CN105375093B - 工作频率可调的微带功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明为工作频率可调的微带功分器，解决现有功分器工作频率固定，不能动态调节，不能滤波的问题。基片有上下贯穿基片的第一金属化通孔(121)、第二金属化通孔(131)、第三金属化通孔(141)、第四金属化通孔(151)，基片上表面焊接有第一变容二极管(161)、第二变容二极管(162)、第三变容二极管(163)、第四变容二极管(164)、第一偏置电阻(171)、第二偏置电阻(172)、第三偏置电阻(173)、第四偏置电阻(174)、隔离电阻（21），上层金属（1）有输入馈线（11）、第一可调谐振器（12）、第二可调谐振器（13）、第三可调谐振器（14）、第四可调谐振器（15）、第一偏置线（181）、第二偏置线（182）、第一输出馈线（19）、第二输出馈线（20），输入馈线（11）由50欧姆的微带线与两段对称的U形微带线垂直相连构成。
Description
技术领域：
本发明属于微波毫米波器件技术领域，尤其涉及微波毫米波器件中的可调功分器。
背景技术：
现今,人们对无线通信的需求越来越大，各种通信系统快速发展。无线通信系统通常需要工作的多个频段，来适应用户不同的需求。移动通信的全球移动通信系统（GSM）和宽带码分多址（WCDMA）通信协议标准工作的频段为900MHz，1800MHz和1900MHz，而无线局域网产品则工作在开放的2.4GHz和5GHz的ISM频段。因此，需要多个工作在不同频率的并行通道，来满足不同的通信协议的要求。但是，这样会使系统复杂度增加，尺寸和功耗不可避免会增大。因此，保持设备的小型化，多频段工作，增加工作带宽，提高传输速率是目前无线设备制造商面临的一个重大挑战。
功分器是用来把输入信号分为两路或多路信号的微波无源器件，广泛用于天线阵列，平衡功率放大器，混频器和移相器中。最常用的功分器是威尔金森功分器。最基本的功分器是一个三端口网络，也可以推广到多端口功分器。平面功分器因为具有尺寸小、易于集成的优点，在市场上较为普遍。然而，现有的功分器有工作频率固定，不能动态调节，不能滤波的缺点，不能满足现今通信系统小型化，多频段工作的需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种成本低廉，体积小，重量轻，能耗小，易于与其他电路集成，能滤波的工作频率可调的微带功分器。
本发明是这样实现的：
基片由从上到下的上层金属1，介质2，金属地3构成，基片有上下贯穿基片的第一金属化通孔121、第二金属化通孔131、第三金属化通孔141、第四金属化通孔151，基片上表面焊接有第一变容二极管161、第二变容二极管162、第三变容二极管163、第四变容二极管164、第一偏置电阻171、第二偏置电阻172、第三偏置电阻173、第四偏置电阻174、隔离电阻21，上层金属1有输入馈线11、第一可调谐振器12、第二可调谐振器13、第三可调谐振器14、第四可调谐振器15、第一偏置线181、第二偏置线182、第一输出馈线19、第二输出馈线20。
进一步的，输入馈线11由50欧姆的微带线与两段对称的U形微带线垂直相连构成，U形微带线分布在50欧姆微带线的左右两侧，开口相对，第一可调谐振器12、第二可调谐振器13、第三可调谐振器14、第四可调谐振器15均为U形，一端开路，另一端分别通过第一金属化通孔121、第二金属化通孔131、第三金属化通孔141、第四金属化通孔151来短路，第一、二、三、四可调谐振器的中间断开，分别由第一变容二极管161、第二变容二极管162、第三变容二极管163、第四变容二极管164将断开的两部分连接起来，第一变容二极管161、第二变容二极管162、第三变容二极管163、第四变容二极管164的阴极分别焊接到对应的第一、二、三、四可调谐振器的开路线那一端，阳极焊接到对应的第一、二、三、四可调谐振器的短路一端，输入馈线11的两段U形微带线分别与第一可调谐振器12、第三可调谐振器14通过缝隙耦合，第一可调谐振器12与第三可调谐振器14的U形的开口相对，第二可调谐振器13与第四可调谐振器四的U形的开口相对，第一可调谐振器12与第二可调谐振器13短路的一端通过缝隙耦合，第三可调谐振器14与第四可调谐振器15短路的一端通过缝隙耦合，第一输出馈线19为S形，与第四可调谐振器15通过缝隙耦合；第二输出馈线20为第一输出馈线的S形的镜像，与第二可调谐振器13通过缝隙耦合，第一输出馈线19与第二输出馈线20之间通过隔离电阻21连接。
