準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器。采用雙面平行帶線(DSPSL)與層間的槽線?微帶線電磁耦合結構相結合，通過控制PIN二極管兩種不同的工作狀態，實現了功分輸出端口可切換(可重構)和功分輸出端口數量可重構。四個隔離電阻安裝于輸出微帶線的開路端，實現了兩種工作狀態下共六路輸出端口間良好的隔離特性和輸出駐波。本發明具有功分輸出端口可切換(可重構)和功分輸出端口數量可重構、隔離電阻在兩種工作狀態下復用、安裝的PIN二極管數量較少等優良的特點。本發明主要用于可重構波束形成網絡和多標準工作的微波系統中，在民用和軍事領域都有非常廣闊的應用前景。
【專利說明】
準平面寬帶功分端口 /路數可重構功分器
技術領域
[0001]本發明涉及一種基于差分傳輸信號、雙層基板層間耦合結構的寬帶功分輸出端口及功分路數可重構功分器。
【背景技術】
[0002]功分器是相控陣天線饋電系統和多路中繼通信機的關鍵部件，直接決定了系統性能指標的優劣。隨著軍用與民用通信系統的快速發展，對于寬帶、高效大功率放大器的需求以及相控陣天線中對寬帶、平面化、低插損特性的饋電網絡的需要與日倶增。同時，通信系統本身要求能適用于多頻段、多標準工作，導致系統前所未有的復雜。而可重構微波元件具有降低系統復雜度的潛能。功分器作為占據無線通信系統較大比例的無源部分中的重要器件，用單個尺寸較小的可重構功分器取代傳統的功分器組將精簡系統的結構，減小損耗。設計新型的寬帶可重構功分器成為拓寬功分器的應用背景，提升其應用價值的重要技術途徑之一。因此，平面型、寬帶、高效率可重構多路功分器/合成器的實現對于現代通信系統的發展具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種寬帶功分端口/路數可重構功分器，它具有功分輸出端口可切換(可重構)和功分輸出端口數量可重構、隔離電阻在兩種工作狀態下復用、安裝的PIN 二極管數量較少等優良的特點。各路輸出端口信號幅度一致性較好，適用于小型化多路功率合成系統或陣列天線中的功分饋電網絡。
[0004]為了實現上述目的，本發明提出了一種基于差分信號與雙層基板耦合結構的功分器。其具體技術方案如下:
[0005]準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，包括上下兩層介質基板、輸入微帶端口、微帶線-雙面平行帶線(DSPSL)過渡、DSPSL、兩路背靠背微帶反相輸出端口、四路微帶同相輸出端口、槽線、槽線-微帶層間電磁耦合結構、PIN二極管、層間隔離電阻、同層空氣橋隔離電阻、偏置電路、中間接地金屬層。其特征在于，所述雙層功分端口 /路數可重構功分器，由兩層介質基板及位于兩層基板上方、中間和下方的三層金屬層構成，上層金屬層包括DSPSL上層微帶和兩根微帶線，中間層金屬層為接地金屬層、槽線，下層金屬層包括DSPSL下層微帶和兩根微帶線。槽線-微帶層間電磁耦合結構位于背靠背微帶線和槽線相交處，由位于上下層的背靠背微帶線和中間層的槽線構成。下層金屬層上的PIN 二極管位于該電磁耦合結構中心，上層金屬層上的PIN 二極管位于距離電磁耦合結構中心四分之一波導波長處。層間隔離電阻和同層空氣橋隔離電阻位于四路輸出微帶線的開路末端，通過在開路末端上下層基板打空氣通孔來放置層間隔離電阻，同層空氣橋隔離電阻放置在同層輸出微帶線的導體帶末端。跨越中間接地金屬層的層間隔離電阻不與中間接地金屬層相接。
[0006]所述準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器每層各有三路輸出端口，在二路輸出的工作模式下，輸出端口的信號等幅反相，在四路輸出的工作模式下，各路輸出端口的信號等幅同相。采用兩層介質基板和三層金屬層，通過PCB版加工技術，實現電路結構。
