一種微波帶狀線隔直器的製作方法
2023-05-16 18:32:26
專利名稱：一種微波帶狀線隔直器的製作方法
技術領域：
本發明屬於微波毫米波技術領域，特別涉及微波毫米波電路和微波毫米波測試技術領域。
背景技術：
隔直器又稱為DC-Block，在微波毫米波電路和微波毫米波測試技術中有著廣泛的應用。在微波毫米波電路中常用隔直器隔離直流、耦合交流、保護放大器或混頻器等器件。在電真空器件、寬帶接收機以及很多測試系統中常用隔直器保護容易受直流電壓或直流電流損傷的儀器、器件。
隔直器可以為內導體隔直，也可以為外導體隔直，也可以內外導體均隔直。隔直器的種類很多，主要有貼片電容、同軸線隔直器、微帶線隔直器、共面波導隔直器等結構。因共面波導隔直器與本實用新型相差較遠，故不作介紹。
貼片電容和同軸線隔直器是較常見的一種隔直器，其生產技術已非常成熟。對於同軸線隔直器，國內外已有很多廠家和研究所研製和生產。同軸線隔直器具有頻帶寬、插損小、反射低等優點。例如，Anritsu公司生產的隔直器頻率帶寬可從50KHz到65GHz，插損小於0.7dB，回波損耗小於-15dB，可承受的最大直流電壓為16V；Woken Technology Inc.公司生產的MDC1181隔直器在0.1～18GHz內，插損小於0.5dB，最大駐波比為1.35，可承受的電壓為200V；Microlab/FXR實驗室設計的HR-D34/D36隔直器在0.8～2.7GHz範圍內，插入損耗小於0.08dB，可承受的高壓為3000V。可見，對於同軸線隔直器來說，在寬頻帶與高擊穿電壓之間存在一定的矛盾，即同時獲得寬頻帶與高的擊穿電壓較困難，且同軸線的加工精度要求高，製作工藝複雜。
微帶線隔直器一般是在屏蔽盒1內放置微波電路板2，並通過轉換接頭3與外界系統相連接，如圖1所示。微波電路板上的電路為微帶線結構，並有多種形式。文獻「D.Lacombe，J.Cohen.Octave-band microstrip DC block.IEEE MTT，1972，August，pp.555-556」中提出的一種倍頻程的寬帶微帶線隔直器，其微帶線採用微帶耦合線形式，長度為中心頻率波長的1/4進行隔直和耦合微波信號，如圖2所示。所設計的隔直器的工作帶寬為7.75～16.3GHz，插入損耗小於0.5dB，駐波比小於1.4，文中未給出這種結構所能承受的擊穿電壓。但這種結構的帶寬在一些寬帶器件或寬帶測試系統中仍不能滿足需要。
文獻「D.Kajfez，B.S.Vidula.Design equations for symmetric microstrip DC blocks.IEEE MTT，1980，Vol.28，No.9，pp.974-981」中提出了一種對稱耦合微帶線結構設計的隔直器。該隔直器的微帶線採用對稱耦合微帶線形式進行隔直和耦合微波信號，如圖3所示。頻率帶寬小於2GHz。這種隔直器的工作帶寬窄，駐波大、紋波大。隨後，文獻「D.Kajfez，S.Bokka，C.B.Smith.Asymmetric microstrip DC blocks with rippled response.IEEE MTT-S1981，Vol.81，Issue 1，pp.301-303」中還提出了一種不對稱耦合微帶線結構設計的隔直器，其微帶線直接採用不對稱耦合微帶線形式進行隔直和耦合微波信號，如圖4所示，並用集總電容CI和CII用來補償兩種微帶線中準TEM波傳輸係數的差別，但這種改進效果並不明顯。
綜上所述，現有的隔直器很難兼顧以下要求(1)工作頻帶寬；(2)插損低；(3)駐波小；(4)擊穿電壓高；(5)結構簡單，容易加工。
發明內容
本發明提出的微波帶狀線隔直器，使該隔直器具有頻帶寬、駐波小、插損低、耐高壓、結構簡單等特點。
本發明所提出的微波帶狀線隔直器，其特徵在於包括金屬下蓋板(4)、金屬上蓋板(5)、帶狀線電路板(6)、隔直介質(7)和轉換接頭(8)，其中，帶狀線電路板(6)上有銷釘定位孔，使兩塊帶狀線電路板(6)上的帶狀線上下重合，隔直介質(7)在兩塊帶狀線電路板(6)之間，金屬上下蓋板及帶狀線電路板(6)四角有螺釘孔將隔直器緊固，轉換接頭(8)分別在電路板兩端與帶狀線電路板(6)上的帶狀線相連接，如圖5所示。
