CN104051822A - 一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，通过一个小型化的功分移相器能够实现一个输入、四个功率等分且相位依次相差90度的输出，其中输入端口在模块底部，为平行双线结构，同时给对称的两个带状线耦合单元馈电，输入信号功率等分且相位相差180度。结构对称、功率等分的两个带状线耦合单元的直通端口和耦合端口分别通过金属导线和LTCC多层基板侧面的4个输出端口电极相连。本发明极大的减少了电路所占用的面积；为了进一步减小所占用的体积并满足性能要求，提高了功分移相器的集成度和可靠性，其带宽宽，其工作频带为1.0～2.0GHz，可以适应不同频率应用下的四臂螺旋天线。

Description

一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器

技术领域

本发明属于天线馈电技术领域，涉及一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器。

背景技术

卫星导航***发展迅速，广泛应用于导航、通信、测绘、授时、检测等多种领域，在日常生活和经济建设中发挥着重要作用。四臂螺旋天线以其具有的心型方向图、良好的前后比和优良的广角圆极化等特性在卫星通讯领域中的到了广泛的应用。四臂螺旋天线T/R组件的性能直接影响到整个导航通讯设备的工作质量；其中四臂螺旋天线馈电网络作为天线T/R组件的关键部分，它的性能又是影响T/R组件性能的主要因素，因此如何改善四臂螺旋天线的馈电网络成为了一个研究热点。

四臂螺旋天线的馈电网络需要实现四个输出端口功率等分且相位依次相差90度(例如0度、90度、180度、270度)的功能；馈电网络四个输出端口功率大小关系及相位差的精度直接影响四臂螺旋天线的辐射特性。四臂螺旋天线T/R组件主要用在卫星通讯***和卫星导航设备上；如今，手持导航通讯设备越来越追求小巧和轻便；如何有效地减小四臂螺旋天线T/R组件馈电网络的体积、占用面积同时能保证馈电网络工作性能的可靠性；对于这些设备的体积小型化和使用便捷化具有重要的实用意义。而现有的大部分馈电网络具有结构复杂，体积大，精度不高，可靠性差等缺点。

以下介绍了几种已经公开的四臂螺旋天线馈电网络设计方法。

2001年O.Leisten,J.C.Vardaxoglou等人发表的文章“Miniaturiseddielectrically-loaded quadrifilar antenna for global positioning system(GPS),”(Electron.Lett.,vol.37,no.22,Oct.2001,pp.1321-1322)中介绍了一种通过自相移法获得正交馈电的四臂螺旋天线馈电网络，实现了天线的小型化；但是采用这种馈电结构的天线，其辐射方向图的圆极化、轴比带宽窄而且四条螺旋臂输入信号的90度相位差难以精确调节；对工艺要求较高。

在申请号为201120363078.1，名称为“一种四臂螺旋天线的功分相移阻抗变换馈电网络”的中国专利中介绍了一种层叠式的馈电网络结构。这本馈电网络包括上层微带介质板、下层微带介质板以及由上层微带介质板和下层微带介质板相接触的一面形成的中间共地板；下层微带介质板上设有威尔金森功分器和相位变换网络；上层微带介质板上设有直线渐变型阻抗变换网络；功分相移阻抗变换网络和直线渐变型阻抗变换网络通过过孔进行连接。这种馈电网络所占空间比较大，不利于四臂螺旋天线T/R组件的小型化；而且用了三个威尔金森功分器实现功分和移相功能，这导致了整体馈电结构复杂和损耗较大。

除此之外还有一些馈电网络结构被报道，这些馈电网络的尺寸普遍较大，不利于天线收发组件的小型化。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，这种功分移相器不仅体积与一般的馈电网络相比大大减小，同时展宽了四臂螺旋天线的工作带宽和圆极化带宽。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，包括相叠合的多层介质基板层，在底层介质基板层下表面设有底层金属地和一个输入端口，在第n层介质基板层的上表面设有中间金属地，以及两个相对设置并分别与底层金属地相连接的电阻，在该介质基板层的侧面设有四个相对分布的输出端口；第x层、第y层介质基板层为第n层介质基板层与顶层介质基板层之间的两个相邻层，在第x层、第y层上均设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；顶层介质基板层上设有顶层金属地；

