CN1956257A - 一种高收发隔离的混合环行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于雷达、通信系统单天线方案中进行收发隔离的环行器，具体地说是一种适用于各种频段的微波通信系统中的新型高收发隔离的混合环行器。包括复合在介质衬底上的三个功分器和一个混合环，所述功分器和混合环的等分端依次串联呈环型，所述混合环的差端为环行器的发射端，其中一个功分器的和端为环行器的天线端，另外一个功分器的和端为环形器的接收端，其余各端口分别设有接地电阻。本发明具有成本低、收发隔离度高等优点。

Description

一种高收发隔离的混合环行器
技术领域
本发明涉及一种用于雷达、通信系统单天线方案中进行收发隔离的环行器，具体地说是一种适用于各种频段的微波通信系统中的新型高收发隔离的混合环行器。
背景技术
在雷达、通信等系统中，常采用单天线方案以减少系统的体积。单天线方案需要环行器进行收发隔离，常用的铁氧体环行器成本较高，且隔离度较低，发射功率泄漏到接收端，容易使接收端的低噪声放大器饱和，限制了系统中的应用。在低成本的收发系统中，也可采用单个功分器或混合环代替铁氧体环行器。用单个功分器或混合环作环行器，发射功率和接收功率损耗一半，但成本可大大降低。功分器或混合环的环行器隔离度和铁氧体环形器相当，其隔离度在20dB左右，同样限制了其在系统中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种收发隔离度高、结构简单、成本低的混合环形器，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种高收发隔离的混合环行器，其特征在于，包括复合在介质衬底上的三个功分器和一个混合环，所述功分器为包括一个和端和两个等分端的微带线功分器；所述混合环为微带线混合环包括一个和端、一个差端和两个等分端，各端口之间通过环型臂相连；所述功分器和混合环的等分端依次串联呈环型，所述混合环的差端为环行器的发射端，其中一个功分器的和端为环行器的天线端，另外一个功分器的和端为环形器的接收端，其余各端口分别设有接地电阻。
与混合环相邻的一个功分器的和端为环行器的天线端，与混合环相对的功分器的和端为环形器的接收端。
所述功分器的和端向等分端分出的两臂在两个等分端的端口之间通过贴片电阻相连。
由以上公开的技术方案可知，本发明与现有技术相比具有如下优点：
从混合环行器发射端输入的信号，首先被混合环反向等分成两路信号，然后，两路反向信号的一半功率分别从两个功分器的等分端传输到和端，一个功分器的和端作为天线端，另一个功分器的和端通过50欧姆电阻接地；两路反向信号的另一半功率分别消耗在两个功分器的电阻上，极小的功率分别泄漏到两个功分器的另一个等分端。最后两路反向泄漏的功率通过第三个功分器的两个等分端输出到和端，两者大小相等、相位相反，互相抵消，因此发射端泄漏到接收端的功率极小，起到很好的隔离。
此外，本发明混合环行器中的混合环和功分器各端口以及连接臂均采用微带线，从而降低了环行器的生产成本。由于本发明具有收发隔离度高、成本低等优点，为环行器应用到各种单天线系统提供了保证。不仅能应用在汽车防撞雷达收发前端中，而且能很好的应用在单天线雷达、通信等系统中。
附图说明
图1为本发明混合环行器的结构示意图；
图2为本发明混合环行器的发射端到天线端的损耗；
图3为本发明混合环行器的天线端到接收端的损耗；
图4为本发明混合环行器的发射端到接收端的隔离度；
图5为功分器的结构示意图；
图6为功分器的同向等分损耗；
图7为功分器的等分端口的隔离度；
图8为混合环的结构示意图；
图9为混合环的幅度同向等分损耗；
图10为混合环的幅度反向等分损耗
图11为混合环反向等分的相位差；
图12为混合环同向等分的相位差；
图13为混合环差端到和端的隔离度；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2和图6所示，本发明高收发隔离度的混合环行器，包括复合在介质衬底上的三个功分器1和一个混合环2，所述功分器1为包括一个和端101和两个等分端102、103的微带线功分器；所述混合环2为微带线混合环包括一个差端201、一个和端202和两个等分端203、204，混合环各端口之间通过环型臂相连；所述功分器1和混合环2的等分端依次串联呈环型，所述混合环2的差端201为环行器的发射端3，其中一个功分器的和端为环行器的天线端4，另外一个功分器的和端为环形器的接收端5，其余各端口6、7分别设有接地电阻。
具体实施例
如图1所示，为级连一个混合环(图8)和三个功分器(图5)的混合环行器，该混合环形器制作在厚度为0.254mm，介电常数为2.2的5880复合材料衬底上。端口3为发射端口，端口5为接收端口，端口4为天线端口，其中端口4和端口7可互换；端口6、和端口7分别接50Ω电阻到地，端口接地电阻为0402型号的贴片薄膜电阻。微调等分功率臂的长度，使环行器的中心频率在25GHz，环行器发射端3到天线端4的损耗和天线端4到接收端5的损耗分别如图2和图3，图4给出了发射端3到接收端5的隔离度。从图中可以看出发射端传输到天线端的功率和天线端传输到接收端的功率分别降低了6dB左右，但隔离度提高到60dB以上。
如图1和图5所示，功分器参数如下：
所述功分器的3个端口101、102、103均选取宽度为0.77mm、特征阻抗为50Ω的微带线，功分器的两臂为特征阻抗为70.7Ω的微带线，臂的长度为25GHz频率的四分之一波长。
所述功分器1的和端101向等分端分出的两臂104、105在两个等分端的起始端口106、107之间通过100Ω电阻108相连；仿真时用宽和长均为0.54mm的薄膜电阻，实际调试时用相同尺寸的0402型号的贴片电阻代替。
微调功分器两臂的长度，使中心频率在25GHz，功分器的同向等分损耗和等分端口的隔离度分别如图6和图7。从图中可以看出功分器的和端传输到两个等分端的功率分别降低了3dB左右，隔离度较低，在20dB左右。
如图1和图8所示，混合环参数如下：
所述的混合环的四个端口201、202、203、204均选取宽度为0.77mm、特征阻抗为50Ω的微带线。
所述混合环2的差端201到第一等分端203、第一等分端203到和端202、和端202到第二等分端204之间的环型臂205的中心弧长为中心频率的四分之一波长；第二等分端204到差端201之间的环型臂206的中心弧长为中心频率的四分之三波长，环型臂205、206为特征阻抗为70.7Ω的微带线，中心频率为25GHz。微调环行臂的宽度和直径，使混合环的中心频率在25GHz，环行器的同向和反向等分损耗和同向反向相位差分别如图9、图10、图11和图12，差端到和端的隔离度如图13。从图中可以看出混合环的和端和差端传输到两个等分端的功率分别降低了3dB左右，和端同向等分，差端反向等分，差端到和端的隔离度在30dB左右。