[0007]本發明所提出的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器工作原理如下:射頻信號從微帶端口饋入，經過微帶線-DSPSL過渡漸變至DSPSL，信號轉變為差分信號，經由中間層金屬層的加入，從DSPSL轉變至背靠背微帶線。①在PIN 二極管都正偏壓導通的狀態下，信號將由兩路背靠背微帶反相輸出端口等幅輸出，輸出端口隔離由層間隔離電阻實現;此時通過槽線-微帶層間電磁耦合結構，差分信號耦合至槽線上，由于上下層微帶線-槽線的耦合系數相同，故槽線上的差分信號相互抵消，此時四路微帶同相輸出端口無輸出。②在PIN二極管都反偏壓截止的狀態下，兩路背靠背微帶反相輸出端口無信號輸出；由于兩個PIN二極管相距四分之一波導波長，背靠背下層微帶上的信號通過槽線-微帶電磁耦合與上層微帶實現同相疊加。背靠背上層微帶線的信號經由微帶-槽線-微帶過程耦合至四路輸出微帶線，實現四路等幅、同相的信號輸出。四路微帶同相輸出端口開路端的兩個層間隔離電阻和兩個同層空氣橋隔離電阻實現四路輸出端口良好的隔離。
[0008]本發明所提出的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，具有功分輸出端口可切換(可重構)和功分輸出端口數量可重構、隔離電阻在兩種工作狀態下復用、安裝的PIN 二極管數量較少等優良的特點。本發明主要用于可重構波束形成網絡和多標準工作的微波系統中，在民用和軍事領域都有非常廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明提出的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器結構示意圖；
[0010]圖2是隔離電阻的安裝示意圖；
[0011 ]圖3是圖1在PIN 二極管都正偏壓導通下的S參數仿真曲線；
[0012]圖4是圖1在PIN二極管都反偏壓截止下的S參數仿真曲線；
[0013]附圖中標號對應名稱為:
[0014](I)上下兩層介質基板，(2)輸入微帶端口，(3)微帶線-雙面平行帶線(DSPSL)過渡，(4)DSPSL，(5)兩路背靠背微帶反相輸出端口，(6)四路微帶同相輸出端口，(7)槽線，(8)槽線-微帶層間電磁耦合結構，(9)PIN二極管，(10)層間隔離電阻，(11)同層空氣橋隔離電阻，(12)偏置電路，(13)中間接地金屬層。
【具體實施方式】
[0015]下面通過舉例來說明本發明的優點。
[0016]例1:如圖1所示，本發明提出的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，其包含以下幾個部分。分別是:上下兩層介質基板、輸入微帶端口、微帶線-雙面平行帶線(DSPSL)過渡、DSPSL、兩路背靠背微帶反相輸出端口、四路微帶同相輸出端口、槽線、槽線-微帶層間電磁耦合結構、PIN二極管、層間隔離電阻、同層空氣橋隔離電阻、偏置電路、中間接地金屬層。
[0017]通過將DSPSL與槽線-微帶電磁耦合結構相結合實現在開關都導通狀態下輸出二路信號以及在開關都截至狀態下耦合輸出四路信號。通過4個隔離電阻所形成的環形隔離結構，實現在兩種工作模式下優良的輸出駐波和端口間隔離。
[0018]圖3是例I在PIN二極管都正偏壓導通狀態下的頻率響應曲線，由圖3(a)可知在0.95GHZ-1.4GHz范圍(相對帶寬為38% )內輸入端口的回波損耗大于20dB，帶內插入損耗小于0.2dB(不包含二路功分器的3dB理論插損)。
[0019]圖3(b)是例I的輸出端口回波和隔離特性以及輸入端口與隔離端口間的隔離特性，由圖可看出，輸出端口回波損耗在I GHz-1.4GHz范圍內大于20dB。端口間隔離度在
