弧的圆弧直径7.37mm,总电长度为28.26mm,阻抗为85Ω;TL5段微带线U形弧的圆弧直径7.36mm,总电长度为29.89mm,阻抗为70Ω;TL8段微带线U形弧的圆弧直径7.33mm,总电长度为29.44mm,阻抗为57Ω;TL27段微带线U形弧的圆弧直径1.96mm,总电长度31.16mm,阻抗为137Ω;TL24段微带线U形弧的圆弧直径2.33mm,总电长度为31.73mm,阻抗为99Ω;TL30段微带线U形弧的圆弧直径3.09mm,总电长度为33.75mm,阻抗为68Ω;TL28段微带线U形弧的圆弧直径1.15mm,总电长度为32.05mm,阻抗为137Ω;TL24段微带线U形弧的圆弧直径1.1mm,总电长度为29.08mm,阻抗为99Ω;TL31段微带线U形弧的圆弧直径1.4mm,总电长度为31.634mm,阻抗为68Ω;TL11段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω;TL12段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω。
进一步地,R7=120Ω;R6=390Ω;R5=420Ω;R1=100Ω;R2=200Ω;R4=400Ω;R11=R10=40Ω;R8=R9=120Ω;R13=R12=400Ω。
有益效果:
针对高通量卫星通信,本发明的目的是解决目前高通量通信的信号并行处理的难题,一种L波段小型微带的功率分配设计被提出来,可以集成到电路板中,也可以单独成为模块使用。本发明功分器先按照2/5、3/5分配功率,2/5这路按照1:1再分配成2路,3/5这路按照1:1:1再分配成3路,最终形成1分五等分的功率分配网络。设计具有良好的1.2G宽频带特点,分合路损耗均小于8dB,带内平坦度优于±1.0dB,端口隔离度均大于20dB。
附图说明
图1为功分器设计示意图;
图2为功分器ADS仿真设计示意图;
图3为功分器顶层视图;
图4为端口1传输到端口2的插损示意图;
图5为端口1传输到端口3的插损示意图;
图6为端口1传输到端口4的插损示意图;
图7为端口1传输到端口5的插损示意图;
图8为端口1传输到端口6的插损示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
针对高通量卫星通信,本发明的目的是解决目前高通量通信的信号并行处理的难题,一种L波段小型微带的功率分配设计被提出来,可以集成到电路板中,也可以单独成为模块使用。本发明功分器先按照2/5、3/5分配功率,即由第一端口Term1引出的两组微带线,其中第一组为2/5的功率分配路,第二组为3/5的功率分配路,2/5这路按照1:1再分配成2路分别通过微带线连接至第二端口Term2和第三端口Term3,3/5这路按照1:1:1再分配成3路,分别通过微带线连接至第四端口Term4、第五端口Term5和第六端口Term6,最终形成1分五等分的功率分配网络。设计具有良好的1.2G宽频带特点,分合路损耗均小于8dB,带内平坦度优于±1.0dB,端口隔离度均大于20dB。本发明提供了一种本发明提供一种L波段小型微带的功率分配器,其设计如下:
采用两层板,顶层放置微带线,底层全铺金属铜,介质使用F4B265板材,介电常数2.65,介质厚0.762mm,以此计算射频微带线线宽参数,第一~第六端口Term1、Term2、Term3、Term4、Term5、Term6采用SMA-KE接头焊接到板子上。
其中端口设置为平行的两列,其中第一端口Term1单独作为一列,第二端口Term2、第三端口Term3、第六端口Term6、第五端口Term5、第四端口Term4和第三端口Term3按照从上至下的顺序作为另一列;第一端口Term1与第六端口Term6处于同一行。
从第一端口Term1引出微带线包括两组,第一组包括三段,顺次为TL23、TL21和TL17;第二组包括三段,顺次为TL22、TL15、TL16;其中TL23、TL21、TL17、TL22、TL15以及TL16均为U形微带线(具体设置时,为避免微带线重叠可以将第一组和第二组微带线的U形方向设置为反向)。其中每个端口处,靠近端口处有一段引出部分为直线型微带线。
从第二端口Term2引出微带线包括三段,顺次为TL8、TL5和TL3;TL8、TL5和TL3均为U形微带线。
