一种基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法，首先通过等效电路图给出的电路结构，使用多节耦合线串联来模拟实际的渐变线，通过二维电磁仿真软件仿真优化得到各个节点的奇偶模阻抗值；将得到的奇偶模阻抗分成强耦合部分和弱耦合部分，最终结合前述步骤得到的每一节点的物理尺寸拟合成一条函数曲线，在三维电磁仿真软件中建模仿真优化。本发明专利技术基于垂直安装基板电路结构，来实现等功率分配。整体结构基于渐变耦合线实现宽带阻抗变换，从而实现超宽带功率分配的功能。从而实现超宽带功率分配的功能。从而实现超宽带功率分配的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法


[0001]本专利技术涉及一种超宽带、同相位、等功率分配器，尤其涉及一种基于垂直安装介质基板结构来实现强耦合的功分器，属于射频通信


技术介绍

[0002]功分器作为重要的多端口器件之一，其主要功能是将一路输入信号功率按照特定比例分为两路或多路同相、反相或者正交信号输出；反向使用时，可将多路输入信号功率叠加为一路信号输出进行功率合成，常用于混频器、移相器、天线阵列中。功分器作为收发机前端中的一类重要的无源器件，器性能好坏与整个系统性能的好坏有着直接紧密的联系。随着5G通信、无人驾驶、相控阵雷达及卫星通信等领域的快速发展，需要传输的信息容量与日俱增，加上电磁环境日益恶化，干扰信号越来越多，使得收发前端的工作带宽的要求也越来越高，因此，宽带微波毫米波功分器的研究具有重要的现实意义与应用价值。
[0003]目前，多种技术都在功分器设计中得以应用。专利号为CN207542373U的专利提出了一种1
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10GHz的超宽带1分4功分器，整个工作频带内插入损耗小于2dB,隔离度最小为14.5dB。整个结构基于多节威尔金森功分器进行设计，设计过程较为复杂；申请号为CN106785289A的专利提出了一种基于三线耦合结构的宽带滤波功分器，其功率比为10:1，相对带宽达到了40％，但其中因为没有引入电阻网络，其隔离度并不好；专利号为CN108777568A的专利设计了一款基于铁氧体磁芯的宽带功分器，其工作带宽为300KHz
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400MHz，带内性能良好，但铁氧体磁芯在高频的性能会有明显的下降，所以这种设计并不适用于高频；专利号为CN110034367A的专利提出了一种基于多层椭圆缺陷地结构的高隔离度宽带功分器，但这种缺陷地结构可能会破坏信号完整性。
[0004]减少损耗、增加工作带宽、降低生产成本是射频研发的不懈追求。威尔金森功分器作为经典结构在工作频带能有着非常好的性能，Gysel功分器解决了传统威尔金森功分器耐受功率较小的问题，但两者的工作带宽十分有限，如何实现高隔离度宽带功分器成为近年来的研究热点之一。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中存在上述技术和选材的一些问题，本专利技术提供一种基于垂直安装基板的超宽带功分器，针对传统威尔金森功分器带宽太窄以及多节级联威尔金森功分器设计太过复杂的缺点，提供一种新型的基于垂直安装基板的实现方案，该方案基于垂直安装基板电路结构，来实现等功率分配。整体结构基于渐变耦合线实现宽带阻抗变换，从而实现超宽带功率分配的功能。
[0006]为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]步骤1、参照图1给出等效电路图的电路结构，使用多节耦合线串联来模拟实际的渐变线，通过二维电磁仿真软件仿真优化得到各个节点的奇偶模阻抗值；
[0008]步骤2、将得到的奇偶模阻抗分成两个部分，即强耦合部分和弱耦合部分。强耦合
部分，使用三维电磁场仿真软件对垂直安装基板结构进行仿真，确定水平基板与垂直基板上的传输线的物理尺寸；弱耦合部分，使用平行耦合线结构来实现。
[0009]步骤3、结合前述步骤得到的每一节点的物理尺寸拟合成一条函数曲线，在三维电磁仿真软件中建模仿真优化。
[0010]进一步的，所述超宽带功分器由隔离网络和功率分配网络两部分组成，所述功率分配网络至少包括强耦合部分和弱耦合部分，通过强耦合部分串联弱耦合部分组成功率分配网络，输入端与功率分配网络的两条耦合线各连接一个电阻构成隔离网络。
[0011]进一步的，所述超宽带功分器垂直安装于一块水平介质基板的电路结构，垂直基板的两面均蚀刻有金属传输线，线宽为W1，由于结构的对称性，使用奇偶模分析其特性，此时奇模阻抗可以表示为：
