一種x波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路及器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，由一個微帶混合環(huán)、差端口引線、和端口引線、第一輸出端口引線、第二輸出端口引線和兩個功分器構(gòu)成；本實用新型提供一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)器件，在盒體的一個側(cè)面上設(shè)有逐級向內(nèi)的三個槽，在第三級槽的底部安裝有介質(zhì)板；在第二級槽及第一級槽的表面分別配有內(nèi)蓋板和外蓋板。有益的技術(shù)效果：本實用新型所述的電路的工作頻段在X頻段乃至Ka頻段，在保證電訊性能穩(wěn)定的條件下工作頻帶范圍更寬、功率容量更高、幅相特性更好、端口隔離度更高。本實用新型所述的器件具有良好的密閉性、防塵隔水性。
【專利說明】-種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路及器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，主要應(yīng)用于相控陣雷達、多路中繼通信機等微波 設(shè)備、饋線系統(tǒng)、混頻器及功率放大器中，尤其涉及一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路及和器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為單脈沖雷達天饋系統(tǒng)的關(guān)鍵部件的和差網(wǎng)絡(luò)電路，在單脈沖天線陣列的設(shè)計 中得到廣泛應(yīng)用。同時，和差網(wǎng)絡(luò)電路也是集中式固態(tài)發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，在半導(dǎo) 體器件的功率合成中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 和差運算電路一般由電橋、禪合器等常見的微波器件構(gòu)成；禪合器多為加載90° 延遲線的3地禪合器。通過選取不同型號的電橋與禪合器，能夠?qū)崿F(xiàn)兩路信號的和差運算； 電橋和禪合器是平面和差網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。但是，傳統(tǒng)的電橋和加載90°延遲線的3地的禪合 器由于具有較強的色散效應(yīng)，考慮到幅度和相位的不平衡度，由上述電橋和禪合器構(gòu)建的 和差網(wǎng)絡(luò)電路的工作帶寬只有10%左右，工作范圍非常有限。
[0004] 為了解決上述問題，科研機構(gòu)及廠商提出了很多拓寬和差網(wǎng)絡(luò)電路的工作帶寬的 方法，如；利用微帶/槽線轉(zhuǎn)換混合結(jié)構(gòu)的平面和差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、利用CMOS技術(shù)設(shè)計的有源和 差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、利用寬帶功分器和基于禪合線結(jié)構(gòu)的寬帶己倫為基礎(chǔ)單元設(shè)計的和差網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)等，該些方法雖然展寬了工作帶寬但是插損卻較大，尤其在頻率較高時的插損格外顯著， 依舊存在工作頻帶較窄、功率容量較小、端口隔離度不高的難題；W常用的威爾金森形式的 和差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例；在該結(jié)構(gòu)電路中，電阻嵌入電路網(wǎng)絡(luò)中間，采用的片狀電阻難W充分 散熱，限制了威爾金森合成器的耐功率水平（通常低于30W連續(xù)波）。
