CN105655679A - 一种准平面高隔离多路功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种准平面高隔离多路功分器。输入射频信号通过上层功分网络实现多路的功率分配和输入阻抗匹配。通过下层隔离网络及隔离电阻，实现各输出端口优良的隔离特性和输出驻波。上层功分网络和下层隔离网络通过金属化通孔连接。本发明具有准平面结构下的多端口、高隔离度、低插损、良好的输入/输出驻波比、宽带、小体积、各路输出端口信号幅度/相位一致性好等优点并且便于设计，理论上可实现无限多路的功率分配。本发明主要用于微波毫米波功率合成放大***、相控阵天线馈电网络等，在通信、雷达、测控等微波毫米波***中有广阔的应用前景。

Description

一种准平面高隔离多路功分器
技术领域
本发明涉及一种采用双层基板的新型准平面高隔离多路功分器。
背景技术
功分器是功率合成放大器和相控阵天线馈电***的关键部件，直接决定了***性能指标的好坏。随着军用与民用通信***的快速发展，对于宽带、高效大功率放大器的需求以及相控阵天线中对宽带、高隔离、平面化、低插损等特性的馈电网络的需要与日俱增。这就需要宽带、高效、低损耗、平面型、高隔离特性的多路功分器/合成器。传统的多路功分器主要采用三维立体电路实现(如多路波导腔体功分器)，体积大、成本高、不易集成；同时它在实现N路功率分配的同时往往难以实现输出端口间良好的隔离特性。另一方面，传统的二进制型功分器，虽然可以实现较好的隔离特性，但存在尺寸较大和损耗较高的问题。因此，平面型、宽带、低损耗、高隔离特性多路功分器/合成器的实现对于现代通信***的发展具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种准平面高隔离多路功分器，它具有高隔离度、低插损、良好的输入/输出驻波比、宽带、小体积以及易于与有源器件集成等优良特性，理论上可实现无限多路且高隔离度的功率分配。各路输出端口信号幅度/相位一致性好，适用于小型化多路功率合成***或阵列天线中的功分馈电网络。
为了实现上述目的，本发明提出了一种采用双层基板结构、功分网络与隔离网络分离的功分器。其具体技术方案如下：
准平面高隔离多路功分器，包括上下两层介质基板、输入/输出微带端口、隔离电阻、中间接地金属层和金属化通孔。其特征在于，所述准平面高隔离多路功分器，由两层介质基板及位于两层基板上方、中间和下方的三层金属层构成，上层金属层为微带多路功率分配网络，中间层金属层为接地金属层，下层金属层包括微带隔离网络和隔离电阻。上层功率分配网络与下层隔离网络通过位于距上层功率分配网络公共点四分之一波长处的金属化通孔连接起来，其中，该跨越中间接地金属层的金属化通孔不与中间接地金属层相接。下层隔离网络由四段一端连接于公共点另一端与上层各路微带相连的微带线和隔离电阻组成，其中，每段微带线由两段宽度不同的四分之一波长的微带线组成，隔离电阻一端连接于该两段宽度不同的微带线的连接处，另一端通过金属化通孔连接于中间金属地。
所述准平面高隔离多路功分器为对称结构，上层为功率分配网络，下层为隔离网络，每路输出端口的信号幅度/相位相等。采用两层介质基板和三层金属层，通过PCB板加工技术，实现电路结构。
本发明所提出的准平面高隔离多路功分器工作原理如下：
射频信号从位于上层的微带端口馈入，经过多条结构相同且对称的微带线，实现多路等幅、同相的信号输出。下层隔离网络由与功分路数相同的多条二分一波长的微带线和相同个数的隔离电阻组成，该隔离网络一端连接于公共点处，另一端通过金属化通孔与上层功分网络连接，隔离电阻一端连接于二分之一波长微带线中心，另一端通过金属化通孔连接于中间金属地，以此实现各路输出端口间高隔离和良好的输出驻波。由于电路结构的对称性，可保证各路输出信号良好的幅度和相位一致性。本发明专利提供的技术可满足各种不同的应用需求，比如多路功率合成与相控阵馈电网络等，具有极大的应用优势。
本发明所提出的准平面高隔离多路功分器，不仅体积小、成本低、结构紧凑、设计灵活方便，而且具有高的输出端口隔离、各路信号幅度和相位一致性好、宽带、输出驻波好等优势。本发明主要用于微波功率合成***、阵列天线等，在通信、雷达、测控等微波***中有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提出的准平面高隔离多路功分器结构示意图；
图2是图1的S参数仿真曲线；
附图中标号对应名称为：
(1)介质基板，(2)输入微带端口，(3)输出微带端口，(4)中间接地金属层，(5)隔离电阻，(6)金属化通孔，(7)下层隔离网络。
具体实施方式
下面通过举例来说明本发明的优点。
例1:如图1所示，本发明提出的准平面高隔离多路功分器，其包含以下几个部分。分别是：两层介质基板，输入微带端口，多路输出微带端口，中间接地金属层，隔离电阻，金属化通孔和下层隔离网络。
功分网络位于上层金属层，通过微带馈电端口后的多条对称的四分之一波长微带线直接实现多路、等幅、同相的功率分配。隔离网络位于下层金属层，由与功分路数相同的二分之一波长微带线和对应个数的隔离电阻组成。上层功分网络与下层隔离网络通过金属化通孔连接，以实现各输出端口优良的隔离特性和阻抗匹配。
图2(a)是例1的频率响应曲线，由图可知在1.68GHz-2.47GHz范围内输入端口的回波损耗均大于20dB，带内***损耗小于0.4dB(不包含四路功分器的6dB理论插损)。
图2(b)是例1的输出端端口隔离特性，由图可看出，输出端口的隔离度在1.49GHz-2.65GHz范围内大于20dB，在1.8GHz-2.34GHz范围内大于25dB，实现了输出端口高隔离度特性。
图2(c)是例1的输出端端口回波损耗，由图可看出，输出端口回波损耗在1.73GHz-2.47GHz范围内大于15dB。
图2(d)是例1的输出端端口相位特性曲线，由图可知整个频带范围内输出端口相位一致性很好。

Claims (4)

1.准平面高隔离多路功分器，包括上下两层介质基板(1)、输入微带端口(2)、多路输出微带端口(3)、中间接地金属层(4)、隔离电阻(5)、金属化通孔(6)和下层隔离网络(7)，其特征在于，所述准平面高隔离多路功分器由两层介质基板构成，上层为功率分配网络，下层为隔离网络，并通过金属化通孔连接上下两层，以实现输出端口的高隔离特性和优良的输出驻波。
2.根据权利要求1所述的准平面高隔离多路功分器，采用两层介质基板，通过PCB基板加工技术，得到需要的输入微带端口(2)、多路输出微带端口(3)、中间接地金属层(4)和下层隔离网络(7)等结构。
3.根据权利要求1、2所述的下层隔离网络(7)，由与功分路数相同的二分之一波长微带线组成，一端接于公共点，另一端通过金属化通孔与上层功分网络连接，其中，每条二分之一波长微带线由两段宽度不同的四分之一波长微带线组成，隔离电阻(5)安装于下层隔离网络中，其个数与功分路数相同，隔离电阻的一端安装于下层隔离网络各二分之一波长微带线中心上，另一端安装于金属化通孔(6)上。
4.根据权利要求1所述的准平面高隔离多路功分器，根据互易定理，所述功分器的输入/输出端口进行交换，将变成功率合成器，准平面高隔离多路功率合成器的结构和设计与上述功分器完全一样。
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