小型寬帶功率分配器的製作方法

2023-05-26 21:58:06

專利名稱：小型寬帶功率分配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微波無源器件，特別是一種小型寬帶功率分配器。
背景技術：
功率分配器這類器件的基本原理與設計技術的大量文獻已相繼出現，從六七十年代到現今階段，已湧現了從立體結構到平面結構，從窄帶到寬帶器件的大量研究成果，並且 這些成果已廣泛應用於微波工程技術領域。微帶功率分配器因其結構緊湊、性能穩定、成本 低、易實現雙頻段等特點而在微波技術領域有著及其廣泛的應用。目前隨著移動通信技術 的迅猛發展，已經對通信技術提出了寬頻帶的要求。傳統的單節威爾金森功率分配器帶寬 較窄，不能滿足寬頻帶的要求，為了提高帶寬，威爾金森功率分配器採用階梯式多節結構， 相應的要增加隔離電阻。但是這種技術會造成電路尺寸比較大，不適合用於集成電路中。

發明內容
本發明的目的在於提供一種小尺寸、高集成、性能可靠的小型寬帶功率分配器。實現本發明目的的技術解決方案為一種小型寬帶功率分配器，包括輸入埠、兩 條支路，一條支路包括第一金屬導帶、第二金屬導帶、第一輸出埠，另一條支路包括第三 金屬導帶、第四金屬導帶、第二輸出埠，上述兩條支路關於中軸對稱，第一隔離電阻、第二 隔離電阻位於兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板；第一金屬導帶與第三金屬導帶自 然耦合，第一輸入埠位於上述自然耦合點處，第一金屬導帶的另一端與第二金屬導帶自 然耦合，第三金屬導帶的另一端與第四金屬導帶自然耦合，第一輸出埠位於第二金屬導 帶另一端，第二輸出埠位於第四金屬導帶另一端；第一金屬導帶和第二金屬導帶自然耦 合點為第一耦合點，第三金屬導帶和第四金屬導帶自然耦合點為第二耦合點，第一隔離電 阻位於第一耦合點和第二耦合點之間，第二隔離電阻位於第二金屬導帶與第一輸出埠的 連接處和第四金屬導帶與第二輸出埠的連接處之間。接地板與兩條支路的金屬導帶之間設置隔離層和人工介質層，隔離層位於人工介 質層上方，金屬導帶位於隔離層上方，人工介質層內設置若干增大介電常數的金屬柱。本發明與現有技術相比，其顯著優點1)採用了人工介質結構，減少了隔離電阻 數目，縮小了電路的尺寸，尺寸縮小約50%;2)通過改變金屬柱間距來保持金屬導帶寬度一 致，減小了由於導帶線寬突變引起的不連續性；3)覆蓋GSM，CDMA，DCS，PHS頻帶的小型寬帶 功率分配器，工作在0. 8GHz到2GHz頻段上，從而滿足GSM，CDMA, DCS, PHS通信中的要求。


圖1為本發明的小型寬帶功率分配器的俯視圖。圖2為本發明的小型寬帶功率分配器的側視圖。圖3為本發明的小型寬帶功率分配器的原理結構框圖。圖4為本發明的小型寬帶功率分配器的幅度仿真結果。
圖5為本發明的小型寬帶功率分配器的隔離度仿真結果。圖6為本發明的小型寬帶功率分配器的相位仿真結果。
具體實施例方式下面結合附圖以工作頻段在0. 8GHz到2GHz的微帶功率分配器為例，對本發明作 進一步詳細描述。本發明的新型結構寬帶功率分配器是種微波無源器件，用於無線通信技 術領域，為工作在GSM，CDMA, DCS, PHS的基站波段內的任何用戶提供無線覆蓋。結合圖1、圖2，本發明的一種小型寬帶功率分配器，包括輸入埠 10、兩條支路， 一條支路包括第一金屬導帶1、第二金屬導帶2、第一輸出埠 11，另一條支路包括第三金 屬導帶3、第四金屬導帶4、第二輸出埠 12，上述兩條支路關於中軸對稱，第一隔離電阻5、 第二隔離電阻6位於兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板13 ；第一金屬導帶1與第三 金屬導帶3自然耦合，第一輸入埠 10位於上述自然耦合點處，第一金屬導帶1的另一端 與第二金屬導帶2自然耦合，第三金屬導帶3的另一端與第四金屬導帶4自然耦合，第一輸 出埠 11位於第二金屬導帶2另一端，第二輸出埠 12位於第四金屬導帶4另一端；第一 金屬導帶1和第二金屬導帶2自然耦合點為第一耦合點M,第三金屬導帶3和第四金屬導帶 4自然耦合點為第二耦合點N，第一隔離電阻5位於第一耦合點M和第二耦合點N之間，第 二隔離電阻6位於第二金屬導帶2與第一輸出埠 11的連接處和第四金屬導帶4與第二 輸出埠 12的連接處之間。