CN115632232A - 一种宽带平衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带平衡器，包括印制化短路型双线平衡器和屏蔽腔，其中双线平衡器设置有三层电路，中间层电路包括电连接的第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节，两侧电路包括依次电连接的短路双线段、第二阻抗补偿变换段和双线输出段，短路双线段与中间层电路相对应；屏蔽腔设置为1/4波长短路‑开路腔，短路双线段设置于屏蔽腔内，且对称线与屏蔽腔的轴线重合，双线平衡器的短路位置与屏蔽腔的短路位置相连接。本发明可解决直馈式宽带平面螺旋类、锥螺旋类和偶极子激励背腔类等天线形式的平衡馈电，实现横向尺寸压缩，消除波束歪头与方向图畸变等问题，提高产品的可生产性，降低生产成本。

Description

一种宽带平衡器

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，尤其涉及一种宽带平衡器。

背景技术

平衡馈电技术是解决电磁传播的不平衡模式与平衡模式之间的转换技术，俗称“巴伦(balun)”技术。目前，天线馈电的巴伦种类很多。在频率较低的情况下，宽带平衡馈电多采用传输线线变压器实现，带宽可达DC～2GHz范围，但在频率较高时，传输线变压器磁损耗大，分布电感效应难以控制，工程上用途不大。在频率较高时，宽带平衡馈电技术多采用短路型双线平衡器、共面波导平衡器、并联式腔式平衡器、串联腔式平衡器和平面集成平衡器，其中：

(1)短路型双线平衡器是宽带振子类天线馈电的主体，带宽一般在4：1～7：1之间，其优点是结构简单，但频率较高时存在短路双线辐射泄漏大的缺陷。

(2)共面波导平衡器本质上是短路型双线平衡器与同轴裂缝平衡器的结合，其带宽和短路型双线平衡器相当，其优点是结钩简单，易于集成，但是同样存在辐射泄漏严重的缺陷。

(3)并联式腔式平衡器是将非平衡传输线的正极与负极交换后再用半波长短路腔控制射频辐射构成的一种宽带平衡器，优点是频率低端截止较缓慢，原理带宽可达36：1，工程上的实际带宽一般在10：1～15：1之间，在宽带锥螺旋的馈电中选用较多，缺点是结构较复杂，横向尺寸相对较大，不利于直馈式宽带螺旋类天线的小型化。

(4)串联式腔体平衡器也称Machand平衡器，带宽一般在10：1左右，工程上进行参数折中处理，带宽可达到15：1，在宽带平面螺旋的馈电中选用较多，但结构复杂，横向尺寸相对较大，不利于直馈式宽带螺旋类天线的小型化。

(5)平面集成式宽带平衡器的种类较多，主要用于宽带射频电路，其最大缺点是传输损耗大和功率容量低，在天线的馈电中应用并不多。

商用直馈式宽带螺旋类天线常用的微带-平板线平衡器或同轴线切削式平衡器(带宽可达100：1)，号称“宽带巴伦”，实际上双线平衡性差的本质并未解决，导致该类馈电天线部分频点波束歪头问题和畸变未从根本上解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种宽带平衡器，结合了短路型双线平衡器和串联式腔式平衡器优点，可解决直馈式宽带平面螺旋类、锥螺旋类和偶极子激励背腔类等天线形式的平衡馈电，实现横向尺寸压缩，消除波束歪头与方向图畸变等问题，提高产品的可生产性，降低生产成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种宽带平衡器，包括：

印制化短路型双线平衡器，其设置有三层电路，中间层电路包括电连接的第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节，两侧电路包括依次电连接的短路双线段、第二阻抗补偿变换段和双线输出段，所述短路双线段与所述中间层电路相对应；

屏蔽腔，其设置为1/4波长短路-开路腔，所述短路双线段设置于所述屏蔽腔内，且对称线与所述屏蔽腔的轴线重合，所述印制化短路型双线平衡器的短路位置与所述屏蔽腔的短路位置相连接。

进一步地，所述中间层电路还包括输入匹配段，所述输入匹配段、第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节依次电连接。

进一步地，所述输入匹配段、第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节依次连接形成U形结构。

进一步地，所述屏蔽腔与所述短路双线段构成高阻抗1/4波长抑制腔，抑制双线辐射。

进一步地，所述屏蔽腔设置为空心柱状结构。

进一步地，所述中间层电路两侧的短路双线段通过金属化过孔相连接。

进一步地，所述中间层电路两侧的短路双线段通过短路线相连接。

进一步地，所述中间层电路和两侧电路设置于介质基片层上。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的宽带平衡器结合了短路型双线平衡器和串联式腔式平衡器优点，可解决直馈式宽带平面螺旋类、锥螺旋类和偶极子激励背腔类等天线形式的平衡馈电，实现横向尺寸压缩，消除波束歪头与方向图畸变等问题，提高产品的可生产性，降低生产成本。