底层金属地、中间金属地、顶层金属地分别通过贯穿介质基板层的金属柱相连接；

输入端口包括两个馈电点，分别连接功率等分、相位相差180度的输入信号；馈电点之一通过贯穿介质基板层的金属柱与耦合单元之一的输入端口相连接；

耦合单元的耦合端口、直通端口分别连接一个不同的输出端口，其中两个耦合单元的耦合端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接，两个耦合单元的直通端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接；耦合单元的隔离端口分别连接第n层设置的电阻之一；

耦合单元的耦合端口输出信号相位与输入端口信号相位相等，直通端口输出信号相位滞后输入端口信号相位90度。

所述的顶层金属地的两端分别开设有相对称的缺口，在缺口与顶层金属地的中心之间均开设有相对称的缝隙；调节缝隙和缺口长宽实现对耦合单元耦合度的微调。

所述的耦合单元包括相耦合的上耦合线和下耦合线，上耦合线和下耦合线的折叠方式相同且平行等宽，其中两条相对称的下耦合线设置在第x层介质基板层的上表面，两条相对称的上耦合线设置在第y层介质基板层的上表面，分别构成相对称的第一带状线耦合单元和第二带状线耦合单元。

所述的下耦合线从输入端口起盘旋向内折叠至直通端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小；

所述的上耦合线从耦合端口起盘旋向内折叠至隔离端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小。

所述耦合单元的输入端口、耦合端口、直通端口、隔离端口分别通过通孔金属柱连接下一层的连接金属带；与耦合单元的输入端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在底层介质基板层的输入端口相连接；与耦合端口、直通端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的输出端口之一相连接；与隔离端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的电阻相连接。

所述的电阻对称的设置在中间金属地的两端，其电阻值均为50欧姆，电阻通过通孔金属柱连接到底层金属地上；

所述的输入端口包括两个焊盘，其中一个焊盘连接同轴电缆内导体，另外一个连接同轴电缆外导体。

所述的构成耦合单元的耦合线的宽度W、上下两层耦合单元的垂直间距S、中层金属地与顶层金属地之间的距离b决定了耦合单元的耦合度C和特性阻抗Z₀，耦合单元的耦合线长度L决定了耦合单元两输出信号的相位差；W、S、b的尺寸由功分移相器所需耦合单元的耦合度C及特性阻抗Z₀得出。

所述W、S、b的尺寸的确定为：

$\frac{S}{b}=\frac{Z_{0o}}{Z_{0e}}-\frac{Z_{0o}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{188.3}*0.4413$

$\frac{W}{b}=(\frac{188.3}{Z_{0e}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}-\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}})(1-\frac{S}{b})$

$\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}}=0.4413+\frac{1}{\mathrm{\π}}[\mathrm{In}\left(\frac{1}{1_b^S}\right)+\left(\frac{\frac{S}{b}}{1_b^S}\right)\mathrm{In}\left(\frac{b}{S}\right)]$

其中：

$Z_0=\sqrt{Z_{0e}{Z}_{0o}}$

$Z_{0e}=Z_0\sqrt{\frac{1+k}{1-k}}$

$Z_{0o}=Z_0\sqrt{\frac{1-k}{1+k}}$

k=10^-c/20

Z_0e为偶模特征阻抗；Z_0o为奇模特征阻抗；k为耦合系数。

所述对W、S、b的尺寸优化为：

耦合线宽W为1.5～2倍层介质基板层厚度，上下两层耦合单元的垂直间距S为一层陶瓷基板厚度，中层金属地与顶层金属地之间的距离b为7倍层介质基板层厚度；耦合区带状线长度L为四分之一中心频率波长。

所述的介质基板层共12层，其中第1层、第5层、第12层介质基板层分别设有底层金属地、中层金属地和顶层金属地；

第8层、第9层介质基板层分别设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；

第7层介质基板层上设有过渡金属带，过渡金属带一端通过通孔金属柱与耦合单元的端口之一连接，另一端通过通孔金属柱连接输入端口、输出端口或电阻；

第5层介质基板层上设有输出端口和分布在中层金属地两端的电阻，输出端口分别分布在介质基板层侧壁开设的凹槽内，凹槽沿介质基板层周向均匀分布，其余介质基板层上也设有相应的凹槽；