接地板13與兩條支路的金屬導帶之間設置隔離層8和人工介質層9，隔離層8位 於人工介質層9上方，金屬導帶位於隔離層8上方，人工介質層9內設置若干增大介電常數 的金屬柱。接地板、人工介質層、隔離層、微帶貼片依次疊加且重合。金屬柱7的直徑D為0. 4 0. 5mm,第一金屬導帶1和第三金屬導帶3下方人工介 質層9內金屬柱間距P1為1. 6 5. 2mm，第二金屬導帶2和第四金屬導帶4下方人工介質 層9內設置的金屬柱間距P2為0. 7 1. 2mm。第三金屬導帶3各段的長分別為=I1為5. 5 6. 78mm，I2為12 19mm，I3為 3. 48 5. 45mm, I4為4 6mm ；第四金屬導帶4各段的長分別為I5為4. 5 5. 48mm, I6為 3 5mm，I7為9. 5 12. 45mm, I8為3. 5 5mm，I9為4 6mm ；輸入埠 10、第一輸出埠 11、第二輸出埠 12的長度1均為5 10mm，寬度Wtl均為1. 54 2. 04mm ；所有金屬導帶的 寬度W均為0. 45 0. 5mm ；第一隔離電阻5的阻值為90 100 Ω，第二隔離電阻6的阻值 為200 209 Ω ；金屬柱7的高為0. 4 0. 6mm ；隔離層8和人工介質層9內填充介電常數 、為2. 2 4. 4的物質，其中隔離層8高Ii1為0. 1 0. 5mm,人工介質層9高h2為0. 4 0. 6mm。結合圖3本發明結構由下到上分別是接地板、人工介質層、隔離層和金屬導帶。兩 條支路為上下對稱結構。人工介質是通過在微帶線下面雷射鑽孔和金屬電鍍工藝，提高微 帶線的分布電容，而分布電感幾乎不變，相當於提高了有效介電常數。由於介質的有效折射 ^neff =^seffMejr，其中是介質的有效介電常數，是介質的有效磁導率，所以提高了
介質的有效折射率。導波波長等於真空中波長除以有效折射率，從而減小導波波長，這樣可 以實現電路的小型化。此外，在保持微帶線線寬不變的前提下，通過改變微帶線下金屬通孔 間距來改變有效介電常數，從而調整微帶線的特徵阻抗。
兩條支路利用公式tan(風)tan(風)=ZiZ^Rl -Z0)/(Zf R1 -Z22Z0)tan^/^/tan^) = Z1 (Z22 Z0)/(Z2(Z0^ -Z12)) 的雙頻特性，實現寬帶要求。其中I1和I2分別為兩條支路中第一段微帶線和第二 段微帶線的長度，Z1和Z2分別為第一段微帶線和第二段微帶線的特性阻抗，Z0為輸入埠 10的阻抗，R1為輸出埠 11和輸出埠 12的輸出阻抗，通常都設置為50Ω。三個埠的 特性阻抗都為50 Ω。實施例1 藉助目前已非常成熟的微波集成電路加工工藝技術，按下列參數在印刷電路板上 製作微帶線，第三金屬導帶3各段的長分別為=I1為6. 78mm, I2為19mm，I3為5. 45mm, I4為 5mm ；第四金屬導帶4各段的長分別為15為4. 55mm, I6為5mm，I7為12. 45mm, I8為5mm，I9 為4. 55mm;輸入埠 10、第一輸出埠 11、第二輸出埠 12的長度1均為10mm，寬度W。均 為1. 45mm ；所有金屬導帶的寬度W均為0. 45mm ；第一隔離電阻5的阻值為100 Ω，第二隔離 電阻6的阻值為200 Ω ；金屬柱7的高度為0. 4mm，直徑為0. 4mm,金屬柱間距離P1和P2分 別為1.6mm和0.7mm;隔離層8相對介電常數、為2. 2，厚度Ill為0. Imm;人工介質層9相 對介電常數、也為2. 2，厚度h2為0. 4mm,接地板13位於人工介質層9的下方。結合圖4、圖5、圖6，通過本發明的HFSS (高頻電磁場仿真軟體)仿真結果的比較， 可以看出工作頻段在0. 8GHz到2GHz，傳輸係數|S21| = | S311彡4dB，反射係數| S111彡20dB， 隔離度IS23I彡20dB，兩個輸出埠的相位相等，符合等分同相功分器的設計要求。實施例2 第三金屬導帶3各段的長分別為=I1為6mm，I2為15mm，I3為3. 48mm, I4為6mm ； 第四金屬導帶4各段的長分別為15為5. 48mm, I6為3. 48mm, I7為9. 5mm, I8為3. 48mm, I9 為6mm;輸入埠 10、第一輸出埠 11、第二輸出埠 12的長度1均為8mm，寬度W。均為 2. 04mm ；所有金屬導帶的寬度W均為0. 48mm ；第一隔離電阻5的阻值為95 Ω，第二隔離電 阻6的阻值為205 Ω ；金屬柱7的高度為0. 