(2)本发明的印制化短路型双线平衡器采用三层印制技术，结构简洁，可解决批量化生产产品的一致性问题和降低成本。

(3)本发明的宽带平衡器的带宽可控制在4：1～10：1范围(X波段以内)，与四阶Machand平衡器相当。

(4)本发明的宽带平衡器的插损可控制在1dB以内(含端口反射引入的损耗、介质损耗、金属损耗和辐射损耗等)。

附图说明

图1是本发明实施例的宽带平衡器结构示意图。

图2是本发明实施例的印制化短路型双线平衡器外侧电路示意图。

图3是本发明实施例的印制化短路型双线平衡器中间层电路示意图。

图4是本发明实施例的一种宽度平衡器的S参数示意图。

附图标记：1-屏蔽腔，2-印制化短路型双线平衡器，3-短路双线段，4-第二阻抗补偿变换段，5-双线输出段，6-介质基片层，7-金属化过孔或短路线，8-低阻抗开路耦合节，9-第一阻抗补偿变换段，10-输入匹配段。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本实施例提供了一种宽带平衡器，如图1所示，包括印制化短路型双线平衡器2和屏蔽腔1，其中印制化短路型双线平衡器2设置有三层电路。如图2所示，两侧电路包括依次电连接的短路双线段3、第二阻抗补偿变换段4和双线输出段5。如图3所示，中间层电路包括依次电连接的输入匹配段10、第一阻抗补偿变换段9和低阻抗开路耦合节8，中间层电路与两侧电路的短路双线段3相对应。

如图1所示，屏蔽腔1设置为1/4波长短路-开路腔，短路双线段3设置于屏蔽腔1内，且对称线与屏蔽腔1的轴线重合，印制化短路型双线平衡器2的短路位置与屏蔽腔1的短路位置相连接。屏蔽腔1与短路双线段3构成高阻抗1/4波长抑制腔，从而抑制双线辐射。

优选地，如图2所示，中间层电路两侧的短路双线段3通过金属化过孔或短路线7相连接。

优选地，如图2所示，中间层电路和两侧电路均设置于介质基片层6上。

优选地，如图3所示，输入匹配段10、第一阻抗补偿变换段9和低阻抗开路耦合节8依次连接形成U形结构。

优选地，如图1所示，屏蔽腔1设置为空心柱状结构。

具体地，如图4所示为本实施提供的一种425MHz～2250MHz的宽带平衡器S参数示意图，该宽带平衡器的插入损耗控制在0.5dB以内，全频段的端口驻波系数均不大于2。

具体地，本实施例的印制化短路型双线平衡器2和屏蔽腔1可根据具体的频段范围和具体使用需求进行调整。本实施例的宽带平衡器从原理看可视为四阶Machand平衡器的折叠变异，其原始电气参数可根据常规Machand平衡器解析模型进行参数优化，再根据工程可实现需求进行优化调整，例如重点降低印制化处理引入的分布电感和分布电容所带来的不利影响。鉴于该平衡器的辐射极小，可嵌入对称类天线内部进行馈电，从而压缩天线的纵向尺寸与横向尺寸。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种宽带平衡器，其特征在于，包括：

印制化短路型双线平衡器，其设置有三层电路，中间层电路包括电连接的第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节，两侧电路包括依次电连接的短路双线段、第二阻抗补偿变换段和双线输出段，所述短路双线段与所述中间层电路相对应；

屏蔽腔，其设置为1/4波长短路-开路腔，所述短路双线段设置于所述屏蔽腔内，且对称线与所述屏蔽腔的轴线重合，所述印制化短路型双线平衡器的短路位置与所述屏蔽腔的短路位置相连接。

2.根据权利要求1所述的宽带平衡器，其特征在于，所述中间层电路还包括输入匹配段，所述输入匹配段、第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节依次电连接。

3.根据权利要求2所述的宽带平衡器，其特征在于，所述输入匹配段、第一阻抗补偿变换段和低阻抗开路耦合节依次连接形成U形结构。

4.根据权利要求1所述的宽带平衡器，其特征在于，所述屏蔽腔与所述短路双线段构成高阻抗1/4波长抑制腔，抑制双线辐射。

5.根据权利要求1所述的宽带平衡器，其特征在于，所述屏蔽腔设置为空心柱状结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述的宽带平衡器，其特征在于，所述中间层电路两侧的短路双线段通过金属化过孔相连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的宽带平衡器，其特征在于，所述中间层电路两侧的短路双线段通过短路线相连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述的宽带平衡器，其特征在于，所述中间层电路和两侧电路设置于介质基片层上。

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