CN117080707B - 宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，通过采用集成薄膜电阻型高频特性印制板实现高隔离度；印制电路通过采用一体成型工艺实现完美地分配比输出，同时一体成型工艺可以保证理想的附加带线损耗和优良的端口幅相一致性；产品结构内部的独立通道槽设计，与一体成型式的印制板精密配合安装，槽内与印制板对应缺陷地的位置，铣出轮廓与缺陷地匹配的凹槽，使得印制带线具有超高阻特性，进而实现最大分配比达1:40的功率分配。通过由简入繁的设计思想，将一分八不等分功分器进行合理的拆分重组，通过不同分配比的一分二不等分功分器级联仿真，从而实现最终一分八不等分功分器输出。
Description
技术领域
本发明属于不等分功分器技术领域，具体地说，是涉及一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器。
背景技术
当代微波系统中，在超宽带脉冲电磁场的应用中，为了提高雷达距离分辨能力，就须要使用短的时域脉冲。虽然提高了分辨率，但对应的能量就随之减小，雷达探测距离就减小了。为了提高雷达的探测距离，可以增加脉冲功率，但现有条件下，高功率会有一系列技术难题，而且源的功率也有一定的限度。因此采用阵列天线的技术来提高探测距离就是一个不错的选择，而阵列天线的关键技术除了天线本身外，功分器的研制就起到了决定性的作用，特别是不等分功分器的研制及其性能指标就尤为重要。
功分器是一种三端口电路，他既能以功率分配的形式又能以功率合成的形式进行应用。信号输入端功率为P0，其它两个输出端口的功率为P1、P1。理论上，由能量守恒定律可知，P0=P1+P2，等分功分器输出端口功率P1=P2，不等分功分器输出端口功率P1≠P2。目前市面上的功分器主流设计仍是采用Wilkinson功分器设计方案，等分功分器已经大量应用于各种场景，不等分功分器由于其特殊性，也小范围应用。特别是大功率分配比、多路输出等原因使得不等分功分器难以实现。不等分功分器由于其指标实现难，加工精度高、制造成本贵、调试难度大等特点，应用场景受到了一定限制，但其市场应用价值是特别高的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，主要解决现有不等分功分器加工精度高、制造成本贵、调试难度大的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，包括：1个输入端、1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器、8个输出端；其中，2个3：1不等分功分器分别记为第一3：1不等分功分器、第二3：1不等分功分器；4个1：1等分功分器分别记为第一1：1等分功分器、第二1：1等分功分器、第三1：1等分功分器、第四1：1等分功分器；其中，
所述1：4不等分功分器的输入端作为所述一分八不等分功分器的输入端，所述1：4不等分功分器的两个输出端分别作为第一3：1不等分功分器的输入端、第一1：1等分功分器的输入端；
所述第一3：1不等分功分器的两个输出端分别作为第二3：1不等分功分器的输入端、第二1：1等分功分器的输入端；
所述第一1：1等分功分器的两个输出端分别作为第三1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的一个输出端；
所述第三1：1等分功分器的两个输出端分别作为第四1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的又一个输出端；
所述第二3：1不等分功分器的两个输出端、第二1：1等分功分器的两个输出端、第四1：1等分功分器的两个输出端作为所述一分八不等分功分器的其余6个输出端；
所述1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器通过传输线设置在印制板上，所述印制板通过盖板封装于实现信号屏蔽的壳体内；所述壳体上铣削出对应于所述1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器形成的每条功分链路的独立通道槽，所述独立通道槽的平面尺寸与印制板轮廓相配合；所述独立通道槽的底面对应印制板的缺陷地的位置铣有缺陷地凹槽；所述壳体的上下侧面设置有用于实现射频信号输入输出的射频连接器；所述射频连接器的内部导体针与印制板的微带线焊接。
进一步地，在本发明中，所述印制板为高频特性印制板，印制板的介电常数为2.2，正切角损耗为0.0009，板材厚度为0.127mm。
进一步地，在本发明中，所述壳体上铣削有两层台阶面，分为内层台阶面和外层台阶面；所述内层台阶面上设置有螺钉孔，所述内层台阶面上通过螺钉孔螺纹连接有内盖板；所述外层台阶面按功分链路的不同走向，由内层台阶面在隔离每条功分链路上做出的凸出台阶面形成；所述外层台阶面通过外盖板密封安装。