进一步的，第一偏置线181、第二偏置线182为对称的T形的细线，细线的每个端头为正方形的焊盘，第一偏置电阻171的一端焊接到第一可调谐振器12的开路一端微带线上，另一端连接到第一偏置线181的上焊盘上，第二偏置电阻172的一端焊接到第二可调谐振器13的开路一端微带线上，另一端连接到第一偏置线181的下焊盘上，第三偏置电阻173的一端焊接到第三可调谐振器14的开路一端微带线上，另一端连接到第二偏置线182的上焊盘上，第四偏置电阻174的一端焊接到第四可调谐振器15的开路一端微带线上，另一端连接到第二偏置线182的下焊盘上。
本发明的技术方案的原理是：信号由输入馈线11进入，耦合到可调谐振器12和可调谐振器14，再分别经过可调谐振器13和可调谐振器15，输出馈线19和输出馈线20进行输出。直流偏置电压通过偏置线，隔离电阻，加到变容二极管的阴极。隔离电阻的作用是只能让直流电压加到二极管上，同时保证交流信号不会通过隔离电阻泄漏到电压源上。加到变容二极管上的偏压不同就能使可调谐振器谐振在不同的频率，从而动态地改变功分器工作的中心频率。隔离电阻21用来提高功分器输出两路的隔离度。
当前，射频器件正向着小型化的方向发展，将不同功能的器件集成到一个器件里是实现这个目标的一个途径。而本发明将功分器和滤波器放在同一个射频器件里成为一个新器件，能同时实现能量分配和频率选择的功能，对实现器件的小型化、提高集成度和降低生产成本十分有利。传统的阵列天线的馈电网络的之前或者之后一般都需要连接滤波器来改善系统的选择性，如果在天线阵列中采用滤波功能的本发明，可以省去额外的滤波器，对于减小系统体积、降低成本以及提高器件的集成度具有重要的意义。
综上所述，本发明的优点和有益效果如下：
（1）工作频率可以随着偏置电压改变，具有实时的可调性，能适应不同的通信标准。
（2）本发明采用变容二极管作为调谐元件，价格便宜，所需的偏置电压小，调谐速度快，损耗小。
（3）本发明采用平面结构，成本低廉，便于批量生产，体积小，重量轻，易于与其他电路集成。
附图说明：
图1为本发明主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为本发明的输出端口隔离度测试曲线图。
图4为本发明的左边端口传输系数测试曲线图。
图5为本发明的右边端口传输系数测试曲线图。
图6为本发明的输入端口回波损耗测试曲线图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1和图2所示，一种工作频率可调的微带功分器，包括从上到下的上层金属1，介质2，金属地3，上下贯穿基片的金属化通孔121、金属化通孔131、金属化通孔141、金属化通孔151，以及基片上方焊接的变容二极管161，变容二极管162，变容二极管163，变容二极管164，偏置电阻171，偏置电阻172，偏置电阻173，偏置电阻174，隔离电阻21；上层金属1包括输入馈线11，可调谐振器12，可调谐振器13，可调谐振器14，可调谐振器15，偏置线181，偏置线182，输出馈线19，输出馈线20。
输入馈线11由50欧姆的微带线与两段呈U形的微带线垂直相连构成，U形微带线分布在50欧姆微带线的左右两侧，开口相对；可调谐振器12、可调谐振器13、可调谐振器14、可调谐振器15均为U形，一端开路，另一端分别通过金属化通孔121、金属化通孔131、金属化通孔141、金属化通孔151来短路；上述可调谐振器的中间断开，分别由变容二极管161、变容二极管162、变容二极管163、变容二极管164将两部分连接起来；变容二极管161、变容二极管162、变容二极管163、变容二极管164的阴极焊接到对应的可调谐振器的开路线那一端，阳极焊接到短路一端；输入馈线11的两段U形微带线分别与可调谐振器12、可调谐振器14通过缝隙耦合；可调谐振器12与可调谐振器14的U形的开口相对，可调谐振器13与可调谐振器15的U形的开口相对；可调谐振器12与可调谐振器13短路的一端通过缝隙耦合，可调谐振器14与可调谐振器15短路的一端通过缝隙耦合；输出馈线19弯折成S形，与谐振器15通过缝隙耦合；输出馈线20弯折成S形的镜像，与谐振器13通过缝隙耦合；输出馈线19与输出馈线20之间通过隔离电阻21连接。