第1层介质基板层上设有底层金属地和输入端口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，通过一个小型化的功分移相器能够实现一个输入、四个功率等分且相位依次相差90度的输出，其中输入端口在模块底部，为平行双线结构，同时给对称的两个带状线耦合单元馈电，输入信号功率等分且相位相差180度。结构对称、功率等分的两个带状线耦合单元的直通端口和耦合端口分别通过金属导线和LTCC多层基板侧面的4个输出端口电极相连。由于在输入端口分别接同轴电缆的内导体和外导体，所以两个带状线耦合单元的输入信号相位已相差180度，而每个带状线耦合单元的耦合端口输出信号相位与输入端口信号相位相等，直通端口输出型号滞后输入端口信号相位90度；因此4个输出端口输出信号大小相等而相位依次相差90度。

本发明提供用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，采用了LTCC多层基板有效的将整体电路分布在各介质基板层上，并通过金属柱合理连接，极大的减少了电路所占用的面积；为了进一步减小所占用的体积并满足性能要求，本发明巧妙的将输入端口、输出端口、耦合单元分层排布，而且耦合单元分别由处于相邻两层耦合线以对称形式埋藏在基板层上耦合而成，又采用了折叠耦合线减小耦合单元所占面积，这样达到了既减小了体积又便于耦合性能的调节的目的；各介质基板层通过通孔而形成的金属柱连接，减小了***电路所占面积；并利用顶层金属地上缝隙和开口进行耦合度的调节。

本发明提供用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，采用LTCC多层基板分层来构建，各层制备完成之后再进行组合，当制备某层出现缺陷时方便及时替换，提高了制备的准确性和成品率；而且耦合单元隔离端口所接的电阻采用印刷电阻浆料的工艺来实现，提高了功分移相器的集成度和可靠性。

本发明提供用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其带宽宽，其工作频带为1.0～2.0GHz，可以适应不同频率应用下的四臂螺旋天线；其结构紧凑，四个输出端口信号大小比例及相位差可以通过耦合线的间距，宽度和长度调节；其精度高，仿真结果表明其四个输出端口功率等分且相位间隔接近90度；可以大大减小四臂螺旋天线T/R组件的体积并保证天线良好的工作性能。

附图说明

图1是本发明的功分移相器的三维立体示意图；

图2是本发明的功分移相器的整体封装示意图；

图3是本发明的功分移相器的结构示意图；

图4是本发明的带状线耦合单元结构示意图；

图5是宽边耦合带状线的横截面示意图；

图6是本发明的功分移相器的俯视图；

图7是本发明的功分移相器四个输出端口幅度响应的仿真结果图；其中横坐标为频率，纵坐标为幅度响应；

图8是本发明功分移相器四个输出端口信号相位的仿真结果图；其中横坐标为频率，纵坐标为相位响应。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，包括相叠合的多层介质基板层，在底层介质基板层下表面设有底层金属地和一个输入端口，在第n层介质基板层的上表面设有中间金属地，以及两个相对设置并分别与底层金属地相连接的电阻，在该介质基板层的侧面设有四个相对分布的输出端口；第x层、第y层介质基板层为第n层介质基板层与顶层介质基板层之间的两个相邻层，在第x层、第y层上均设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；顶层介质基板层上设有顶层金属地；

底层金属地、中间金属地、顶层金属地分别通过贯穿介质基板层的金属柱相连接；

输入端口包括两个馈电点，分别连接功率等分、相位相差180度的输入信号；馈电点之一通过贯穿介质基板层的金属柱与耦合单元之一的输入端口相连接；

耦合单元的耦合端口、直通端口分别连接一个不同的输出端口，其中两个耦合单元的耦合端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接，两个耦合单元的直通端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接；耦合单元的隔离端口分别连接第n层设置的电阻之一；

耦合单元的耦合端口输出信号相位与输入端口信号相位相等，直通端口输出信号相位滞后输入端口信号相位90度。

参见图1，本发明提供的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其外形为一个周边有四个方形开口(槽)的扁圆柱状立体结构，直径10mm,高1.14mm；槽的侧面分别设有输出端口44、45、46、47；柱体顶部设有顶层金属地39，通过调节顶层金属地39的两端分别开设有相对称的缺口40、43，在缺口与顶层金属地的中心之间均开设有相对称的缝隙41、42；调节缝隙和缺口的长宽可以实现微调柱体内部带状线耦合单元耦合度；这样能保证功分移相器四个输出端口功率比例调节的方便性和准确度。