从第三端口Term3引出微带线包括三段,顺次为TL7、TL6和TL4;TL7、TL6和TL4均为U形微带线。
从第四端口Term4引出微带线包括三段,顺次为TL30、TL24和TL27;TL30、TL24和TL27均为U形微带线。
从第五端口Term5引出微带线包括三段,顺次为TL31、TL25和TL28;TL31、TL25和TL28均为由两个反向U形组成的正弦函数形微带线;
从第六端口Term6引出微带线包括三段,顺次为TL32、TL26和TL29;TL32、TL26和TL29均为U形微带线;
其中从第一端口Term1引出的第一组微带线中TL17的尾部通过一端直线形微带线TL11连接TL3和TL4的尾部;TL11与TL3和TL4的连接处设置为端口A1。
从第一端口Term1引出的第二组微带线中TL16的尾部通过一端直线形微带线TL12连接TL29、TL28以及TL27的尾部;TL12与TLTL29、TL28以及TL27的连接处设置为端口A2。
在TL3、TL5的交汇点与TL4、TL6的交汇点之间接电阻R1。
在TL5、TL8的交汇点与TL6、TL7的交汇点之间接电阻R2。
在TL8、端口2的交汇点与TL7、端口3的交汇点之间接电阻R4。
在TL23、TL21的交汇点与TL22、TL15的交汇点之间接电阻R7。
在TL21、TL17的交汇点与TL15、TL16的交汇点之间接电阻R6。
在TL17、TL11的交汇点与TL16、TL12的交汇点之间接电阻R1。
在TL29、TL26的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R11。
在TL27、TL24的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R10。
在TL26、TL32的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R8。
在TL23、TL30的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R9。
在TL32、端口6的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13。
在TL30、端口4的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13。
功分器先按照2/5、3/5分配功率,即由第一端口Term1引出的两组微带线,其中第一组为2/5的功率分配路,第二组为3/5的功率分配路,端口A1功率分配按照1:1分配,分配成2路分别通过微带线连接至第二端口Term2和第三端口Term3;端口A2功率按照1:1:1分配,分配成3路,分别通过微带线连接至第四端口Term4、第五端口Term5和第六端口Term6。
参数带入ADS仿真,优化得出具体每段微带线阻抗值。
图1中端口1阻抗为50欧姆Z0,功率分配2:3,两路阻抗Zain=K^2Zbin。功率分配点按照公式:
1/Z0=1/Zain+1/Zbin计算得出微带线阻抗值Zain为104欧姆、Zbin为70欧姆。
图1中A1端口功率分配按照1:1分配;A2端口功率按照1:1:1分配。
参数带入ADS仿真,如图2所示,优化得出具体每段微带线阻抗值,如表1所示。此部分为设计的核心部分。端口1到端口2之间的传输线路S21、端口1到端口3之间的传输线路S31、端口1到端口4之间的传输线路S41、端口1到端口5之间的传输线路S51、端口1到端口6之间的传输线路S61,可以得到S21、S31、S41、S51、S61的插损均小于8dB,平坦度优于1dB,如图4-8。,端口之间S32、S34、S35、S36隔离均大于20dBc。端口S11、S22、S33、S44、S55、S66回波损耗值均小于-12dB。
具体工程设计,微带线宽度、电阻按照表1具体实施。
如图1所示电长度依次为:
TL23段微带线TL23U形弧的圆弧直径2.4mm,总电长度为28.17mm,阻抗为104Ω。
TL21段微带线U形弧的圆弧直径3.36mm,总电长度为29.13mm,阻抗为85Ω。
TL17段微带线U形弧的圆弧直径4.59mm,总电长度为29.11mm,阻抗为69Ω。
TL22段微带线U形弧的圆弧直径2.52mm,总电长度为28.63mm,阻抗为70Ω。
TL15段微带线U形弧的圆弧直径3.4mm,总电长度为29.37mm,阻抗为57Ω。
