CN112103608B - 一种高隔离度的功分功合器 - Google Patents

Abstract

本申请属于射频微波技术领域，具体涉及一种高隔离度的功分功合器。该功分功合器包括波导腔体，包括相对的第一端与第二端，第一端设置为用于进行功率输入或输出的波导端口，第二端被导电壳体封闭，形成波导短路面，波导腔体的毗邻所述波导短路面的上方开设有窗口，透过该窗口，波导腔体与微带电路进行耦合；微带电路，包括基板，基板的上端面设置有两路微带线，基板的下端面包括一段用于盖合在所述波导腔体的窗口上的接合部分；波导填充介质，填充在所述波导腔体的窗口处，用于连接所述微带电路的基板与所述波导腔体的波导脊。该结构在波导微带转换的同时直接实现了功率分配/合成，并且又实现了良好隔离，结构更加紧凑，利于***的小型化设计。

Description

一种高隔离度的功分功合器

技术领域

本申请属于射频微波技术领域，特别涉及一种高隔离度的功分功合器。

背景技术

在微波毫米波中,微带线是微波集成电路中一种十分重要的传输形式,然而目前许多微波毫米波测试***和器件的接口均采用矩形波导,因此,波导-微带转换器被广泛的应用于微波毫米波单片集成电路和混合电路的检测以及波导与平面电路的连接中,以使两种传输线间具有良好的匹配过渡。波导-微带过渡技术便成为***实现的关键技术之一,受到广泛研究。常见的波导-微带过渡技术主要有:探针过渡,脊波导过渡以及鳍线过渡等；微波功率合成器作为现代微波通信***、雷达***以及电子对抗等***中的重要无源器件，在整个微波***中占据着相当重要的地位。它的功能是将多路功率传输至一路进行功率叠加。这类器件常常用于高功率***中的功率合成。目前常见的微波功率合成器主要分为平面微带线结构、SIW结构、同轴结构以及腔体结构等类型，而基于波导结构的功率合成器的功率容量高，***损耗小的特点受到微波工作者的广泛关注，所以采用波导结构的功率分配技术是微波、毫米波技术领域中很有价值的研究课题之一，在功率合成电路中,通常采用MMIC芯片进行功率放大,而MMIC芯片需要与微带线匹配连接,因此信号需要由波导过渡到相应的微带线上，目前常用的波导至微带的双探针过渡既满足了波导微带的转换，又实现了功率的合成，但是各输出端口之间的隔离度较差,两路的隔离理论上只有6dB。作为功合器使用时当其中一个输入端口失配或输入端口间严重不平衡时的情况下会造成相互之间较大的影响，导致***的稳定性降低；普通脊波导过渡虽然和探针过渡一样具有良好的过渡性能，但不能像双探针过渡那样既满足波导微带的转换，又实现功率的合成。

发明内容

针对双探针过渡功合器端口间隔离度较差，在用于功率合成时影响***的稳定性，而普通脊波导过渡存在不易实现功率合成的不足，本专利采用脊波导到双微带线的耦合过渡方式，实现了波导到微带的过渡的同时又实现了功率的分配/合成，并且在双微带线间引入一隔离电阻，从而实现了两微带线分端口间的隔离，同时提高了分端口的驻波性能。

本申请高隔离度的功分功合器，主要包括：

波导腔体，包括相对的第一端与第二端，所述第一端设置为用于进行功率输入或输出的波导端口，所述第二端被导电壳体封闭，所述导电壳体构成波导短路面，波导腔体的毗邻所述波导短路面的上方开设有窗口，透过该窗口，波导腔体与微带电路进行耦合，所述波导腔体内设置有波导脊；

微带电路，包括基板，所述基板的上端面设置有两路微带线，所述基板的下端面包括一段用于盖合在所述波导腔体的窗口上的接合部分，以及设置在所述接合部分两侧的金属板部分，位于内侧的金属板通过设置在所述基板上的接地过孔延伸至基板上端面，并电连接所述微带线，位于外侧的金属板与所述波导短路面连接，所述外侧是指临近所述微带电路输出端的一侧；