[0005] 此外，傳統(tǒng)形式的威爾金森微帶功率分配/合成器，在工作頻率達到X波段后，因 四分之一阻抗變換段的微帶線尺寸在3-6mm之間，為使隔離電阻搭焊在功分器兩臂間，需 要選擇型號為0402(功率容量0.05W)甚至更小尺寸的貼片電阻，該樣便限制了整個網(wǎng)絡(luò)的 功率容量，同時對微帶加工精度都提出了很高的要求。工作頻段較高時，功分器兩臂間距不 能太近，否則兩臂間會產(chǎn)生禪合效應(yīng)，影響功率分配和端口隔離的電性能。但如選擇較小尺 寸的隔離電阻，兩臂跨接間距最大只能和片狀電阻長度一樣，兩臂互禪的影響也無法消除。 實用新型內(nèi)容
[0006] 本實用新型就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種保證電訊性能穩(wěn)定的前提下 工作頻帶范圍更寬、功率容量更高、幅相特性更好、端口隔離度更高的X波段和差網(wǎng)絡(luò)電路 和器件。
[0007] 本實用新型是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[000引一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，由一個微帶混合環(huán)1、差端口引線11、和端口引線12、第一輸出端口引線13、第二輸出端口引線14和兩個功分器2構(gòu)成；
[0009] 所述微帶混合環(huán)1為一個矩形框，微帶混合環(huán)1的長邊長度S是其短邊長度的2 倍；在微帶混合環(huán)1的一條長邊的端部連接有差端口引線11 ;在微帶混合環(huán)1的另一條長 邊的中部連接有和端口引線12 ;在連接有和端口引線的在微帶混合環(huán)1的長邊的兩端分別 接第一輸出端口引線13和第二輸出端口引線14 ;
[0010] 所述差端口引線11的末端設(shè)有差信號輸入端口；所述和端口引線12的末端設(shè)有 和信號輸入端口；所述第一輸出端口引線13的末端與一個功分器2相連接；第二輸出端口 引線14的末端與另一個功分器2相連接。
[0011] 一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)器件，包括盒體3,所述盒體3的一個側(cè)面上設(shè)有逐級向內(nèi) 的H個槽，依次為第一級槽、第二級槽和第H級槽，其中，第二級槽位于第一級槽的底部，第 H級槽位于第二級槽的底部；在第H級槽的底部安裝有介質(zhì)板；在第二級槽的表面配有內(nèi) 蓋板；在第一級槽的表面配有外蓋板；即介質(zhì)板連同其上的微帶混合環(huán)1和功分器2被密 閉在兩層蓋板的腔體內(nèi)。
[0012] 有益的技術(shù)效果
[0013]本實用新型所述的和差網(wǎng)絡(luò)電路的工作頻段在X頻段乃至Ka頻段。本實用新型的 結(jié)構(gòu)不受傳統(tǒng)設(shè)計思路(按四分之一波長進行尺寸設(shè)計）的束縛，對電路微帶線的物理結(jié)構(gòu) 布局要求低，受微帶制版加工精度的影響小。本實用新型的工作帶寬可達到42%左右。本 實用新型功分器外接隔離負載(如圖2中R1及R2)，便于散熱，功率容量大；本實用新型包 括兩個Gysel型的一分四功分器，八路的和差輸出的幅相一致性好。本實用新型能夠通過 隔離端口檢測各輸出端口間的不平衡性。
[0014]本實用新型的優(yōu)點具體表現(xiàn)在如下：
[0015]1、本實用新型采用微帶線形式的微帶混合環(huán)1和功分器2,結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重 量輕，易于集成，可W實現(xiàn)任意N路的功率分配及合成，對于大功率有源器件的功率分配及 合成具有重要意義；
