CN219553859U - 一种应用于毫米波频段的低损耗功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于低损耗功分器技术领域，尤其为一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，包括上金属盖板、PCB板以及下金属盖板，所述PCB板的上、下侧分别紧密结合有上金属盖板和下金属盖板，且所述上金属盖板和所述下金属盖板上分别设有空气凹槽一和空气凹槽二；通过传输线采用空气方同轴结构设计，各端口对外连接采用台阶式馈电方式连接，介质板采用厚度为0.127mm的Rogers5880材料，实现了各个端口电压驻波比小于1.5的端口匹配，实现了传输损耗小于0.3dB的低损耗特性，同时实现了端口隔离度优于25dB的高隔离特性，本申请在未牺牲功分器隔离度的前提下，实现了应用于毫米波频段功率分配器良好的端口匹配特性，以及良好的低损耗性能。

Description

一种应用于毫米波频段的低损耗功分器

技术领域

本实用新型属于低损耗功分器技术领域，具体涉及一种应用于毫米波频段的低损耗功分器。

背景技术

毫米波频段是指30-300GHz频率范围内的电磁频谱。与微波频段相比，毫米波具有波长短、频带宽、信息容量大等特点，近些年来，随着高速宽带无线通信、汽车辅助驾驶、安检、医学检测等应用领域的强烈需求，毫米波技术在民用领域也得到了广泛研究和应用，作为毫米波雷达系统重要组成部分，毫米波无源电路的性能对整个雷达系统有重大的影响。

功分器是毫米波无源电路的关键电路；

近几十年，随着无线通信的迅速发展，对功分器提出了越来越高的要求，如应用频段要求更高、插入损耗要求更小、功率容量要求更大等。现有的功分器常采用微带传输线构成的Wilkinson功分器，尽管其在低频段可实现优良的特性，便于加工与制作，但随着频率的升高，微带传输线固有的色散大、损耗大等缺点逐渐暴露出来，并且由于电磁能量的主传输区域为介质内部，导致低损耗的微带功分器往往伴随着价格高昂的介质基板，从而难以实现高频低损耗特性，难以应用到毫米波频段；

因此，在现有技术的前提下，如何实现毫米波频段功分器的低损耗特性是毫米波无源电路领域急需解决的难题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，具有在毫米波频段传输损耗低的特点。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，包括上金属盖板、PCB板以及下金属盖板，所述PCB板的上、下侧分别紧密结合有上金属盖板和下金属盖板，且所述上金属盖板和所述下金属盖板上分别设有空气凹槽一和空气凹槽二；所述PCB板包括介质板，所述介质板的正面印刷有中心导带与金属接地面，介质板的背面印刷有金属接地面，且所述介质板上靠近所述中心导带外侧的位置处布设有若干个金属化过孔，所述中心导带的末端设有馈电探针，所述空气凹槽一和所述中心导带以及所述空气凹槽二和所述中心导带之间均组成方同轴传输线，所述上金属盖板的边侧留有九个空气凹槽台阶，与所述馈电探针配合使用。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述中心导带与所述介质板正面印刷的金属接地面之间留有1mm的缝隙。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述上金属盖板上的边侧位置贯通有通孔一，所述PCB板上与通孔一对应的位置处开设有通孔二，所述下金属盖板上与通孔二对应的位置处开设有与之适配的螺纹孔。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述介质板的厚度为0.127mm。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述中心导带与所述介质板正面的金属接地面物理隔离，所述介质板背面的金属接地面与所述下金属盖板紧密连接。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述馈电探针与所述中心导带焊接设置。

作为本实用新型的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器优选技术方案，所述通孔一、所述通孔二和所述螺纹孔处装设有螺钉。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在使用时，通过传输线采用空气方同轴结构设计，各端口对外连接采用台阶式馈电方式连接，介质板采用厚度为0.127mm的Rogers5880材料，实现了各个端口电压驻波比小于1.5的端口匹配，实现了传输损耗小于0.3dB的低损耗特性，同时实现了端口隔离度优于25dB的高隔离特性；