实现馈电网络的小型化是本发明所要解决的关键问题，本发明是基于LTCC(低温共烧陶瓷)来构建宽频带的超小型功分移相器，使用低温共烧陶瓷材料代替传统的有机聚合物等材料作为电路基板，分层制作电路图形然后叠压在一起烧结，最终制成多层电路网络的三维集成技术。与传统PCB基板以封装方式处理这些组件不同，LTCC将无源组件内埋在基板内的方式大幅缩小了无线模块体积。

所述的耦合单元包括相耦合的上耦合线和下耦合线，上耦合线和下耦合线的折叠方式相同且平行等宽，其中两条相对称的下耦合线设置在第x层介质基板层的上表面，两条相对称的上耦合线设置在第y层介质基板层的上表面，分别构成相对称的第一带状线耦合单元和第二带状线耦合单元。

所述的下耦合线从输入端口起盘旋向内折叠至直通端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小；

所述的上耦合线从耦合端口起盘旋向内折叠至隔离端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小。

耦合单元的输入端口、耦合端口、直通端口、隔离端口分别通过通孔金属柱连接下一层的连接金属带；与耦合单元的输入端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在底层介质基板层的输入端口相连接；与耦合端口、直通端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的输出端口之一相连接；与隔离端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的电阻相连接。

具体的，如图2和图3所示，本发明采用LTCC技术实现整体封装结构，共12层介质基板层，从下往上依次为第1层到第12层介质基板层1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。

所述的介质基板层共12层，其中第1层、第5层、第12层介质基板层分别设有底层金属地、中层金属地和顶层金属地；

第8层、第9层介质基板层分别设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；

第7层介质基板层上设有过渡金属带，过渡金属带一端通过通孔金属柱与耦合单元的端口之一连接，另一端通过通孔金属柱连接输入端口、输出端口或电阻；

第5层介质基板层上设有输出端口和分布在中层金属地两端的电阻，输出端口分别分布在介质基板层侧壁开设的凹槽内，凹槽沿介质基板层周向均匀分布，其余介质基板层上也设有相应的凹槽；

第1层介质基板层上设有底层金属地和输入端口。

图3中，第1层到第12层介质基板层中每一层的金属层都采用LTCC印刷工艺印制于介质基板的表面，所有的介质基板材料采用的都是介电常数为7.8的dupont材料，厚度为0.095mm。

第12层介质基板层12上表面印有顶层金属地39，介质基板5上表面印有中层金属地16，底层介质基板1下表面印有底层金属地13；这些金属地通过金属通孔49、51、55、58、62、65、69、73相连接。

本发明的带状线耦合单元印制在第8层介质基板层8和第9层介质基板层9的上表面；相对称的下耦合线35、36印在第8层介质基板层8的上表面，相对称的上耦合线37、38印在第9层介质基板层9的上表面，耦合线的结构为折叠线式形状，大大减小了所占面积。

折叠方式相同的下耦合线35、上耦合线37组成第一带状线耦合单元1，折叠方式相同的下耦合线36、上耦合线38组成第二带状线耦合单元2。

以第一带状线耦合单元1为例进行说明，如图4所示；上耦合线35、下耦合线37平行等宽。第一带状线耦合单元的输入端口通过通孔56连接金属带30，耦合端口通过通孔54连接金属带28，直通端口通过通孔59连接金属带29，隔离端口通过通孔52连接金属带27。

所述的下耦合线35从输入端口起盘旋向内折叠至直通端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小。

所述的上耦合线37从耦合端口起盘旋向内折叠至隔离端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小。

如图5所示，耦合线的宽度W、上下两层耦合线的垂直间距S和中层金属地与顶层金属地之间的距离b决定了耦合单元的耦合度C和特性阻抗Z₀，耦合线长度L决定了耦合单元两输出信号的相位差。这些尺寸可以由所需耦合度C及特性阻抗Z₀综合求出，推导过程如下所示：

$\frac{S}{b}=\frac{Z_{0o}}{Z_{0e}}-\frac{Z_{0o}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{188.3}*0.4413$

$\frac{W}{b}=(\frac{188.3}{Z_{0e}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}-\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}})(1-\frac{S}{b})$

$\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}}=0.4413+\frac{1}{\mathrm{\π}}[\mathrm{In}\left(\frac{1}{1-\frac{S}{b}}\right)+\left(\frac{\frac{S}{b}}{1-\frac{S}{b}}\right)\mathrm{In}\left(\frac{b}{S}\right)]$

