基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器制造技术

本发明专利技术提出一种基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，用于解决用于解决现有宽带功分器功分比低的技术问题；包括介质基板、地板、主枝节、第一枝节和第二枝节；介质基板下表面印制有地板，介质基板的上表面包括主枝节、第一枝节和第二枝节，主枝节采用两节阶梯渐变微带结构，第一枝节包括平行短路三线耦合传输线，该传输线中的三条传输线的尾部设置有金属化过孔，第二枝节采用三节阶梯渐变微带结构，第一枝节和第二枝节通过T型微带结与主枝节相连。本发明专利技术在保证宽带的前提下，实现了高功分比特性。

High power ratio wide band power divider based on three wire coupling structure

The invention provides a high power three line coupling structure than a broadband power divider based on, is used to solve the existing broadband power divider is used to solve the technical problems of low power ratio; including a dielectric substrate, the main section, first floor, side and second side; the lower surface of the substrate medium is printed on the floor surface of the dielectric substrate the main festival, including first and second side side branches, by two steps microstrip structure, including the first side short circuit of three line parallel coupled transmission line, the tail of the three transmission lines in the transmission line is provided with a metal via hole, second side adopts three section ladder microstrip structure, the first side and second side connected by T microstrip junction and the central section. The invention realizes the high power ratio characteristic under the premise of ensuring broadband.