波导填充介质，填充在所述波导腔体的窗口处，用于连接所述微带电路的基板与所述波导腔体的波导脊。

优选的是，所述波导脊设置在所述波导腔体的波导端口与窗口之间，且自所述波导端口至窗口呈阶梯型逐渐升高。

优选的是，所述基板的介电常数与波导填充介质的介电常数相同。

优选的是，两路微带线在输出端跨接一隔离电阻。

优选的是，两路所述微带线在所述波导腔体的窗口上方相互平行设置。

优选的是，两路所述微带线的输出端向相反方向延伸，分别形成第一微带端口及第二微带端口。

优选的是，第一微带端口及第二微带端口为输入端口时，所述波导腔体的第一端的波导端口为功合器的输出端。

优选的是，所述波导腔体的第一端的波导端口为输入端时，第一微带端口及第二微带端口为功分输出端。

本发明创造相对于现有技术的有益效果：

(1)相比较普通脊波导过渡该方法除了完成波导到微带过渡的同时还实现了两路功率的分配/合成；相比较普通波导至微带的双探针过渡除了满足了波导微带的转换和功率分配/合成外，又易于实现各路间的隔离和端口驻波的改善，便于模块间的连接和***集成，减小了在多路***集成时因路间不平衡甚至一路损坏给***带来的不稳定性。

(2)该结构在波导微带转换的同时直接实现了功率分配/合成，并且又实现了良好隔离，与设计一款隔离性能良好的微带功合器再设计一款波导微带转换器进行级联相比较，结构更加紧凑，利于***的小型化设计。

(3)该结构微带电路和波导腔体是通过耦合而不是连接实现过渡，避免了常规脊波导微带过渡焊接的一致性差等缺点，另外波导开窗由介质基板覆盖，相对常规脊波导微带过渡易于实现腔体的密封。

附图说明

图1是本申请高隔离度的功分功合器的一优选实施例的立体图。

图2是本申请图1所示实施例的前视图。

图3是本申请图1所示实施例的俯视图。

图4是本申请图1所示实施例的俯视图波导腔体与微带电路在窗口耦合处的结构示意图。

其中，1-波导腔体，11-波导端口，12-窗口，13-波导短路面，2-波导脊，3-微带线，31-第一微带端口，32-第二微带端口，4-基板，41-接合部分，42-金属板部分，43-接地过孔，5-波导填充介质，6-隔离电阻。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提供了一种高隔离度的功分功合器，如图1-图4所示，主要包括：

波导腔体1，包括相对的第一端与第二端，所述第一端设置为用于进行功率输入或输出的波导端口11，所述第二端被导电壳体封闭，所述导电壳体构成波导短路面13，波导腔体1的毗邻所述波导短路面11的上方开设有窗口12，透过该窗口12，波导腔体1与微带电路进行耦合，所述波导腔体1内设置有波导脊2；

微带电路，包括基板4，所述基板4的上端面设置有两路微带线3，所述基板的下端面包括一段用于盖合在所述波导腔体1的窗口12上的接合部分41，以及设置在所述接合部分两侧的金属板部分42，位于内侧的金属板通过设置在所述基板上的接地过孔43延伸至基板上端面，并电连接所述微带线3，位于外侧的金属板与所述波导短路面13连接，所述外侧是指临近所述微带电路输出端的一侧；

波导填充介质5，填充在所述波导腔体1的窗口12处，用于连接所述微带电路的基板与所述波导腔体1的波导脊2。

本申请中，波导腔体1的一端为标准波导，另一端短路，腔体内靠近波导短路面加工出脊高不同的几节波导脊2，实现标准波导阻抗向接近微带线的低阻抗变换。最后一节脊波导上方波导宽边开窗，并在脊波导的上面放置波导填充介质，开窗长度尺寸与填充介质长度和末节脊波导长度相等,约为四分之一波长(按填充介质介电常数计算)。

在波导的上面放置一块微带电路板，正面为两路微带线，反面微带板地平面与波导壳体紧密良好接触,并预留一个微带板地平面开窗，使其位于最后一节脊波导上方，与波导开窗相同，正面微带线的其中一段双平行线位于开窗的上方，两路微带线与末节波导脊平行，距离相等，以形成耦合节实现脊波导到双路微带的等幅耦合过渡，微带板介质基板的介电常数与波导填充介质的介电常数相同，以保证微带线的耦合节部分与末节脊波导长度相等。在微带线耦合节的一端通过微带接地过孔与地平面短路，另外一端以50欧姆阻抗的带线输出，在耦合节的输出端，两路微带线间跨接一只隔离电阻，用于改善两路微带输出之间的隔离，电阻阻值约100欧姆。