进一步地，在本发明中，所述壳体的上下侧面还设置有带锥度式的导向销，所述壳体的左右侧面设置有滑轨。
进一步地，在本发明中，所述壳体的底面设置有规律间距分布的散热通槽。
进一步地，在本发明中，所述内盖板和外盖板均选用铝合金材料，表面采用本色导电氧化处理；所述内盖板分割成多个；且每个内盖板几何尺寸不同，固有频率不同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过由简入繁的设计思想，将一分八不等分功分器进行合理的拆分重组，通过不同分配比的一分二不等分功分器级联仿真，从而实现最终一分八不等分功分器输出。
（2）本发明通过引入缺陷地设计思想，可以最大可能得提高超高阻线的阻抗，实现最大1:40功率分配比。
（3）本发明通过一体加工切割成型，保证了印制微带线的精度，保证镀层厚度、线宽、线长、倒角等满足预期的设计精度，从而实现不等分功分器准确的功率分配比和高幅相一致性。
（4）本发明通过一体成型工艺，将电阻集成到印制电路上，实现不等分功分器的隔离度。由于薄膜电阻的制作工艺可以使得薄膜电阻最高频率达到40GHz以上，与传统的片式电阻相比，工作频段更宽，寄生参数更小，操作更便捷，不需要使用额外的焊接或粘接工艺来实现电阻的安装。
（5）本发明的射频连接器使用光孔型SMP连接器，系统上使用的是全擒纵SMP型连接器，彼此配合可以轻易实现与系统啮合和分离，通过锥度式导向销、滑轨、螺钉固定等又能保证安装配合的紧密型。
附图说明
图1为本发明的电路简图。
图2为本发明的电路详细框图。
图3为本发明实施例中1：4不等分功分器原理图。
图4为本发明实施例中1：4不等分功分器3D仿真模型。
图5为本发明实施例中1：4不等分功分器驻波仿真曲线。
图6为本发明实施例中1：4不等分功分器损耗、隔离度仿真曲线。
图7为本发明的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器3D仿真模型。
图8为本发明的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器损耗仿真曲线。
图9为本发明的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器回波损耗仿真曲线。
图10为本发明的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器隔离度仿真曲线。
图11为本发明的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器相位一致性仿真曲线。
图12为本发明-实施例中壳体结构特征说明。
图13为图12中A部的局部放大图。
图14为本发明-实施例的装配示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-印制板，2-壳体，3-独立通道槽，4-缺陷地凹槽，5-射频连接器，6-内层台阶面，7-外层台阶面，8-内盖板，9-外盖板，10-导向销，11-滑轨，12-散热通槽。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1所示，本发明公开的一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，不等分功分器实现一分八不等分功分输出，具体功率分配比及理论损耗要求如下表1所示。
表1功率分配比及理论损耗要求
根据表1中功率分配比的要求，将一分八不等分功分器功分器进行拆分，通过拆分后，确定了最终的详细框图，如图2。由图2可知，该一分八不等分功分器可由1个1:4不等分功分器、2个3:1不等分功分器、4个1:1等分功分器组合而成。
即该一分八不等分功分器包括：1个输入端、1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器、8个输出端；其中，2个3：1不等分功分器分别记为第一3：1不等分功分器、第二3：1不等分功分器；4个1：1等分功分器分别记为第一1：1等分功分器、第二1：1等分功分器、第三1：1等分功分器、第四1：1等分功分器；其中，所述1：4不等分功分器的输入端作为所述一分八不等分功分器的输入端，所述1：4不等分功分器的两个输出端分别作为第一3：1不等分功分器的输入端、第一1：1等分功分器的输入端；
所述第一3：1不等分功分器的两个输出端分别作为第二3：1不等分功分器的输入端、第二1：1等分功分器的输入端；所述第一1：1等分功分器的两个输出端分别作为第三1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的一个输出端；所述第三1：1等分功分器的两个输出端分别作为第四1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的又一个输出端；所述第二3：1不等分功分器的两个输出端、第二1：1等分功分器的两个输出端、第四1：1等分功分器的两个输出端作为所述一分八不等分功分器的其余6个输出端。