所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(6)上的電路是一條長度大於1/2且小於整個電路板的帶狀線，如圖6所示，帶狀線的寬度是帶狀線的等效阻抗與外電路的等效阻抗相匹配時的寬度，帶狀線與帶狀線電路板(6)邊緣的距離大於5倍的帶狀線電路板(6)厚度；所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(6)上的電路是一條貫穿整個電路板並距中點一定距離的地方開有一槽線的帶狀線，如圖7所示，帶狀線的寬度是帶狀線的等效阻抗與外電路的等效阻抗相匹配時的寬度，帶狀線與微波電路板邊緣的距離大於5倍的帶狀線電路板(6)厚度；所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(6)上帶狀線上所開槽線可以是直線，也可以是Z型，Z型的長度為中心頻率波長的1/4左右，如圖8所示，還可以是其它的形狀，只要其槽線的長度為中心頻率波長的1/4左右，槽線的寬度視不同頻段和不同耐壓條件而定，一般小於0.05mm。
所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於所述的兩塊帶狀線電路板(6)上的帶狀線上下重合，且兩塊帶狀線電路板(6)上的帶狀線起始方向或所開槽線的位置相反。
所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於隔直介質(7)其長度大於兩倍的帶狀線末端距帶狀線電路板(6)中心位置長度或槽線最遠端距中心點的距離，其寬度是帶狀線寬度的2倍，隔直介質(7)的厚度視需要而定，一般為μm量級；
所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於隔直介質(7)可為聚四氟乙烯、陶瓷、石英玻璃或其它低損耗介質材料；所述的微波帶狀線隔直器，其特徵在於隔直介質(7)可做成薄膜直接覆蓋在兩塊帶狀線電路板(6)之間，也可用真空鍍或其它方法直接在兩塊帶狀線電路板(6)之間生成一層如陶瓷或石英玻璃等的低損耗介質薄膜。
本發明可以根據不同需要在不同頻段不同耐壓條件下利用這種帶狀線結構做成隔直器。通過採用不同的隔直介質和調節隔直介質的厚度，帶狀線槽線的寬度、長度和形狀，以及電路板採用不同的介質基片，可設計成適應不同場合工作的隔直器。
本發明的帶狀線隔直器工作頻帶寬、插損低、駐波小、可承受的擊穿電壓高、體積小，結構簡單，可根據不同頻段不同耐壓要求設計不同場合工作的隔直器。
圖1微帶線隔直器結構示意圖其中，1是屏蔽盒，2是微帶線電路板，3是轉換接頭圖2倍頻程寬帶微帶線示意圖微帶線採用微帶耦合線形式，長度L為中心頻率波長的1/4進行隔直和耦合微波信號，圖3對稱耦合微帶線示意圖微帶線採用對稱耦合微帶線形式進行隔直和耦合微波信號圖4不對稱耦合微帶線示意圖微帶線採用不對稱耦合微帶線形式進行隔直和耦合微波信號圖5帶狀線隔直器結構示意圖其中，4是金屬下蓋板，5是金屬上蓋板，6是帶狀線電路板，7是隔直介質，8是轉換接頭，9是銷釘定位孔，10是螺釘孔圖6帶狀線電路板中的帶狀線示意圖其中，帶狀線電路板上是一條長度大於1/2且小於整個電路板的帶狀線，寬度W是帶狀線的等效阻抗與外電路的等效阻抗相匹配時的寬度圖7帶狀線電路板中帶狀線所開槽線示意圖其中，帶狀線貫穿整個電路板並距中點一定距離的地方開有一槽線，圖8帶狀線電路板中帶狀線所開槽線示意圖其中，帶狀線所開槽線為Z型圖9是隔直器插入損耗測試結果在2～18GHz的帶寬內，插損小於1dB。頻率在2～3.5GHz之間時，回波損耗大於12.8dB，即駐波比低於1.6圖10是隔直器回波損耗測試結果頻率在3.5～18GHz之間時，回波損耗大於17.8dB，即駐波比低於1.3。經高壓測試，擊穿電壓高於800V具體實施方式
本實施例帶狀線電路板6採用的介質基片為聚四氟乙烯基片，介電常數為2.2，厚度為0.8mm，帶狀線電路板6上的帶狀線採用如圖7所示的結構，帶狀線的阻抗為50Ω，槽線距中心點的距離為1mm，槽線的寬度為0.01mm，所採用的隔直介質7為聚四氟乙烯薄膜，其厚度為1μm。
帶狀線隔直器採用以下安裝步驟1、將大小相匹配的帶狀線電路板6放於金屬下蓋板4上，並在電路板邊緣中心位置與帶狀線相垂直的地方用銷釘定位孔定位；2、選用以帶狀線電路板6中心位置為基準，在一塊帶狀線電路板6上覆蓋一層聚四氟乙烯的薄膜隔直介質7；3、將另一塊帶狀線電路板6放在第一塊帶狀線電路板6之上，兩電路板上的帶狀線上下重合，且帶狀線起始位置和槽線位置相反；4、在兩塊帶狀線電路板6上同樣位置用銷釘定位；5、在第二塊帶狀線電路板6上蓋上金屬上蓋板5，並在第二塊帶狀線電路板6同樣的位置用銷釘定位；6、用螺釘在金屬上下接地板四角將隔直器緊固；這樣安裝出來的帶狀線隔直器工作頻率為2～18GHz，插損小於1dB，駐波比小於1.6，可承受擊穿電壓大於800V的隔直器。