[0016]2、本實用新型可W很方便地采用高功率外部隔離負載，因而具有高的耐功率水 平和抗失配能力，從而可應(yīng)用于高功率場合。與市面上常用的威爾金森結(jié)構(gòu)電路相比較， 本實用新型具有顯著的技術(shù)進步：傳統(tǒng)的威爾金森微帶功分/合成器中，其電阻嵌入電路 網(wǎng)絡(luò)中間，并且要求很小的插入相位W減小分布參數(shù)的影響，特別是在輸出端口很多的情 況下，需要的隔離電阻分布網(wǎng)絡(luò)在實際情況下很難實現(xiàn)。另外，該結(jié)構(gòu)的電阻分布網(wǎng)絡(luò) 中采用的片狀電阻難W充分散熱，限制了威爾森合成器的耐功率水平；與威爾金森不同的 是，本實用新型采用Gysel型功率分配/合成器，因此本產(chǎn)品的終端負載可W通過一段任 意長度，且特性阻抗與負載阻抗相同的傳輸線引到電路上的任意位置（一般將阻抗設(shè)計為 50Q)，微帶線長度對電路特性不構(gòu)成影響，因而可W采用大功率負載，負載根據(jù)需要可W 外接在電路上，安裝靈活，散熱方便，為大功率應(yīng)用帶來方便；
[0017]3、本實用新型的各功分端口之間幅度平衡度的可監(jiān)測性能。當本實用新型作為合 成器來使用時，可W很方便地用來監(jiān)測各輸入端口輸入功率的不平衡性；本實用新型作為 功分器來使用時，則可W用來監(jiān)測不同的負載駐波，可W用于監(jiān)視和調(diào)整各放大通道的幅 度平衡性。
[0018]本實用新型所述的和差網(wǎng)絡(luò)裝置可W廣泛應(yīng)用于相控陣雷達、多路中繼通信機等 微波設(shè)備、饋線系統(tǒng)、混頻器及功率放大器中，具有頻帶寬、功率容量高、損耗低、駐波性能 良好和隔離度高等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為圖1中功分器2的電路原理圖。
[002。 圖3為采取圖1所示結(jié)構(gòu)的、且移除外、內(nèi)蓋板后的和差網(wǎng)絡(luò)裝置的主視圖。
[0022] 圖4為本實用新型采用一分四的功分器2時，各端口的駐波仿真結(jié)果圖。
[0023] 圖5為本實用新型采用一分四的功分器2且采用和端口輸入模式下，各輸出端口 的幅度仿真結(jié)果圖。
[0024] 圖6為本實用新型采用一分四的功分器2且采用差端口輸入模式下，各輸出端口 的幅度仿真結(jié)果圖。
[00巧]圖7為本實用新型采用一分四的功分器2且采用和端口輸入模式下，各輸出端口 的相位仿真結(jié)果圖。
[0026] 圖8為本實用新型采用一分四的功分器2且采用差端口輸入模式下，各輸出端口 的相位仿真結(jié)果圖。
[0027] 圖9為本實用新型的各相鄰端口之間的隔離度仿真結(jié)果圖。
[002引圖中的序號為：微帶混合環(huán)1、功分器2、盒體3、差端口引線11、和端口引線12、第 一輸出端口引線13、第二輸出端口引線14。

【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明：
[0030] 參見圖1，一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，由一個微帶混合環(huán)1、差端口引線11、和端 口引線12、第一輸出端口引線13、第二輸出端口引線14和兩個功分器2構(gòu)成；所述微帶混 合環(huán)1呈矩形，微帶混合環(huán)1的長邊長度S是其短邊長度的2倍；在微帶混合環(huán)1的一條 長邊的端部連接有差端口引線11 ;在微帶混合環(huán)1的另一條長邊的中部連接有和端口引線 12 ;在連接有和端口引線的在微帶混合環(huán)1的長邊的兩端分別接第一輸出端口引線13和第 二輸出端口引線14。
[0031] 所述差端口引線11的末端設(shè)有差信號輸入端口；所述和端口引線12的末端設(shè)有 和信號輸入端口；所述第一輸出端口引線13的末端與一個功分器2相連接；所述第二輸出 端口引線14的末端與另一個功分器2相連接。
[0032] 進一步說，微帶混合環(huán)1的長邊長度S的范圍在11至12mm之間；微帶混合環(huán)1的 長邊和短邊的線寬W均在0. 4至0. 5mm之間、微帶板厚度為0. 254mm。
[0033] 進一步說，微帶混合環(huán)1的長邊長度S等于本和差網(wǎng)絡(luò)電路的工作波長的二分之 一；即由和輸入口的輸入的信號時，第一輸出端口引線13輸出的信號和第二輸出端口引線 14輸出的信號等幅且同相；由差輸入口輸入信號時，第一輸出端口引線13輸出的信號和第 二輸出端口引線14輸出的信號等幅但相位相差180°優(yōu)選的方案是，所述工作波長A的范 圍在9. 3細Z至9. 7細Z之間。