6mm,直徑為0. 48mm,金屬柱間距離P1和P2分別 為1. 8mm和0. 8mm ；隔離層8相對介電常數、為2. 94，厚度Ill為0. 2mm ；人工介質層9相 對介電常數、也為2. 94，厚度h2為0. 6mm ；接地板13位於人工介質層9的下方。實施例 2在工作頻段0. 8GHz到2GHz，符合等分同相功分器的設計要求。實施例3 第三金屬導帶3各段的長分別為5mm, I2為12mm，I3為3. 5mm, I4為4mm ； 第四金屬導帶4各段的長分別為15為4. 5mm, I6為3mm，I7為10mm，I8為3. 5mm, I9為4mm ； 輸入埠 10、第一輸出埠 11、第二輸出埠 12的長度1均為5mm，寬度W。均為1.91mm; 所有金屬導帶的寬度W均為0. 5mm ；第一隔離電阻5的阻值為90 Ω，第二隔離電阻6的阻 值為209 Ω ；金屬柱7的高度為0. 5mm,直徑為0. 5mm,金屬柱間距離P1和P2分別為5. 2mm 和1. 2mm ；隔離層8相對介電常數ε ^為4. 4，厚度Ill為0. 5mm ；人工介質層9相對介電常數 、也為4. 4，厚度h2為0. 5mm ；接地板13位於人工介質層9的下方。實施例3在工作頻段 0. 8GHz到2GHz，符合等分同相功分器的設計要求。
權利要求
一種小型寬帶功率分配器，包括輸入埠[10]、兩條支路，一條支路包括第一金屬導帶[1]、第二金屬導帶[2]、第一輸出埠[11]，另一條支路包括第三金屬導帶[3]、第四金屬導帶[4]、第二輸出埠[12]，上述兩條支路關於中軸對稱，第一隔離電阻[5]、第二隔離電阻[6]位於兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板[13]；其特徵在於接地板[13]與兩條支路的金屬導帶之間設置隔離層[8]和人工介質層[9]，隔離層[8]位於人工介質層[9]上方，人工介質層[9]內設置若干增大介電常數的金屬柱[7]。
2.根據權利要求1所述的一種小型寬帶功率分配器，其特徵在於金屬柱[7]的直徑 D為0.4 0.5mm，第一金屬導帶[1]和第三金屬導帶[3]下方人工介質層[9]內金屬柱間 距P1為1. 6 5. 2mm,第二金屬導帶[2]和第四金屬導帶[4]下方人工介質層[9]內設置 的金屬柱間距P2為0. 7 1. 2mm。
3.根據權利要求1或2所述的小型寬帶功率分配器，其特徵在於，隔離層[8]的厚度Ii1 為0. 1 0. 5mm,人工介質層[9]的厚度h2為0. 4 0. 6mm,隔離層[8]和人工介質層[9] 內填充介電常數、為2. 2 4. 4的物質，第三金屬導帶[3]各段的長分別為=I1為5. 5 6. 78謹，I2為12 19謹，I3為3. 48 5. 45謹，I4為4 6謹；第四金屬導帶[4]各段的 長分別為15 為 4. 5 5. 48mm, I6 為 3 5mm，I7 為 9. 5 12. 45mm, I8 為 3. 5 5mm，I9 為 4 6mm;輸入埠 [10]、第一輸出埠 [11]、第二輸出埠 [12]的長度1均為5 10mm， 寬度Wtl均為1. 54 2. 04mm ；所有金屬導帶的寬度W均為0. 45 0. 5mm ；第一隔離電阻[5] 的阻值為90 100 Ω，第二隔離電阻[6]的阻值為200 209 Ω ；金屬柱[7]的高為0. 4 0. 6mm。
全文摘要
本發明公開了一種小型寬帶功率分配器，包括輸入埠、兩條支路，一條支路包括第一金屬導帶、第二金屬導帶、第一輸出埠，另一條支路包括第三金屬導帶、第四金屬導帶、第二輸出埠，上述兩條支路關於中軸對稱，第一隔離電阻、第二隔離電阻位於兩條支路之間，兩條支路的下方為接地板；接地板與兩條支路的金屬導帶之間設置隔離層和人工介質層，隔離層位於人工介質層上方，金屬導帶位於隔離層上方，人工介質層內設置若干增大介電常數的金屬柱。本發明的小型寬帶功率分配器的尺寸小並通過改變金屬柱間距來保持金屬導帶寬度一致，減小了由於導帶線寬突變引起的不連續性。
文檔編號H01P5/12GK101847770SQ20091002992
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者唐萬春, 林葉嵩, 樊振宏, 溫中會, 王丹陽, 王曉科, 許小衛, 陳如山 申請人:南京理工大學