利用本實施例所設計的帶狀線隔直器，使用經校準過後的Agilent公司的矢量網絡分析儀E8363A進行測試，插入損耗的測試結果如圖9所示，回波損耗的測試結果如圖10所示。在2～18GHz的帶寬內，插損小於1dB。頻率在2～3.5GHz之間時，回波損耗大於12.8dB，即駐波比低於1.6。頻率在3.5～18GHz之間時，回波損耗大於17.8dB，即駐波比低於1.3。經高壓測試，擊穿電壓高於800V。
權利要求
1.一種微波帶狀線隔直器，其特徵在於包括金屬上蓋板(1)、金屬下蓋板(2)、帶狀線電路板(3)、隔直介質(4)和轉換接頭(5)，其中，帶狀線電路板(3)上有銷釘定位孔，使兩塊帶狀線電路板(3)上的帶狀線上下重合，隔直介質(4)在兩塊帶狀線電路板(3)之間，覆蓋在帶狀線電路板(3)的帶狀線上，金屬上下蓋板及帶狀線電路板四角有螺釘孔將隔直器緊固，轉換接頭(5)分別在電路板兩端與帶狀線電路板(3)上的帶狀線相連接；
2.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(3)上的電路是一條長度大於1/2且小於整個電路板的帶狀線，帶狀線的寬度是帶狀線的等效阻抗與外電路的等效阻抗相匹配時的寬度，帶狀線與微波電路板邊緣的距離大於5倍的帶狀線電路板(3)厚度；
3.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(3)上的電路是一條貫穿整個電路板並距中點一定距離的地方開有一槽線的帶狀線，帶狀線的寬度是帶狀線的等效阻抗與外電路的等效阻抗相匹配時的寬度，帶狀線與微波電路板邊緣的距離大於5倍的帶狀線電路板(3)厚度；
4.根據權利要求3所述的隔直器，其特徵在於所述的帶狀線電路板(3)上帶狀線上所開槽線可以是直線，也可以是Z型，Z型的長度為中心頻率波長的1/4左右，還可以是其它的形狀，只要其槽線的長度為中心頻率波長的1/4左右，槽線的寬度視不同頻段和不同耐壓條件而定，一般小於0.05mm。
5.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於所述的兩塊帶狀線電路板(3)上的帶狀線上下重合，且兩塊帶狀線電路板(3)上的帶狀線起始方向或所開槽線的位置相反。
6.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於隔直介質(4)其長度大於兩倍的帶狀線末端距帶狀線電路板(3)中心位置長度或槽線最遠端距中心點的距離，其寬度是帶狀線寬度的2倍，隔直介質(4)的厚度視需要而定，一般為μm量級；
7.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於隔直介質(4)可為聚四氟乙烯、陶瓷、石英玻璃或其它低損耗介質材料；
8.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於隔直介質(4)可做成薄膜直接覆蓋在兩塊帶狀線電路板(3)之間，也可用真空鍍或其它方法直接在兩塊帶狀線電路板(3)之間生成一層如陶瓷或石英玻璃等的低損耗介質薄膜。
9.根據權利要求1所述的隔直器，其特徵在於所述的隔直器按如下步驟安裝(1)將大小相匹配的帶狀線電路板(6)放於金屬下蓋板(4)上，並在電路板邊緣中心位置與帶狀線相垂直的地方用銷釘定位孔定位；(2)選用以帶狀線電路板(6)中心位置為基準，在一塊帶狀線電路板(6)上覆蓋一層聚四氟乙烯的薄膜隔直介質(7)；(3)將另一塊帶狀線電路板(6)放在第一塊帶狀線電路板(6)之上，兩電路板上的帶狀線上下重合，且帶狀線起始位置和槽線位置相反；(4)在兩塊帶狀線電路板(6)上同樣位置用銷釘定位；(5)在第二塊帶狀線電路板(6)上蓋上金屬上蓋板(5)，並在第二塊帶狀線電路板(6)同樣的位置用銷釘定位；(6)用螺釘在金屬上下接地板四角將隔直器緊固。
全文摘要
本發明公開了一種微波帶狀線隔直器，包括金屬上蓋板(1)、金屬下蓋板(2)、帶狀線電路板(3)、隔直介質(4)和轉換接頭(5)，其中，帶狀線電路板(3)上有銷釘定位孔，使兩塊帶狀線電路板(3)上的帶狀線上下重合，隔直介質(4)在兩塊帶狀線電路板(3)之間，覆蓋在帶狀線電路板(3)的帶狀線上，金屬上下蓋板及帶狀線電路板四角有螺釘孔將隔直器緊固，轉換接頭(5)分別在電路板兩端與帶狀線電路板(3)上的帶狀線相連接，該隔直器具有頻帶寬、駐波小、插損低、耐高壓、結構簡單等特點。
文檔編號H01P5/00GK1933236SQ20051002164
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月12日 優先權日2005年9月12日
發明者李恩, 郭高鳳, 張其劭 申請人:電子科技大學