当信号从波导端口11输入时，在波导短路面反射，通过波导开窗将信号耦合到微带线上，从微带线的两个端口输出，此时为功分器。

当作为功合器使用时，微带线的两个端口分别与两路微带电路放大器相连接，两路放大器的相位要求同相，两路经耦合过渡到脊波导上，功合后通过波导端口11输出。

在一些可选实施方式中，所述波导脊2设置在所述波导腔体1的波导端口11与窗口12之间，且自所述波导端口11至窗口12呈阶梯型逐渐升高。

在一些可选实施方式中，所述基板的介电常数与波导填充介质的介电常数相同。

在一些可选实施方式中，两路微带线在输出端跨接一隔离电阻6。

在一些可选实施方式中，两路所述微带线3在所述波导腔体1的窗口12上方相互平行设置。微带线3的一段平行双线通过一个基板在窗口12处与波导脊2末节形成上下耦合节实现信号传输过渡。从波导端口11到第一微带端口31及第二微带端口32信号传输时，信号通过脊波导平均耦合到距离相同的两条平行微带线上，实现了功率的等幅同相分配，反向传输即可以实现功率的合成。

在一些可选实施方式中，两路所述微带线3的输出端向相反方向延伸，分别形成第一微带端口31及第二微带端口32。

在一些可选实施方式中，第一微带端口31及第二微带端口32为输入端口时，所述波导腔体1的第一端的波导端口11为功合器的输出端。

在一些可选实施方式中，所述波导腔体1的第一端的波导端口11为输入端时，第一微带端口31及第二微带端口32为功分输出端。

本申请首先通过在标准波导宽边上设置几节不同脊高高度的脊，实现标准波导到脊波导的阻抗变换，将几百欧姆的标准波导阻抗变换为接近微带线的阻抗，并将脊波导的末端短路，在脊波导的最后一节脊的上方波导宽边开一个耦合窗口，在窗口范围内脊的上方放置一片介质基板，然后在波导腔体上方放置微带板，其微带线位于波导脊的上方,与脊平行，微带板地平面对应也开窗，使微带线和波导脊通过开窗进行信号的耦合，耦合微带线的一端也短路，并与脊波导短路的方向相反，从而将波导脊与微带线构成四分之一波长的耦合节，并且各有一端短路，根据单脊波导和微带线的电场分布有相似之处进行分析，上下的波导脊和微带线可以视为一组双面平行带线，并且将中间的地平面开窗，从而构成了一节耦合带线，因此可以实现脊波导到微带的耦合过渡。若将耦合节中的微带线改为相互平行的双微带线，对称的分布在脊的上方两侧，则实现了脊波导到微带的双路同相等幅功分，再在耦合节微带线的输出一端双路间放置一隔离电阻，则增加了两路微带端口间的隔离度，同时改善了微带端口的驻波性能，从而实现了高隔离的功分/功合。

仿真结果表明，该结构实现了同相功分，且具有较好的隔离性能与端口驻波性能。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高隔离度的功分功合器，其特征在于，包括：

波导腔体（1），包括相对的第一端与第二端，所述第一端设置为用于进行功率输入或输出的波导端口（11），所述第二端被导电壳体封闭，所述导电壳体构成波导短路面（13），波导腔体（1）的毗邻所述波导短路面（13）的上方开设有窗口（12），透过该窗口（12），波导腔体（1）与微带电路进行耦合，所述波导腔体（1）内设置有波导脊（2）；

微带电路，包括基板（4），所述基板（4）的上端面设置有两路微带线（3），所述基板的下端面包括一段用于盖合在所述波导腔体（1）的窗口（12）上的接合部分（41），以及设置在所述接合部分两侧的金属板部分（42），位于内侧的金属板通过设置在所述基板上的接地过孔（43）延伸至基板上端面，并电连接所述微带线（3），位于外侧的金属板与所述波导短路面（13）连接，所述外侧是指临近所述微带电路输出端的一侧；

波导填充介质（5），填充在所述波导腔体（1）的窗口（12）处，用于连接所述微带电路的基板与所述波导腔体（1）的波导脊（2）。

2.如权利要求1所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，所述波导脊（2）设置在所述波导腔体（1）的波导端口（11）与窗口（12）之间，且自所述波导端口（11）至窗口（12）呈阶梯型逐渐升高。

3.如权利要求1所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，所述基板的介电常数与波导填充介质的介电常数相同。

4.如权利要求1所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，两路所述微带线（3）在输出端跨接一隔离电阻（6）。

5.如权利要求1所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，两路所述微带线（3）在所述波导腔体（1）的窗口（12）上方相互平行设置。

6.如权利要求1所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，两路所述微带线（3）的输出端向相反方向延伸，分别形成第一微带端口（31）及第二微带端口（32）。

7.如权利要求6所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，第一微带端口（31）及第二微带端口（32）为输入端口时，所述波导腔体（1）的第一端的波导端口（11）为功合器的输出端。

8.如权利要求6所述的高隔离度的功分功合器，其特征在于，所述波导腔体（1）的第一端的波导端口（11）为输入端时，第一微带端口（31）及第二微带端口（32）为功分输出端。

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