其中：

$Z_0=\sqrt{Z_{0e}{Z}_{0o}}$

$Z_{0e}=Z_0\sqrt{\frac{1+k}{1-k}}$

$Z_{0o}=Z_0\sqrt{\frac{1-k}{1+k}}$

k=10^-c/20

Z_0e为偶模特征阻抗；Z_0o为奇模特征阻抗；k为耦合系数；具体的，对于本实施例，耦合度C取3dB，特征阻抗Z₀取50Ω。

进一步，若本发明中耦合线采用折叠线圈形状，两层线圈之间的电磁耦合增强了耦合度，而耦合线综合公式仅考虑了耦合线的耦合量，所以带状线尺寸若按照上述计算来取的话将导致过耦合现象。

本发明在基本公式计算结果的基础上，又借助HFSS15.0经过一系列参数扫描及优化后；最终确定上下两层耦合单元的垂直间距(带状线间隙)S为一层陶瓷基板厚度0.095mm，耦合线宽W为1.5～2层陶瓷基板厚度，优选为0.17mm，金属地间距b为0.665mm(7层基板厚度)，耦合单元设置在第5层基板层5的中间金属地16和第12层基板层顶层金属地39之间的第8层和第9层之间。

考虑到整个馈电网络模块如果厚度太薄则容易损坏，太厚又浪费陶瓷基板材料；最终采用12层基板结构，厚度为1.14mm。当耦合区带状线长度为四分之一中心频率波长λ时，输出端口相位相差90°；对于1575.42MHzGPS频率， $\mathrm{\λ}=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{er}}f}=\frac{3\×{10}^{11}}{\sqrt{7.8}\×1.57542\×{10}^3}=68.13\mathrm{mm},$ 则耦合线长度L取λ/4为17.03mm。耦合线支节间的水平距离大于LTCC要求的最小距离。

第一耦合单元1的结构和第二耦合单元2结构相同，位置上相互对称。

第7层介质基板层7上表面的金属带28、29、32、33通过通孔53、60、70、64连接到第5层介质基板层5上表面的金属带17、20、19、18；这四条金属带分别连到输出电极44、45、46、47。金属带30、31通过通孔57、61连接到印在第1层介质基板层1下表面的输入端口焊盘14、15，功分移相器的馈电功率从这两个焊盘输入，其中一个焊盘连接同轴电缆内导体，另外一个连接同轴电缆外导体(信号输入端口)。金属带27、34通过通孔50、68连接到介质基板5上表面金属带21、24。

如图6所示，金属带21、24分别连接印制生成的电阻22、25的一端，电阻值均为50欧姆，采用印刷电阻浆料的工艺来实现。电阻22、25另一端连接金属带23、26；这两个金属带再通过通孔48、67连接到底层金属地13上。

在电磁仿真软件HFSS里建立该功分移相器模型进行仿真，仿真结果如图7、图8所示；仿真结果表明在1～2GHz宽频带内，功分移相器四个输出端口的***损耗S21、S31、S41、S51平稳集中在-6.0dB左右，且相位彼此相差在90度左右，说明此功分移相器能较好的实现功率等分及正交馈电功能。具有宽频带特性的该馈电网络加载到天线上后，可以实现天线整体结构较宽的阻抗和轴比带宽。

综上，本发明具有结构紧凑，精度高，损耗小等特点；可以大大减小四臂螺旋天线T/R组件的体积并保证天线良好的工作性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，包括相叠合的多层介质基板层，在底层介质基板层下表面设有底层金属地和一个输入端口，在第n层介质基板层的上表面设有中间金属地，以及两个相对设置并分别与底层金属地相连接的电阻，在该介质基板层的侧面设有四个相对分布的输出端口；第x层、第y层介质基板层为第n层介质基板层与顶层介质基板层之间的两个相邻层，在第x层、第y层上均设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；顶层介质基板层上设有顶层金属地；

底层金属地、中间金属地、顶层金属地分别通过贯穿介质基板层的金属柱相连接；

输入端口包括两个馈电点，分别连接功率等分、相位相差180度的输入信号；馈电点之一通过贯穿介质基板层的金属柱与耦合单元之一的输入端口相连接；

耦合单元的耦合端口、直通端口分别连接一个不同的输出端口，其中两个耦合单元的耦合端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接，两个耦合单元的直通端口分别与第n层相对分布的输出端口之一相连接；耦合单元的隔离端口分别连接第n层设置的电阻之一；