本申请在未牺牲功分器隔离度的前提下，实现了应用于毫米波频段功率分配器良好的端口匹配特性，以及良好的低损耗性能。

综上所述，由于采用空气方同轴结构设计，各端口对外连接采用台阶式馈电方式连接，介质板厚度0.127mm（不足产品总厚度的10%），实现了一种应用于毫米波频段的低损耗功分器的设计，解决了传统微带线功分器在毫米波频段传输损耗大的问题。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型功分器整体结构图；

图2为本实用新型功分器侧视图；

图3为本实用新型功分器分层结构图；

图4为本实用新型功分器的金属盖板的俯视图；

图5为本实用新型功分器的PCB板的俯视图；

图6为本实用新型功分器的金属盖板的俯视图；

图7为本实用新型功分器的电压驻波比曲线图；

图8为本实用新型功分器的传输系数曲线图；

图9为本实用新型功分器的输出端口隔离度曲线图；

图10为本实用新型功分器的传输相位曲线图。

图中：1、上金属盖板；101、空气凹槽一；102、通孔一；103、空气凹槽台阶；2、PCB板；201、中心导带；202、金属化过孔；203、通孔二；204、介质板；3、下金属盖板；301、空气凹槽二；302、螺纹孔；4、馈电探针。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

请参阅图1-10，本实用新型提供以下技术方案：

一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，包括上金属盖板1、PCB板2以及下金属盖板3，PCB板2的上、下侧分别紧密结合有上金属盖板1和下金属盖板3，且上金属盖板1和下金属盖板3上分别设有空气凹槽一101和空气凹槽二301，金属盖板固定PCB板2和支撑功分器的结构强度；

PCB板2包括介质板204，介质板204的正面印刷有中心导带201与金属接地面，导带由PCB板2承载，可以实现良好的阻抗匹配，介质板204的背面印刷有金属接地面，且介质板204上靠近中心导带201外侧的位置处布设有若干个金属化过孔202，中心导带201的末端设有馈电探针4，空气凹槽一101和中心导带201以及空气凹槽二301和中心导带201之间均组成方同轴传输线，上金属盖板1的边侧留有九个空气凹槽台阶103，与馈电探针4配合使用，可有效地减小结构不连续性带来的性能恶化，实现良好的端口匹配，简化焊接难度，提升焊接稳定性；

PCB板2为印刷电路制造，中心导带201根据理论计算出的特性阻抗结合仿真计算，确定其宽度和长度，并对直角折弯处进行切角处理，以保证线路的匹配传输；金属化过孔202将上金属盖板1和下金属盖板3连接短路，通过将上、下金属盖板短接，实现共地效果，减少工作频带内高次模的干扰，构成方同轴线结构；

介质板204选用厚度为0.127mm的Rogers5880材料，损耗小、介电常数低、厚度薄，对功分器的低损耗也有良好的提升作用，根据理论计算出的特性阻抗结合仿真计算，确定其宽度和长度，并对直角折弯处进行切角处理，以保证线路的匹配传输。

中心导带201与介质板204正面印刷的金属接地面之间留有1mm的缝隙。

上金属盖板1上的边侧位置贯通有通孔一102，PCB板2上与通孔一102对应的位置处开设有通孔二203，下金属盖板3上与通孔二203对应的位置处开设有与之适配的螺纹孔302，通孔一102、通孔二203和螺纹孔302处装设有螺钉，此处的孔位直径相同，便于适配安装。

中心导带201与介质板204正面的金属接地面物理隔离，介质板204背面的金属接地面与下金属盖板3紧密连接。

馈电探针4与中心导带201焊接设置，馈电探针4连接传输导带（中心导带201）与端口输出的连接器（与连接器内导体直接连接），可以减小结构不连续性带来的性能恶化，实现良好的端口匹配，简化焊接难度，提升焊接稳定性。

请参考图1-图6，本申请提出一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其包括上金属盖板1、PCB板2、下金属盖板3和馈电探针4，在上金属盖板1上留有空气凹槽一101，下金属盖板3上留有空气凹槽二301，可为PCB板2上的中心导带201提供空气介质，同时还留有安装孔，便于安装；