偏置线181、偏置线182，为T形的细线，细线的每个端头为正方形的焊盘；偏置电阻171的一端焊接到可调谐振器12的开路一端微带线上，另一端连接到偏置线181的焊盘上；偏置电阻172的一端焊接到可调谐振器13的开路一端微带线上，另一端连接到偏置线181的焊盘上；偏置电阻173的一端焊接到可调谐振器14的开路一端微带线上，另一端连接到偏置线182的焊盘上；偏置电阻174的一端焊接到可调谐振器15的开路一端微带线上，另一端连接到偏置线182的焊盘上。
基片使用国产F4B介质基片，相对介电常数为2.65，基片厚度为0.8mm。测试结果如图3、图4、图5和图6所示，当偏置电压在2.1V到20V之间变化时，本发明的工作频率的范围是1.9GHz到2.5GHz，3dB带宽在205MHz到304MHz之间变化，插入损耗在4.24dB到5.05dB之间，回波损耗大于10dB，整个可调范围内隔离度均大于10dB，整个电路的尺寸为长43mm，宽30mm，高0.8mm。
Claims (1)
1.工作频率可调的微带功分器，其特征在于基片由从上到下的上层金属（1），介质（2），金属地（3）构成，基片有上下贯穿基片的第一金属化通孔(121)、第二金属化通孔(131)、第三金属化通孔(141)、第四金属化通孔(151)，基片上表面焊接有第一变容二极管(161)、第二变容二极管(162)、第三变容二极管(163)、第四变容二极管(164)、第一偏置电阻(171)、第二偏置电阻(172)、第三偏置电阻(173)、第四偏置电阻(174)、隔离电阻（21），上层金属（1）有输入馈线（11）、第一可调谐振器（12）、第二可调谐振器（13）、第三可调谐振器（14）、第四可调谐振器（15）、第一偏置线（181）、第二偏置线（182）、第一输出馈线（19）、第二输出馈线（20），输入馈线（11）由50欧姆的微带线与两段对称的U形微带线垂直相连构成，U形微带线分布在50欧姆微带线的左右两侧，开口相对，第一可调谐振器（12）、第二可调谐振器(13)、第三可调谐振器(14)、第四可调谐振器(15)均为U形，一端开路，另一端分别通过第一金属化通孔(121)、第二金属化通孔（131）、第三金属化通孔（141）、第四金属化通孔（151）短路，第一、二、三、四可调谐振器的中间断开，分别由第一变容二极管（161）、第二变容二极管（162）、第三变容二极管（163）、第四变容二极管（164）将断开的两部分连接起来，第一变容二极管（161）、第二变容二极管（162）、第三变容二极管（163）、第四变容二极管（164）的阴极分别焊接到对应的第一、二、三、四可调谐振器的开路线那一端，阳极焊接到对应的第一、二、三、四可调谐振器的短路一端，输入馈线（11）的两段U形微带线分别与第一可调谐振器（12）、第三可调谐振器（14）通过缝隙耦合，第一可调谐振器（12）与第三可调谐振器（14）的U形的开口相对，第二可调谐振器（13）与第四可调谐振器四的U形的开口相对，第一可调谐振器（12）与第二可调谐振器（13）短路的一端通过缝隙耦合，第三可调谐振器（14）与第四可调谐振器（15）短路的一端通过缝隙耦合，第一输出馈线（19）为S形，与第四可调谐振器（15）通过缝隙耦合；第二输出馈线（20）为第一输出馈线的S形的镜像，与第二可调谐振器（13）通过缝隙耦合，第一输出馈线（19）与第二输出馈线（20）之间通过隔离电阻（21）连接，第一偏置线（181）、第二偏置线（182）为对称的T形的细线，细线的每个端头为正方形的焊盘，第一偏置电阻（171）的一端焊接到第一可调谐振器（12）的开路一端微带线上，另一端连接到第一偏置线（181）的上焊盘上，第二偏置电阻（172）的一端焊接到第二可调谐振器（13）的开路一端微带线上，另一端连接到第一偏置线（181）的下焊盘上，第三偏置电阻（173）的一端焊接到第三可调谐振器（14）的开路一端微带线上，另一端连接到第二偏置线（182）的上焊盘上，第四偏置电阻（174）的一端焊接到第四可调谐振器（15）的开路一端微带线上，另一端连接到第二偏置线（182）的下焊盘上。
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