TL16段微带线U形弧的圆弧直径4.6mm,总电长度为29.26mm,阻抗为46.5Ω。
TL3段微带线U形弧的圆弧直径7.37mm,总电长度为28.26mm,阻抗为85Ω。
TL5段微带线U形弧的圆弧直径7.36mm,总电长度为29.89mm,阻抗为70Ω;
TL8段微带线U形弧的圆弧直径7.33mm,总电长度为29.44mm,阻抗为57Ω。
TL27段微带线U形弧的圆弧直径1.96mm,总电长度31.16mm,阻抗为137Ω。
TL24段微带线U形弧的圆弧直径2.33mm,总电长度为31.73mm,阻抗为99Ω。
TL30段微带线U形弧的圆弧直径3.09mm,总电长度为33.75mm,阻抗为68Ω。
TL28段微带线U形弧的圆弧直径1.15mm,总电长度为32.05mm,阻抗为137Ω。
TL24段微带线U形弧的圆弧直径1.1mm,总电长度为29.08mm,阻抗为99Ω。
TL31段微带线U形弧的圆弧直径1.4mm,总电长度为31.634mm,阻抗为68Ω。
TL11段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω。
TL12段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω。
电阻的阻值分别为:
R7=120Ω;R6=390Ω;R5=420Ω;R1=100Ω;R2=200Ω;R4=400Ω;R11=R10=40Ω;R8=R9=120Ω;R13=R12=400Ω。
最终形成微带功分器设计,如图3所示,为设计保护核心。
表1参数表
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于,包括顶层板和低层板两层板,顶层板上放置微带线,底层板全铺金属铜,两层板介质使用F4B265板材,介电常数2.65,介质厚0.762mm,以此计算射频微带线线宽参数,第一~第六端口Term1、Term2、Term3、Term4、Term5、Term6采用SMA-KE接头焊接到板子上;
其中端口设置为平行的两列,其中第一端口Term1单独作为一列,第二端口Term2、第三端口Term3、第六端口Term6、第五端口Term5、第四端口Term4和第三端口Term3按照从上至下的顺序作为另一列;第一端口Term1与第六端口Term6处于同一行;
从第一端口Term1引出微带线包括两组,第一组包括三段,顺次为TL23、TL21和TL17;第二组包括三段,顺次为TL22、TL15、TL16;其中TL23、TL21、TL17、TL22、TL15以及TL16均为U形微带线;
从第二端口Term2引出微带线包括三段,顺次为TL8、TL5和TL3;TL8、TL5和TL3均为U形微带线;
从第三端口Term3引出微带线包括三段,顺次为TL7、TL6和TL4;TL7、TL6和TL4均为U形微带线;
从第四端口Term4引出微带线包括三段,顺次为TL30、TL24和TL27;TL30、TL24和TL27均为U形微带线;
从第五端口Term5引出微带线包括三段,顺次为TL31、TL25和TL28;TL31、TL25和TL28均为由两个反向U形组成的正弦函数形微带线;
从第六端口Term6引出微带线包括三段,顺次为TL32、TL26和TL29;TL32、TL26和TL29均为U形微带线;
其中从第一端口Term1引出的第一组微带线中TL17的尾部通过一端直线形微带线TL11连接TL3和TL4的尾部;TL11与TL3和TL4的连接处设置为端口A1;
从第一端口Term1引出的第二组微带线中TL16的尾部通过一端直线形微带线TL12连接TL29、TL28以及TL27的尾部;TL12与TLTL29、TL28以及TL27的连接处设置为端口A2;
在TL3、TL5的交汇点与TL4、TL6的交汇点之间接电阻R1;
在TL5、TL8的交汇点与TL6、TL7的交汇点之间接电阻R2;
在TL8、端口2的交汇点与TL7、端口3的交汇点之间接电阻R4;
在TL23、TL21的交汇点与TL22、TL15的交汇点之间接电阻R7;
在TL21、TL17的交汇点与TL15、TL16的交汇点之间接电阻R6;
在TL17、TL11的交汇点与TL16、TL12的交汇点之间接电阻R1;