上金属盖板1上留有空气凹槽一101，可为PCB板2上的中心导带201提供空气介质；通孔一102和PCB板2上通孔二203和下金属盖板3上螺纹孔302直径相同，便于安装；空气凹槽台阶103的设置可以减小结构不连续性带来的性能恶化，实现良好的端口匹配，简化焊接难度，提升焊接稳定性。

PCB板2上的中心导带201，根据理论计算出的特性阻抗结合仿真计算，确定其宽度和长度，并对直角折弯处进行切角处理，以保证线路的匹配传输；金属化过孔202，通过将上金属盖板1和下金属盖板3连接短路，构成方同轴线结构，从而实现抑制频带内高次模的谐振；通孔二203和上金属盖板1上通孔一102和下金属盖板3上螺纹孔302直径相同，便于安装；其中介质板204选用Rogers5880材料，损耗小、介电常数低、厚度薄，对功分器的低损耗也有良好的提升作用。

馈电探针4与中心导带201进行焊接，九个端口均采用馈电探针4进行连接，这样就可以减小结构不连续性带来的性能恶化，实现良好的端口匹配，简化焊接难度，提升焊接稳定性。

一、仿真内容

参考图7至图10；其中，

对各端口采用相同的馈电方式，并利用仿真软件对上述功分器的电压驻波比、插入损耗、以及传输相位进行了仿真。

二、仿真结果

图7是对功分器仿真得到的电压驻波比随工作频率变化的曲线；

可以看到，输入端口表现出良好的匹配特性，并且曲线的一致性非常高；在24GHz~28GHz频带范围内，电压驻波比都小于1.5；该结果表明本功分器在当前结构的情况下获得了良好的匹配特性。

图8对功分器仿真得到的传输系数随工作频率变化的曲线；

如图8所示，在工作频带内24GHz~28GHz，传输损耗小于0.3dB，实现了毫米波功分器的低损耗性能。

图9是功分器仿真得到的隔离度情况；

可以看到，功分器输出端口隔离度典型值在-25dB以下，在低损耗的情况下，未牺牲端口隔离度，隔离度优于正常水平。

图10是功分器仿真得到的传输相位情况；

可以看到，功分器输出端口相位完全重合，各端口相位一致性良好。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于，包括上金属盖板（1）、PCB板（2）以及下金属盖板（3），所述PCB板（2）的上、下侧分别紧密结合有上金属盖板（1）和下金属盖板（3），且所述上金属盖板（1）和所述下金属盖板（3）上分别设有空气凹槽一（101）和空气凹槽二（301）；

所述PCB板（2）包括介质板（204），所述介质板（204）的正面印刷有中心导带（201）与金属接地面，介质板（204）的背面印刷有金属接地面，且所述介质板（204）上靠近所述中心导带（201）外侧的位置处布设有若干个金属化过孔（202），所述中心导带（201）的末端设有馈电探针（4），所述空气凹槽一（101）和所述中心导带（201）以及所述空气凹槽二（301）和所述中心导带（201）之间均组成方同轴传输线，所述上金属盖板（1）的边侧留有九个空气凹槽台阶（103），与所述馈电探针（4）配合使用。

2.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述中心导带（201）与所述介质板（204）正面印刷的金属接地面之间留有1mm的缝隙。

3.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述上金属盖板（1）上的边侧位置贯通有通孔一（102），所述PCB板（2）上与通孔一（102）对应的位置处开设有通孔二（203），所述下金属盖板（3）上与通孔二（203）对应的位置处开设有与之适配的螺纹孔（302）。

4.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述介质板（204）的厚度为0.127mm。

5.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述中心导带（201）与所述介质板（204）正面的金属接地面物理隔离，所述介质板（204）背面的金属接地面与所述下金属盖板（3）紧密连接。

6.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述馈电探针（4）与所述中心导带（201）焊接设置。

7.根据权利要求3所述的一种应用于毫米波频段的低损耗功分器，其特征在于：所述通孔一（102）、所述通孔二（203）和所述螺纹孔（302）处装设有螺钉。