耦合单元的耦合端口输出信号相位与输入端口信号相位相等，直通端口输出信号相位滞后输入端口信号相位90度。

2.如权利要求1所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的顶层金属地的两端分别开设有相对称的缺口，在缺口与顶层金属地的中心之间均开设有相对称的缝隙；调节缝隙和缺口长宽实现对耦合单元耦合度的微调。

3.如权利要求1所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的耦合单元包括相耦合的上耦合线和下耦合线，上耦合线和下耦合线的折叠方式相同且平行等宽，其中两条相对称的下耦合线设置在第x层介质基板层的上表面，两条相对称的上耦合线设置在第y层介质基板层的上表面，分别构成相对称的第一带状线耦合单元和第二带状线耦合单元。

4.如权利要求1或3所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的下耦合线从输入端口起盘旋向内折叠至直通端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小；

所述的上耦合线从耦合端口起盘旋向内折叠至隔离端口，其中折叠转角为90度，折叠边的长度从外圈到内圈逐渐减小，折叠边之间的距离从外圈到内圈逐渐减小。

5.如权利要求4所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，耦合单元的输入端口、耦合端口、直通端口、隔离端口分别通过通孔金属柱连接下一层的连接金属带；与耦合单元的输入端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在底层介质基板层的输入端口相连接；与耦合端口、直通端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的输出端口之一相连接；与隔离端口相连接的连接金属带通过通孔金属柱与设置在第n层的电阻相连接。

6.如权利要求1所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的电阻对称的设置在中间金属地的两端，其电阻值均为50欧姆，电阻通过通孔金属柱连接到底层金属地上；

所述的输入端口包括两个焊盘，其中一个焊盘连接同轴电缆内导体，另外一个连接同轴电缆外导体。

7.如权利要求1所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的构成耦合单元的耦合线的宽度W、上下两层耦合单元的垂直间距S、中层金属地与顶层金属地之间的距离b决定了耦合单元的耦合度C和特性阻抗Z₀，耦合单元的耦合线长度L决定了耦合单元两输出信号的相位差；W、S、b的尺寸由功分移相器所需耦合单元的耦合度C及特性阻抗Z₀得出。

8.如权利要求7所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，W、S、b的尺寸的确定为：

$\frac{S}{b}=\frac{Z_{0o}}{Z_{0e}}-\frac{Z_{0o}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}{188.3}*0.4413$

$\frac{W}{b}=(\frac{188.3}{Z_{0e}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}-\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}})(1-\frac{S}{b})$

$\frac{C_{\mathrm{fe}}^{\′}}{\mathrm{\ϵ}}=0.4413+\frac{1}{\mathrm{\π}}[\mathrm{In}\left(\frac{1}{1-\frac{S}{b}}\right)+\left(\frac{\frac{S}{b}}{1-\frac{S}{b}}\right)\mathrm{In}\left(\frac{b}{S}\right)]$

其中：

$Z_0=\sqrt{Z_{0e}{Z}_{0o}}$

k=10^-c/20

Z_0e为偶模特征阻抗；Z_0o为奇模特征阻抗；k为耦合系数。

9.如权利要求8所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，对W、S、b的尺寸优化为：

耦合线宽W为1.5～2倍层介质基板层厚度，上下两层耦合单元的垂直间距S为一层陶瓷基板厚度，中层金属地与顶层金属地之间的距离b为7倍层介质基板层厚度；耦合区带状线长度L为四分之一中心频率波长。

10.如权利要求1或8所述的用于四臂螺旋天线馈电的功分移相器，其特征在于，所述的介质基板层共12层，其中第1层、第5层、第12层介质基板层分别设有底层金属地、中层金属地和顶层金属地；

第8层、第9层介质基板层分别设有两个相对称的耦合折叠线，上下层相同侧的耦合折叠线相耦合，分别构成耦合单元；

第7层介质基板层上设有过渡金属带，过渡金属带一端通过通孔金属柱与耦合单元的端口之一连接，另一端通过通孔金属柱连接输入端口、输出端口或电阻；

第5层介质基板层上设有输出端口和分布在中层金属地两端的电阻，输出端口分别分布在介质基板层侧壁开设的凹槽内，凹槽沿介质基板层周向均匀分布，其余介质基板层上也设有相应的凹槽；

第1层介质基板层上设有底层金属地和输入端口。