在TL29、TL26的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R11;
在TL27、TL24的交汇点与TL28、TL25的交汇点之间接电阻R10;
在TL26、TL32的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R8;
在TL23、TL30的交汇点与TL25、TL31的交汇点之间接电阻R9;
在TL32、端口6的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13;
在TL30、端口4的交汇点与TL31、端口5的交汇点之间接电阻R13;
功分器先按照2/5、3/5分配功率,即由第一端口Term1引出的两组微带线,其中第一组为2/5的功率分配路,第二组为3/5的功率分配路,端口A1功率分配按照1:1分配,分配成2路分别通过微带线连接至第二端口Term2和第三端口Term3;端口A2功率按照1:1:1分配,分配成3路,分别通过微带线连接至第四端口Term4、第五端口Term5和第六端口Term6;
参数带入ADS仿真,优化得出具体每段微带线阻抗值。
2.如权利要求1所述的一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于,
端口1到端口2之间的传输线路S21、端口1到端口3之间的传输线路S31、端口1到端口4之间的传输线路S41、端口1到端口5之间的传输线路S51、端口1到端口6之间的传输线路S61的插损均小于8dB,平坦度优于1dB。
3.如权利要求2所述的一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于,端口之间S32、S34、S35、S36隔离均大于20dBc。
4.如权利要求2所述的一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于,端口S11、S22、S33、S44、S55、S66回波损耗值均小于-12dB。
5.如权利要求1所述的一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于:
TL23段微带线TL23U形弧的圆弧直径2.4mm,总电长度为28.17mm,阻抗为104Ω;
TL21段微带线U形弧的圆弧直径3.36mm,总电长度为29.13mm,阻抗为85Ω;
TL17段微带线U形弧的圆弧直径4.59mm,总电长度为29.11mm,阻抗为69Ω;
TL22段微带线U形弧的圆弧直径2.52mm,总电长度为28.63mm,阻抗为70Ω;
TL15段微带线U形弧的圆弧直径3.4mm,总电长度为29.37mm,阻抗为57Ω;
TL16段微带线U形弧的圆弧直径4.6mm,总电长度为29.26mm,阻抗为46.5Ω;
TL3段微带线U形弧的圆弧直径7.37mm,总电长度为28.26mm,阻抗为85Ω;
TL5段微带线U形弧的圆弧直径7.36mm,总电长度为29.89mm,阻抗为70Ω;
TL8段微带线U形弧的圆弧直径7.33mm,总电长度为29.44mm,阻抗为57Ω;
TL27段微带线U形弧的圆弧直径1.96mm,总电长度31.16mm,阻抗为137Ω;
TL24段微带线U形弧的圆弧直径2.33mm,总电长度为31.73mm,阻抗为99Ω;
TL30段微带线U形弧的圆弧直径3.09mm,总电长度为33.75mm,阻抗为68Ω;
TL28段微带线U形弧的圆弧直径1.15mm,总电长度为32.05mm,阻抗为137Ω;
TL24段微带线U形弧的圆弧直径1.1mm,总电长度为29.08mm,阻抗为99Ω;
TL31段微带线U形弧的圆弧直径1.4mm,总电长度为31.634mm,阻抗为68Ω;
TL11段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω;
TL12段微带线U形弧的圆弧直径3.6mm,总电长度为35.45mm,阻抗为50Ω。
6.如权利要求5所述的一种L波段小型微带的功率分配器,其特征在于:
R7=120Ω;R6=390Ω;R5=420Ω;R1=100Ω;R2=200Ω;R4=400Ω;R11=R10=40Ω;R8=R9=120Ω;R13=R12=400Ω。
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