[发明专利]一种基于垂直安装基板的超宽带功分器的设计方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种超宽带、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，属于射频通信技术领域。

背景技术

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，其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。

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1-10GHz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-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。

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。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术和选材的一些问题，本发明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。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

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；

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。

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。