Claims (9)

1.一种高收发隔离的混合环行器，其特征在于，包括复合在介质衬底上的三个功分器和一个混合环，所述功分器为包括一个和端和两个等分端的微带线功分器；所述混合环为微带线混合环包括一个和端、一个差端和两个等分端，各端口之间通过环型臂相连；所述功分器和混合环的等分端依次串联呈环型，所述混合环的差端为环行器的发射端，其中一个功分器的和端为环行器的天线端，另外一个功分器的和端为环形器的接收端，其余各端口分别设有接地电阻。
2.根据权利要求1所述的混合环行器，其特征在于，与混合环相邻的一个功分器的和端为环行器的天线端，与混合环相对的功分器的和端为环形器的接收端。
3.根据权利要求1所述的混合环行器，其特征在于，所述功分器的和端向等分端分出的两臂在两个等分端的起始端口之间通过贴片电阻相连。
4.根据权利要求1所述的混合环行器，其特征在于，所述的混合环的和端到第一等分端、第一等分端到差端、差端到第二等分端之间的环型臂的中心弧长为中心频率的四分之一波长；第二等分端到和端之间的环型臂的中心弧长为中心频率的四分之三波长。
5.根据权利要求4所述的混合环行器，其特征在于，所述混合环的环型臂为特征阻抗为70.7Ω的微带线，中心频率为25GHz。
6.根据权利要求1所述的混合环行器，其特征在于，所述功分器的3个端口均选取宽度为0.77mm、特征阻抗为50Ω的微带线，功分器的两臂为特征阻抗为70.7Ω的微带线，臂的长度为中心频率25GHz的四分之一波长。
7.根据权利要求1所述的混合环行器，其特征在于，所述的混合环的四个端口均选取宽度为0.77mm、特征阻抗为50Ω的微带线。
8.根据权利要求3所述的混合环行器，其特征在于，所述接地电阻为50Ω贴片薄膜电阻，功分器两臂在两个等分端的端口之间的电阻为100Ω的贴片薄膜电阻。
9.根据权利要求3所述的混合环行器，其特征在于，所述介质衬底的厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
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