一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器及构建方法技术

本发明专利技术公开了射频通信技术领域的一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器及构建方法，包括三个由微同轴线加工得到的两路耦合线型威尔金森等分功分器单元，且每个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输出端口均级联一段微同轴耦合线，其中一个所述微同轴耦合线的等分输出端口分别与另外两个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输入端口相连接。本发明专利技术通过使用矩形微同轴工艺，是三维立体结构，便于器件三维一体化加工和集成，且尺寸小、精度高为微米级，实现宽带等功率分配。功率分配。功率分配。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器及构建方法


[0001]本专利技术涉及一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器及构建方法，属于射频通信


技术介绍

[0002]在微波通信系统中，功分器有着重要的应用，其主要功能是将输入信号功率按照特定比例分成的几路同相、反相或者正交信号输出的一种多端口微波无源器件。经典的两路威尔金森功率分配器是由两条四分之一波长传输线和一个隔离电阻组成，其在工作频带能有着较好的性能。然而其只工作在一个频段，带宽相对较窄。减少损耗、增加工作带宽等是射频研发的不懈追求。如何实现宽带低损耗功分器成为近年来的研究热点之一。
[0003]随着现代微波和毫米波电路的飞速蓬勃发展，对整个电路系统的性能指标愈加严格，毫米波集成电路正朝着小型化、高集成度、宽频段、低损耗且不受辐射影响等方向发展。随着微机电系统制造技术的进步，各种类型的表面微机械加工技术促生了尺寸符合亚毫米频段的高精度三维矩形微同轴工艺。一方面，它通过在晶圆级的硅衬底上顺序沉积金属的方式来实现器件的加工，因此非常适合与高密集度的集成电路展开互连。另一方面，矩形微同轴线作为一种空气填充的金属传输线，适用于高工作频率，具有低损耗、低的线间串扰和超低色散等优势。因此，矩形微同轴线及其无源器件的研究具有重要的现实意义与应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器及构建方法，通过使用矩形微同轴工艺，是三维立体结构，便于器件三维一体化加工和集成，且尺寸小、精度高为微米级，实现宽带等功率分配。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，包括三个由微同轴线加工得到的两路耦合线型威尔金森等分功分器单元，且每个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输出端口均级联一段微同轴耦合线，其中一个所述微同轴耦合线的等分输出端口分别与另外两个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输入端口相连接。
[0007]进一步的，所述两路耦合线型威尔金森等分功分器单元包括矩形微同轴外导体和矩形微同轴内导体，且微同轴外导体上间隔性开了矩形释放孔。
[0008]进一步的，所述微同轴输入端口采用九层工艺设计，总高度为0.9mm，内导体宽度为0.22mm，高度为0.3mm。
[0009]进一步的，所述两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴1/4波长传输线采用九层工艺设计，内导体宽度为0.22mm，高度为0.1mm。
[0010]进一步的，所述微同轴耦合线采用九层工艺设计，内导体宽度为0.22mm，高度为
0.28mm，耦合线间间隙宽度为0.15mm。
[0011]进一步的，所述基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器沿x轴对称。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器构建方法，用于构建上述的基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，包括：
[0013]基于传输线理论，制作宽带耦合线型功分器电路原理图，通过二维电磁仿真软件仿真优化得到参数；
[0014]基于宽带耦合线型功分器电路原理图，结合微同轴工艺，构建了四路耦合线型宽带威尔金森功分器，在三维电磁仿真软件中建模仿真优化；