0.88GHz-l.51GHz范圍內大于20dB。
[0020]圖3(c)是例I的輸出端口相位特性曲線，由圖可知整個頻帶范圍內輸出端口相位保持在反相狀態。
[0021]圖4是例I在開關都截止狀態下的頻率響應曲線，由圖4(a)可知在1.06GHz-l.4GHz范圍(相對帶寬為28%)內輸入端口的回波損耗大于20dB，帶內插入損耗小于0.3dB(不包含四路功分器的6dB理論插損)。
[0022]圖4(b)是例I的輸出端口回波，由圖可看出，輸出端口回波損耗在1.1GHz-1.5GHz范圍內大于20dB。圖4(c)是例I的輸出端口隔離特性，由圖可看出，端口間隔離度在1.03GHz-1.5GHz 范圍內均大于 15dB。
[0023]圖4(d)是例I的輸入、輸出端口與隔離端口間的隔離特性，由圖可看出，隔離度在整個頻帶范圍內大于40dB。
[0024]圖4(e)是例I的輸出端口相位特性曲線，由圖可知在整個頻帶范圍內輸出端口相位保持了良好的一致性。
【主權項】
1.準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，包括上下兩層介質基板(I)、輸入微帶端口(2)、微帶線-雙面平行帶線(DSPSL)過渡(3)、DSPSL(4)、兩路背靠背微帶反相輸出端口(5)、四路微帶同相輸出端口(6)、槽線(7)、槽線-微帶層間電磁耦合結構(8)、PIN二極管(9)、層間隔離電阻(10)、同層空氣橋隔離電阻(11)、偏置電路(12)、中間接地金屬層(13)，其特征在于，所述的準平面寬帶功分端口 /路數可重構功分器由兩層介質基板構成，將DSPSL的差分傳輸信號和槽線-微帶層間電磁耦合結構相結合，僅采用兩個PIN 二極管實現了功分輸出端口切換和功分路數可重構功能。2.根據權利要求1所述的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，通過PCB基板加工技術，得到需要的微帶線-雙面平行帶線(DSPSL)過渡(3)、四路微帶同相輸出端口(6)、槽線(7)、槽線-微帶層間電磁耦合結構(8)、偏置電路(12)和中間接地金屬層(13)等結構。3.根據權利要求1、2所述的槽線-微帶層間電磁耦合結構(8)，可實現:①在PIN二極管都正偏壓導通狀態下，差分信號由背靠背微帶線耦合到槽線，反相抵消，信號由兩路背靠背微帶反相輸出端口輸出，②在PIN二極管都反偏壓截止狀態下，信號經由背靠背上層微帶-槽線-四路輸出微帶的寬帶耦合和良好的阻抗匹配，能夠實現各輸出端口良好的幅度/相位一致性。4.根據權利要求1所述的PIN二極管(9)分別安裝于背靠背上層微帶間與槽線相距四分之一波導波長處和下層微帶間與槽線相交處。層間隔離電阻(10)和同層空氣橋隔離電阻(11)安裝于四路輸出微帶線的開路端，兩個層間隔離電阻的兩端通過基板空氣通孔安裝于上下層輸出微帶線的導體帶末端，兩個同層空氣橋隔離電阻兩端安裝在同層輸出微帶線的導體帶末端。5.根據權利要求1所述的準平面寬帶功分端口/路數可重構功分器，將其輸入/輸出端口進行交換，將變成可重構功率合成器，寬帶合成端口 /路數可重構功率合成器的結構和設計與所述的準平面寬帶功分端口 /路數可重構功分器完全一樣。
【文檔編號】H01P5/16GK106099295SQ201610579276
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月21日 公開號201610579276.9, CN 106099295 A, CN 106099295A, CN 201610579276, CN-A-106099295, CN106099295 A, CN106099295A, CN201610579276, CN201610579276.9
【發明人】宋開軍, 趙翔, 張樊
【申請人】電子科技大學