【技术实现步骤摘要】
基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器
本专利技术属于天线
，涉及一种高功分比不等分宽带功分器，具体涉及一种基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，可用于无线通信中的天线阵列的馈电网络中。技术背景功分器，全称功率分配器，它可以将一路输入的信号能量分成相等的或者不等的两路或者多路输出信号能量，是雷达和天线阵列馈电网络必不可少的元器件。随着宽带天线技术和相控阵天线技术的不断发展，对功分器也提出了更高的要求，带宽要求更高，功率分配比例更大，尤其是由宽带天线组成相控阵时，更是要同时满足高带宽和高功分比的需求。目前，功分器按路数可以分为：二路、三路和四路以及通过级联实现的多路功分器；按能量分配的比例可以分为：等分功分器和不等分功分器；按传输线类型可以分为：波导功分器、带状线功分器和微带功分器。功分器的主要技术参数为回波损耗、插入损耗和带宽等。宽带功分器实现时主要包括以下方式:(1)采用多级阶梯阻抗结构进行阻抗匹配；(2)通过并联短路或者开路枝节实现高宽带特性；(3)使用具有宽带特性的传输线实现高带宽特性；但是在保持高宽带的前提下，设计高功分比的微带功分器时，会遇到如下难点：实现高功分比功分器时，需要两枝节的输入阻抗有较高的比值，而高阻抗线进行加工时，由于工艺水平的限制导致其线宽无法做到很窄，加工精度难以实现。要克服上述问题，实现所需的高阻抗微带线主要包括以下方式(1)利用缺陷地结构的高阻抗特性实现高阻抗线；(2)利用平行短路耦合线实现高阻抗线。(3)加入集总元件实现高阻抗线。第一种方式可以实现高宽带特性，但是由于缺陷地结构缺少完备的设计公式，需要大量的时间进行调试，而且由于要对地板开槽，结构比较复杂，适用的范围比较窄。第二种方式可以实现很高的特性阻抗，但是由于耦合线是窄带结构，不适合设计宽带功分器。第三种方法因为加入了集总元件，会导致产生较高的插入损耗，而且集总元件的高频性能比较差，无法推广用于高频微波电路的设计。ShiweiZhao等人在Proceedingsof2010IEEEInternationalConferenceonUltra-Wideband发表的《AnUnequalBroadbandPowerDividerUsingCompositeRight/Left-HandedTransmissionLines》中公开了一种使用复合左右手材料传输线宽带不等分功分器，该功分器包括介质基板和印制在其下表面的地板，介质基板上面印制有微带功分电路，包括主枝节、第一枝节和第二枝节，主枝节包括一条微带传输线，用于与输入端口相连；第一枝节包括一条复合左右手传输线，用于实现宽带高阻抗线；第二枝节包括一条微带传输线，用于与输出端口相连；所述的第一枝节和第二枝节通过T型微带节与主枝节相连。该功分器在1.62GHz到2.75GHz频带内实现了宽带不等分功分特性，达到了53％的相对带宽，并且在整个工作频带内回波损耗S11性能较好，达到了-20dB。但是存在以下不足：只实现了4:1的功分比，功分比较低；由于大量使用集总元件，结构比较复杂，插入损耗高；集总元件的高频性能较差，无法推广用于高频微波电路的设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，用于解决现有宽带功分器功分比低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，包括介质基板1和印制在其下表面的地板2，所述介质基板1的上表面印制有微带功分电路，所述微带功分电路包括主枝节3、第一枝节4和第二枝节5，其中，所述主枝节3采用两节阶梯渐变微带结构，用于实现与输入端口的阻抗匹配；所述第一枝节4包括平行短路三线耦合传输线41，该传输线41中的三条传输线的尾部设置有金属化过孔6，用于实现宽带高阻抗特性；第二枝节5采用三节阶梯渐变微带结构，用于实现与输出端口的阻抗匹配，并与第一枝节4共同调节功分比；所述第一枝节4和第二枝节5通过T型微带结与主枝节3相连。上述基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，主枝节3由相互连接的微带传输线31和λ/4阻抗变换器32组成，其中，λ是电磁波在介质基板中的波长。上述基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，平行短路三线耦合传输线41，其后依次连接有高阻抗匹配单元42、蛇形微带线43和微带传输线44。上述基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，高阻抗匹配单元42，采用蛇形微带线结构或平行短路三线耦合传输线结构。上述基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，阶梯渐变微带结构由宽度依次减小的微带传输线51、λ/4阻抗变换器52和微带传输线53组成。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术第一枝节采用了平行短路三线耦合传输线实现高阻抗线，使第一枝节和第二枝节的输入阻抗符合一个高比值，在无需在地板开槽线、没有引入集总元件的条件下，实现了高功分比，并且利用了三线耦合的宽带特性，拓宽了带宽，与现有技术相比，在保证宽带的同时简化了功分器的结构，并提高了功分比，仿真结果表明在相对带宽达到40％和30％的情况下，分别实现了10：1和20：1的功分比。(2)本专利技术由于主枝节采用两节阶梯渐变微带结构，克服了利用常规设计方法第二枝节阻抗变化不连续所导致的不等分功分器带宽较窄的缺点，该结构使得第一枝节微带线特性阻抗从大到小逐级递减；第二枝节微带线特性阻抗从小到大逐级递增，减小电磁波在枝节中传播时的反射，与现有的设计方法相比，实现了功分器的高带宽。附图说明图1是本专利技术第一实施例的整体结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本专利技术第一实施例的平行短路三线耦合传输线的阻抗曲线图；图4是本专利技术不同功分比的S参数仿真曲线图；具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术目的、技术方案和技术效果作进一步描述，应该理解此处描述的具体实施例仅用于对本专利技术的解释，不视为对本专利技术的限制。实施例1参见图1，本实施例描述的是中心频率为2.4GHz、功分比为10：1的宽带功分器，包括介质基板1以及在其下表面的地面2，介质基板1上表面印制有微带功分电路，包括主枝节3、第一枝节4和第二枝节5。其中，主枝节3采用两节阶梯渐变微带结构，由相互连接的微带传输线31和λ/4阻抗变换器32组成，其中，λ是电磁波在介质基板中的波长，用于实现输入端口与第一枝节和第二枝节的阻抗匹配。主枝节3通过T型微带结与第一枝节4和第二枝节5相连。第一枝节4包括平行短路三线耦合传输线41，其第二条传输线连接其前端结构，并将其第一和第三条传输线的头部并联后连接其后端结构，其三条传输线的尾部设置有金属化过孔6，用于实现宽带高阻抗特性，短路三线耦合传输线41后依次连接有高阻抗匹配单元42、蛇形微带线43和微带传输线44，用于实现平行短路三线耦合传输线41与输出端口的匹配。高阻抗匹配单元42在功分比k2≤10时，为了实现阻抗匹配所需的高阻抗微带线在目前加工工艺可加工范围内，为了减小电路尺寸，故采取蛇形微带结构。第二枝节5包括微带传输线51，用于与平行短路三线耦合传输线41共同调节功分比，依次连接λ/4阻抗变换器52和微带传输线53，用于实现传输线51与输出端口的阻抗匹配。参见图2，本实施例的介质基板1优选材料为Rogers5880，其介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，包括介质基板(1)和印制在其下表面的地板(2)，其特征在于：所述介质基板(1)的上表面印制有微带功分电路，所述微带功分电路包括主枝节(3)、第一枝节(4)和第二枝节(5)，其中，所述主枝节(3)采用两节阶梯渐变微带结构，用于实现输入端口与第一枝路和第二枝路的阻抗匹配；所述第一枝节(4)包括平行短路三线耦合传输线(41)，该传输线(41)中的三条传输线的尾部设置有金属化过孔(6)，用于实现宽带高阻抗特性；第二枝节(5)采用三节阶梯渐变微带结构，用于实现与输出端口的阻抗匹配，并与第一枝节(4)共同调节功分比；所述第一枝节(4)和第二枝节(5)通过T型微带结与主枝节(3)相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于三线耦合结构的高功分比宽带功分器，包括介质基板(1)和印制在其下表面的地板(2)，其特征在于：所述介质基板(1)的上表面印制有微带功分电路，所述微带功分电路包括主枝节(3)、第一枝节(4)和第二枝节(5)，其中，所述主枝节(3)采用两节阶梯渐变微带结构，用于实现输入端口与第一枝路和第二枝路的阻抗匹配；所述第一枝节(4)包括平行短路三线耦合传输线(41)，该传输线(41)中的三条传输线的尾部设置有金属化过孔(6)，用于实现宽带高阻抗特性；第二枝节(5)采用三节阶梯渐变微带结构，用于实现与输出端口的阻抗匹配，并与第一枝节(4)共同调节功分比；所述第一枝节(4)和第二枝节(5)通过T型微带结与主枝节(3)相连。2.根据权利要求1所述的基于三线耦合结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，叶秀眺，崔灿，孙顺莱，郭敏智，史小卫，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61