[0015]构建宽带耦合线型功分器板上测试结构，微同轴功分器端口处外接微带线用于测试。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0017]本专利技术针对传统威尔金森功分器带宽过窄以及多节级联威尔金森功分器设计太过复杂的缺点，利用新型微同轴工艺设计一款耦合线型宽带功分器，与通常采用平面PCB工艺相比，平面传输线在高频段具有较高传输损耗，而微同轴线插损小，在高频优势尤为明显，且信号屏蔽性高；本专利技术采用耦合线型结构，与传统宽带的威尔金森功分器相比，此结构更为紧凑，且仅需三个隔离电阻。电阻的数量大大减小，尺寸也较小；本专利技术通过使用矩形微同轴工艺，是三维立体结构，便于器件三维一体化加工和集成，且尺寸小、精度高为微米级，实现宽带等功率分配。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例一提供的宽带功分器等效电路图；
[0019]图2(a)是本专利技术实施例一提供的插入损耗随频率仿真结果；
[0020]图2(b)是本专利技术实施例一提供的回波损耗随频率仿真结果；
[0021]图2(c)是本专利技术实施例一提供的隔离度随频率仿真结果；
[0022]图3是本专利技术实施例一提供的基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器结构的俯视图；
[0023]图4(a)是本专利技术实施例一提供的微同轴传输线结构中端口51截面图；
[0024]图4(b)是本专利技术实施例一提供的微同轴1/4波长传输线61截面图；
[0025]图4(c)是本专利技术实施例一提供的微同轴耦合线81的截面图；
[0026]图5(a)是本专利技术实施例一提供的微同轴功分器的插入损耗随频率仿真结果；
[0027]图5(b)是本专利技术实施例一提供的回波损耗随频率仿真结果；
[0028]图5(c)是本专利技术实施例一提供的隔离度随频率仿真结果；
[0029]图6是本专利技术实施例一提供的功分器板上测试结构图；
[0030]图7(a)是本专利技术实施例一提供的微同轴功分器外接PCB微带传输线的插入损耗随频率仿真结果；
[0031]图7(b)是本专利技术实施例一提供的回波损耗随频率仿真结果；
[0032]图7(c)是本专利技术实施例一提供的隔离度随频率仿真结果；
[0033]图8是本专利技术实施例一提供的PCB微带线插入损耗仿真值示意图；
[0034]图9(a)是本专利技术实施例一提供的微同轴功分器输入输出端口插入损耗的测试及
仿真结果对比；
[0035]图9(b)是本专利技术实施例一提供的端口回波损耗实测与仿真结果对比；
[0036]图9(c)是本专利技术实施例一提供的输出端口隔离度的实测与仿真结果对比。
具体实施方式
[0037]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0038]实施例一：
[0039]本专利技术提出一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，具体设计流程如下，
[0040]第一步，基于传输线理论，给出宽带耦合线型功分器电路原理图，通过二维电磁仿真软件仿真优化得到参数；
[0041]第二步，基于上述功分器原理图，结合微同轴工艺，构建了四路耦合线型宽带威尔金森功分器，在三维电磁仿真软件中建模仿真优化；
[0042]第三步，构建功分器板上测试结构，微同轴功分器端口处外接微带线用于测试。
[0043]宽带耦合线型功分器等效电路图参照图1，整个结构的基本单元为两路耦合线型威尔金森功分器，通过在每个单元的输出端口级联一段耦合传输线进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，其特征是，包括三个由微同轴线加工得到的两路耦合线型威尔金森等分功分器单元，且每个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输出端口均级联一段微同轴耦合线，其中一个所述微同轴耦合线的等分输出端口分别与另外两个两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴输入端口相连接。2.根据权利要求1所述的基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，其特征是，所述两路耦合线型威尔金森等分功分器单元包括矩形微同轴外导体和矩形微同轴内导体，且微同轴外导体上间隔性开了矩形释放孔。3.根据权利要求1所述的基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，其特征是，所述微同轴输入端口采用九层工艺设计，总高度为0.9mm，内导体宽度为0.22mm，高度为0.3mm。4.根据权利要求1所述的基于矩形微同轴工艺宽带威尔金森功分器，其特征是，所述两路耦合线型威尔金森等分功分器单元的微同轴1/4波长传输线采用九层工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：许丽洁，张丛天，吴文杰，张洪林，吕云鹏，李波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：