[0034] 進一步說，微帶混合環(huán)1的端口電阻值為Z，微帶混合環(huán)1的各支路的阻抗均為 Z;由于和端口引線12相連接的端口輸入的信號均經(jīng)過1/4波長，故第一輸出端口引線 13和第二輸出端口引線14輸出的信號等幅且同相；而由差端口輸入的信號到達第一輸出 端口引線13的末端需要經(jīng)過3/4波長，與此同時，由差端口輸入的信號到達第二輸出端口 引線14的末端需要經(jīng)過1/4波長，即此時第一輸出端口引線13和第二輸出端口引線14輸 出的信號幅度相等但相位相差180°，如圖1所示。
[00巧]進一步說，所述功分器2均為Gysel型的功分器。參見圖2,Gysel型功率分配/ 合成器其拓撲結(jié)構(gòu)介于分支線禪合器結(jié)構(gòu)和威爾金森結(jié)構(gòu)之間，能夠很方便地實現(xiàn)等相 位功率分配及合成。Gysel型功率分配/合成器比較容易實現(xiàn)路數(shù)為2的N次幕的情況， 也可設(shè)計用于任意N路的功率分配及合成。Gysel功率分配/合成器在一定程度上具備定 向禪合器的特性。在理想的平衡狀態(tài)下，分配到N個負載終端上的功率是一樣的，當其中 只有某個輸出端口有功率時，其功率主要耗散在與之關(guān)聯(lián)的負載電阻上，因此與其他形式 的功分/合成器相比能夠承受較大的功率容量。同時由于該電阻的存在大大增加了端口之 間的隔離度。
[0036] 進一步說，所述功分器2均為一分四的功率分配/合成器，即功分器2的輸出信號 為四路等幅同相的輸出信號。
[0037] -分四的Gysel型功分器的電路原理圖如圖2所示，圖中，點A至點F為節(jié)點， U?L6的長度均為1/4波長，信號從功分器的端口 1 (化的1)輸入，理想情況下由于兩端 阻抗完全相同，所W功率分別從功分器的端口 2 (化的2)和功分器的端口 3 (化的3)等 幅輸出，又由于兩段傳輸長度完全相同，所W輸出信號的相位相同。假如功分器的端口2 (化K2)有失配，則反射功率中的一路信號經(jīng)B-A-F的方向傳遞，相位延遲L/2，反 射功率中的另一路經(jīng)B-C一D-E-F的方向傳遞，相位延遲L。兩路相位差為L/2,功 率相同，因而相互抵消，形成良好的隔離。
[0038] 進一步說，微帶混合環(huán)1和功分器2均布置在介質(zhì)板上，所述介質(zhì)板的型號為 RogersRT/duroid5880。該介質(zhì)板的介電常數(shù)為2. 2,厚度為0.254mm。
[0039] 參見圖3,采用本實用新型所述高性能X波段多端口和差網(wǎng)絡(luò)電路的和差網(wǎng)絡(luò)裝 置，包括盒體3,所述盒體3的一個側(cè)面上設(shè)有逐級向內(nèi)的H個槽，依次為第一級槽、第二級 槽和第H級槽，其中，第二級槽位于第一級槽的底部，第H級槽位于第二級槽的底部；在第 H級槽的底部安裝有介質(zhì)板；在第二級槽的表面配有內(nèi)蓋板；在第一級槽的表面配有外蓋 板；即介質(zhì)板連同其上的微帶混合環(huán)1和功分器2被密閉在兩層蓋板的腔體內(nèi)，兩層蓋板的 設(shè)計是為了滿足器件在室外工作的環(huán)境下防水的要求。
[0040] 進一步說，第H級槽的深度為6mm。該和差網(wǎng)絡(luò)裝置的工作頻段為9. 3GHz?9. 7GHz。 圖3所示的和差網(wǎng)絡(luò)裝置共有一個和輸入端口，一個差輸入端口和八個輸出端口，其他的 微帶線末端與地之間均焊接貼片電阻（電阻型號可根據(jù)功率容量的需要選型)，用于提高輸 出端口之間的隔離度和增加網(wǎng)絡(luò)的耐功率水平。
[0041] 參見圖4,圖3所示的和差網(wǎng)絡(luò)裝置在工作頻帶內(nèi)各個端口的駐波均小于1. 26。
[0042]圖5為圖3所示的和差網(wǎng)絡(luò)裝置在和端口輸入模式下的幅度仿真結(jié)果圖；圖6為 差端口輸入模式下的幅度仿真結(jié)果圖。與標準值9地相比，不論是和端口還是差端口輸入 模式，其幅度均衡性均小于0. 3地。