在本实施例中，所述1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器通过传输线设置在印制板1上，所述印制板1通过盖板封装于实现信号屏蔽的壳体2内。其中，所述印制板1为高频特性印制板，印制板1的介电常数为2.2，正切角损耗为0.0009，板材厚度为0.127mm。它能实现高频信号的传输。
如图12~图14所示，在本实施例中，所述壳体2采用切削加工工艺优良的铝合金为材料，根据印制板1电路上由1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器形成的每条功分链路的链路走向，在所述壳体2上铣削每条功分链路对应的独立通道槽3，该槽的平面尺寸与印制板1轮廓采用精密的配合，并要求加工槽的底面具有较高的平面度，使印制板1能平整安装，保证接地性能优良。该独立通道槽3底面对应印制板缺陷地的位置，铣出与之匹配的缺陷地凹槽，使得印制线呈超高阻特性，进而实现最大分配比达1:40的功率分配。
再者，在壳体上铣削出两层台阶面，内层台阶面6设计的螺钉孔与内盖板8配合安装，按功分链路的不同走向，内层台阶面6在隔离每条功分链路上，做出凸出台阶面，此处的凸出台阶面即为外层台阶面7，这个台阶面的存在，实现了较低的辐射损耗、优异的隔离屏蔽特性。外层台阶面作用于与外盖板9密封安装。外层台阶面内部冗余区域铣削除料，即减重处理，可实现产品轻量化。
壳体2的上下侧面有用于焊锡烧结的射频连接器5的台阶孔，该侧面还设计带锥度式的导向销10，左右侧面则设计滑轨11，方便产品在特定使用环境中精准定位与滑动。壳体2的底面设计为有规律间距分布的散热通槽12，使产品更加轻便，还有效地为整体工作系统中的工作环境提供了流体通道，保证了良好的散热条件。机械切削加工完成后，壳体2整体先进行本色导电氧化处理，使之具备优良的抗表面氧化的特性，进而在每条独立通道槽内和侧面台阶孔内表面进行局部镀金，可以锡焊烧结印制板1和射频连接器5，使之具备优异的可焊性和电气特性。
在本实施例中，内盖板8和外盖板9，均选用铝合金材料，表面采用本色导电氧化处理，有效地防止表面氧化。特别说明的是，内盖板8分割成多个，满足了产品在调测过程拆装的便捷性，且每个内盖板几何尺寸不同，固有频率也不同，产品在随机振动工作的环境中，即有效地避免了共振现象，保证了产品在振动环境中使用的稳定性。外盖板9与壳体2之间采用激光封焊工艺实现密封，以其材质均为铝合金，熔点相同，遂密封效果优良。
在本实施例中，射频连接器使用光孔型SMP连接器，该射频连接器为盲插式光孔特性，其内部导体针与印制板1微带线焊接，实现了本发明的一分八不等分功分信号的传输。前文已述，壳体2在射频连接器侧的锥度式导向销、滑轨的结构特征，当产品在特定的整体工作系统环境中工作时，滑轨的直线运动加导向销的同心定位的形式，实现射频连接器5直接快速啮合与分离,有效地减少了拆装时间，提高了工作效率。
具体地，功分器原理图如图3，公共端输入功率P0，输出端功率分别为P1、P2。此时，令k=sqrt（P2/P1），功分器各枝节阻抗分别计算如下：
根据上述公式可计算出功分器各枝节阻抗，枝节长度均为工作频率1/4波长。同时依据所选用材料，即可得出印制线的尺寸。
一分二不等分功分器各输出端口分配损耗计算公式为：
其中，LP1为1端口分配损耗，LP2为2端口分配损耗。
将计算出的结果带入2维仿真软件进行仿真，仿真原理图如图3；经仿真软件优化仿真后，将仿真结果带入三维仿真模型中，三维仿真模型见图4；经过仿真优化，得出最终一分二仿真结果，如图5、图6。
同理，分别对一比一功分器、一比三功分器、一比四功分器进行仿真，将仿真结果带入三维模型中，建立最终一分八不等分功分器模型，见图7。对一分八不等分功分器进行仿真、优化、再仿真……，反复多次优化，得到最后仿真结果，如图8、图9、图10、图11。图8所示为公共端至各端口输出损耗，由图可知，各级损耗与链路仿真损耗抑制，将仿真损耗扣除相应的理论损耗后，各端口插入线损基本保持一致，能实现幅度一致性≤±0.5dB要求；图9所示为各端口的回波损耗。图中“11GHz”纵轴中从上至下分别对应“公共端回波损耗”、“八端口回波损耗”、“七端口回波损耗”、“五、六端口回波损耗”、“四端口回波损耗”、“一端口回波损耗”、“二、三端口回波损耗”。由图可知，回波损耗最差为-12dB，经过调试后回波损耗能进一步改善，可实现各端口驻波比小于等于1.5：1；图10所示为各输出端口间隔离度。图中“11GHz”纵轴中从上至下分别对应“一、四端口间隔离度”、“一、三端口间隔离度”、“一、六端口间隔离度”、“一、七端口间隔离度”、“一、八端口间隔离度”。