[0012][0013]其中，v
o
是电磁波在奇模传播时的相速度，电容C1，C
12
分别是传输线对地电容和传输线之间的耦合电容。
[0014]进一步的，偶模激励时，对称面可以等效为磁壁，图5(b)为其等效电路，此时偶模阻抗可以表示为
[0015][0016]其中，v
e
是电磁波在偶模传播时的相速度。
[0017]进一步的，所述水平基板上蚀刻有金属结构，并与垂直基板的传输线相连。
[0018]进一步的，所述超宽带功分器包括强耦合部分和弱耦合部分。强耦合部分使用改进型的垂直安装基板结构，弱耦合部分使用平行耦合线结构；所述水平基板上有一垂直安装的介质基板，水平基板和垂直基板材料均为Rogers 4350，厚度分别为0.508mm和0.203mm，垂直基板的两面均蚀刻有传输线，线宽为W1；水平基板对应的两侧也都蚀刻有宽度为W2的金属线，两条传输线相互连接在一起。
[0019]进一步的，所述超宽带功分器的所有传输线均采用渐变线结构。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术采用耦合线结构，且只需要两个电阻就能达到较高的隔离度，与传统的多节威尔金森功分器相比，电阻的数量大大减小，尺寸也较小。
[0022]2、本专利技术通过使用改进型的垂直安装基板电路结构来实现强耦合，解决了传统平行耦合线无法实现强耦合的缺点。
[0023]3、本专利技术中在输入端和功分分网络之间引入电阻网络，在有效提高隔离度的同时，可以将电阻网络对功分网络的影响降到最低。
[0024]4、本专利技术采用奇偶模设计方法，可以实现宽带的阻抗变换，实现了超宽带的同相功分功能。
[0025]5、本专利技术结构简单，设计量上相对较少。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的等效电路图。
[0027]图2为本专利技术的偶模等效电路图。
[0028]图3为本专利技术的奇模等效电路图。
[0029]图4为传统的垂直基板电路结构的剖面图。
[0030]图5为传统垂直安装基板的奇偶模等效电路，其中(a)为等效奇模电路，(b)为等效偶模电路。
[0031]图6为本专利技术的垂直基板电路结构示意图。
[0032]图7为本专利技术的；
[0033]图8为本专利技术的超宽带功分器的结构的俯视图和侧视图。
[0034]图9为本专利技术的回波损耗的仿真图。
[0035]图10为本专利技术的S21和S
31
，以及隔离度S
32
的仿真图。
[0036]图11为本专利技术的幅度不平衡度的仿真图。
[0037]图12为本专利技术的相位不平衡度的仿真图。
具体实施方式
[0038]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0039]所述的超宽带功分器整体结构采用耦合线结构，结构参见图1，主要可以分为强耦合线部分16和弱耦合部分17。因为整体电路具有对称性，所以可以采用奇偶模分析法进行分析。图2和图3分别是其等效偶模电路和等效奇模电路。图2中，偶模电路输入端口看做是100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、通过等效电路图给出的电路结构，使用多节耦合线串联来模拟实际的渐变线，通过二维电磁仿真软件仿真优化得到各个节点的奇偶模阻抗值；步骤2、将得到的奇偶模阻抗分成两个部分，即强耦合部分和弱耦合部分；强耦合部分，使用三维电磁场仿真软件对垂直安装基板结构进行仿真，确定水平基板与垂直基板上的传输线的物理尺寸；弱耦合部分，使用平行耦合线结构来实现；步骤3、结合前述步骤得到的每一节点的物理尺寸拟合成一条函数曲线，在三维电磁仿真软件中建模仿真优化。2.根据权利要求1所述的基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法，其特征在于：所述超宽带功分器由隔离网络和功率分配网络两部分组成，所述功率分配网络至少包括强耦合部分和弱耦合部分，通过强耦合部分串联弱耦合部分组成功率分配网络，输入端与功率分配网络的两条耦合线各连接一个电阻构成隔离网络。3.根据权利要求2所述的基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法，其特征在于：所述超宽带功分器垂直安装于一块水平介质基板的电路结构，垂直基板的两面均蚀刻有金属传输线，线宽为W1，由于结构的对称性，使用奇偶模分析其特性，此时奇模阻抗可以表示为：其中，v
o...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正斌，刘磊，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：