[0043] 圖7為圖3所示的和差網(wǎng)絡(luò)裝置在和端口輸入模式下的相位仿真結(jié)果圖；圖8為 差端口輸入模式下的相位仿真結(jié)果圖。由圖可知，本實用新型在工作頻帶內(nèi)各個輸出端口 的相位誤差均在：TW內(nèi)；參見圖9,本和差網(wǎng)絡(luò)裝置在工作頻帶內(nèi)各相鄰輸出端口之間的 隔離度均在32地W下。
【權(quán)利要求】
1. 一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：由一個微帶混合環(huán)（1)、差端口引線 (11)、和端口引線（12)、第一輸出端口引線（13)、第二輸出端口引線（14)和兩個功分器（2) 構(gòu)成； 所述微帶混合環(huán)（1)為一個矩形框，微帶混合環(huán)（1)的長邊長度S是其短邊長度的2 倍；在微帶混合環(huán)（1)的一條長邊的端部連接有差端口引線（11);在微帶混合環(huán)（1)的另一 條長邊的中部連接有和端口引線（12);在連接有和端口引線的在微帶混合環(huán)（1)的長邊的 兩端分別接第一輸出端口引線（13)和第二輸出端口引線（14); 所述差端口引線（11)的末端連接有差信號輸入端口；所述和端口引線（12)的末端連 接有和信號輸入端口；所述第一輸出端口引線（13)的末端、第二輸出端口引線（14)的末端 分別與一個功分器（2)相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：微帶混合環(huán)（1)的長 邊長度S在11至12mm之間；微帶混合環(huán)（1)的長邊和短邊的線寬W在0? 4至0? 5mm之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：微帶混合環(huán)（1)的長 邊長度S等于本和差網(wǎng)絡(luò)電路的工作波長的二分之一；即由和輸入口的輸入的信號時，第 一輸出端口引線（13)輸出的信號和第二輸出端口引線（14)輸出的信號等幅且同相；由差 輸入口輸入信號時，第一輸出端口引線（13)輸出的信號和第二輸出端口引線（14)輸出的 信號等幅但相位相差180°。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：所述功分器 (2)均為Gysel型的功分器。
5. 如權(quán)利要求1、2或3所述的一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：所述功分器 (2)均為一分四的功率分配/合成器，即功分器（2)的輸出信號為四路等幅同相的輸出信 號。
6. 如權(quán)利要求1、2或3所述的一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于：微帶混合環(huán) (1)和功分器（2)均布置在介質(zhì)板上，所述介質(zhì)板的型號為RogersRT/duroid5880。
7. 采用如權(quán)利要求1至6所述任一X波段的和差網(wǎng)絡(luò)電路的器件，包括盒體（3)，其特 征在于：所述盒體（3)的一個側(cè)面上設(shè)有逐級向內(nèi)的三個槽，依次為第一級槽、第二級槽和 第三級槽，其中，第二級槽位于第一級槽的底部，第三級槽位于第二級槽的底部；在第三級 槽的底部安裝有介質(zhì)板；在第二級槽的表面配有內(nèi)蓋板；在第一級槽的表面配有外蓋板； 即介質(zhì)板連同其上的微帶混合環(huán)（1)和功分器（2)被密閉在兩層蓋板的腔體內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)器件，其特征在于：第三級槽的深度為 6mm〇
9. 如權(quán)利要求8所述一種X波段的和差網(wǎng)絡(luò)器件，其特征在于：該和差網(wǎng)絡(luò)器件的工 作頻段為9. 3GHz?9. 7GHz。
【文檔編號】H03H7/42GK204180029SQ201420558202
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】侯艷茹 申請人:安徽四創(chuàng)電子股份有限公司