由图可知，隔离度最差为-25dB，实现了端口之间的高隔离度，对相邻信号的屏蔽起到了非常重要的作用；图11所示为各端口相对于一端口的相位一致性，其中，图中“12GHz”纵轴中从上至下分别对应“七端口相对于一端口相位差”、“四端口相对于一端口相位差”、“八端口相对于一端口相位差”、“五端口相对于一端口相位差”、“六端口相对于一端口相位差”、“三端口相对于一端口相位差”、“二端口相对于一端口相位差”。由图可知，相位一致性在8GHz～12GHz范围内能满足±5°的要求。综上所述，本发明的一种高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器实现了高频、高分配比、一体成型式、高幅相一致性、高隔离度一分八不等分功分器。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，包括：1个输入端、1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器、8个输出端；其中，2个3：1不等分功分器分别记为第一3：1不等分功分器、第二3：1不等分功分器；4个1：1等分功分器分别记为第一1：1等分功分器、第二1：1等分功分器、第三1：1等分功分器、第四1：1等分功分器；其中，
所述1：4不等分功分器的输入端作为所述一分八不等分功分器的输入端，所述1：4不等分功分器的两个输出端分别作为第一3：1不等分功分器的输入端、第一1：1等分功分器的输入端；
所述第一3：1不等分功分器的两个输出端分别作为第二3：1不等分功分器的输入端、第二1：1等分功分器的输入端；
所述第一1：1等分功分器的两个输出端分别作为第三1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的一个输出端；
所述第三1：1等分功分器的两个输出端分别作为第四1：1等分功分器的输入端和所述一分八不等分功分器的又一个输出端；
所述第二3：1不等分功分器的两个输出端、第二1：1等分功分器的两个输出端、第四1：1等分功分器的两个输出端作为所述一分八不等分功分器的其余6个输出端；
所述1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器通过传输线设置在印制板（1）上，所述印制板（1）通过盖板封装于实现信号屏蔽的壳体（2）内；所述壳体（2）上铣削出对应于所述1个1：4不等分功分器、2个3：1不等分功分器、4个1：1等分功分器形成的每条功分链路的独立通道槽（3），所述独立通道槽（3）的平面尺寸与印制板（1）轮廓相配合；所述独立通道槽（3）的底面对应印制板（1）的缺陷地的位置铣有缺陷地凹槽（4）；所述壳体（2）的上下侧面设置有用于实现射频信号输入输出的射频连接器（5）；所述射频连接器（5）的内部导体针与印制板（1）的微带线焊接。
2.根据权利要求1所述的宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，所述印制板（1）为高频特性印制板，印制板（1）的介电常数为2.2，正切角损耗为0.0009，板材厚度为0.127mm。
3.根据权利要求2所述的宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，所述壳体（2）上铣削有两层台阶面，分为内层台阶面（6）和外层台阶面（7）；所述内层台阶面（6）上设置有螺钉孔，所述内层台阶面（6）上通过螺钉孔螺纹连接有内盖板（8）；所述外层台阶面（7）按功分链路的不同走向，由内层台阶面在隔离每条功分链路上做出的凸出台阶面形成；所述外层台阶面（7）通过外盖板（9）密封安装。
4.根据权利要求3所述的宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，所述壳体（2）的上下侧面还设置有带锥度式的导向销（10），所述壳体（2）的左右侧面设置有滑轨（11）。
5.根据权利要求4所述的宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，所述壳体（2）的底面设置有规律间距分布的散热通槽（12）。
6.根据权利要求5所述的宽带高频一体成型式高幅相一致性一分八不等分功分器，其特征在于，所述内盖板（8）和外盖板（9）均选用铝合金材料，表面采用本色导电氧化处理；所述内盖板分割成多个；且每个内盖板几何尺寸不同，固有频率不同。
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| Publication number | Publication date |
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