專利名稱：一種基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波器件，具體涉及一種新型小型化混合環(huán)。
背景技術(shù)：
混合環(huán)是微波系統(tǒng)中常用的器件，用于微波功率的分配或合成。傳統(tǒng)的微帶結(jié)構(gòu) 混合環(huán)如圖1所示，包括一個圓環(huán)形微帶線和四條相同尺寸的輸入/輸出端口微帶線1-1、 1-2、1-3和1-4，所述四條輸入/輸出端口微帶線位于介質(zhì)板表面；所述四條輸入/輸出端 口微帶線1-1、1_2、1-3和1-4與圓環(huán)形微帶線相連并處于圓環(huán)形微帶線的直徑延長線上， 其中輸入/輸出端口微帶線1-2和1-3與圓環(huán)形微帶線的連接點將圓環(huán)形微帶線分成兩個 半圓弧微帶線，而輸入/輸出端口微帶線1-1和1-4將其中的一個半圓弧微帶線均分成三 段圓弧微帶線。所述四條輸入/輸出端口微帶線的特性阻抗為50歐姆，所述圓環(huán)形微帶線 中任意一條圓弧微帶線的特性阻抗為50λ/ 歐姆。在輸入/輸出端口 1-2和1-3之間的半 圓弧微帶線長度為四分之三導(dǎo)波波長，即產(chǎn)生270°的相移；其他相鄰兩個端口之間圓弧 微帶線的長度為四分之一導(dǎo)波波長，即產(chǎn)生90°的相移。上述混合環(huán)作為功分器使用時，從端口 1-1輸入的待功分信號分成兩路，分別沿 長弧和短弧兩路達到端口 1-3時，由于路徑長度的不同，這兩路信號產(chǎn)生180°的相位差， 從而互相抵消，從而在1-3端口處實現(xiàn)隔離的目的；最終，待功分信號從端口 1-2和1-4輸 出兩路等幅同相的功分信號。同理，從端口 1-4輸入的待功分信號分成兩路，分別沿長弧和 短弧兩路達到端口 1-2時，由于路徑長度的不同，這兩路信號產(chǎn)生180°的相位差，從而互 相抵消，從而在1-2端口處實現(xiàn)隔離的目的；最終，待功分信號從端口 1-1和1-3輸出兩路 等幅同相的功分信號。上述混合環(huán)作為功率合成器使用時，兩路等幅同相信號分別從端口 1-2和1-4輸 入，在端口 1-3處實現(xiàn)隔離，在端口 1-1處合成輸出；同理，兩路等幅同相信號分別從端口 1-1和1-3輸入，在端口 1-2處實現(xiàn)隔離，在端口 1-4處合成輸出。上述混合環(huán)受微帶線的相位-長度線性變化的特性限制，使得器件尺寸較大，不 利于多器件的集成；同時，由于端口 1-2和1-3之間的半圓弧微帶線的側(cè)向輻射、干擾現(xiàn)象 比較嚴重，使得器件中的半圓弧微帶線會造成較大的能量損失或引入外界噪聲。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，該混合環(huán)在傳輸特性 不變的前提下能夠降低其結(jié)構(gòu)尺寸，降低信號能量的側(cè)向泄漏，防止對旁側(cè)電路的干擾；同 時也能夠抑制旁側(cè)電路對該混合環(huán)的干擾。本實用新型提供的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，其實質(zhì)是采用一段直線 形270°相移復(fù)合微帶線來替代傳統(tǒng)混合環(huán)中的一個半圓弧270°相移微帶線，而直線形 270°相移復(fù)合微帶線的主體結(jié)構(gòu)為半封閉式左右手復(fù)合傳輸線。本實用新型技術(shù)方案如下[0009]一種基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，如圖2所示，包括介質(zhì)基板和位于介 質(zhì)基板表面的混合環(huán)圖形結(jié)構(gòu)。所述混合環(huán)圖形結(jié)構(gòu)包括一段半圓弧形270°相移微帶線 和一段直線形270°相移復(fù)合微帶線以及四條相同尺寸的輸入/輸出端口微帶線C11、C12、 C13和C14;所述直線形270°相移復(fù)合微帶線與所述半圓弧形270°相移微帶線首尾相連， 形成一個閉合半圓環(huán)形狀。所述直線形270°相移復(fù)合微帶線與所述半圓弧形270°相移 微帶線首尾相連，形成一個閉合半圓環(huán)形狀；所述第一、第四輸入/輸出端口微帶線Cll和 C14與半圓弧形270°相移微帶線相連，其中兩個連接點將半圓弧形270°相移微帶線均分 成三段90°相移微帶線；所述第二、第三輸入/輸出端口微帶線C12和C13分別與半圓弧形 270°相移微帶線和直線形270°相移復(fù)合微帶線的兩個連接點相連。所述四條輸入/輸出 端口微帶線的特性阻抗為50歐姆，所述半圓弧形270°相移微帶線的特性阻抗為50λ/ 歐 姆，所述直線形270°相移復(fù)合微帶線的特性阻抗為50λ/ 歐姆。所述直線形270 °相移復(fù)合微帶線包括一段復(fù)合傳輸線Al，所述復(fù)合傳輸線Al兩 端分別通過一段連接微帶線Α21或Α22與所述半圓弧形270°相移微帶線兩端相連。所述復(fù)合傳輸線Al為半封閉式左右手復(fù)合傳輸線(如圖3所示)，由至少兩個以 上的左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成。每個左右手復(fù)合傳輸線單元包括兩條平行的接地金 屬帶Α13和一個交指電容All ；所述交指電容All位于兩條平行的接地金屬帶A13之間，交 指電容All兩端分別通過一個金屬貼片A12與兩條平行的接地金屬帶A13相連；每條接地 金屬帶A13通過一排周期金屬化過孔與介質(zhì)板背面的金屬接地板相連。本實用新型所述混合環(huán)作為功分器使用時，從第一輸入/輸出端口 Cll輸入的待 功分信號分成兩路，分別到達第三輸入/輸出端口 C13時產(chǎn)生180°的相位差互相抵消，從 而在第三輸入/輸出端口 C13處實現(xiàn)隔離；最終，待功分信號從第二輸入/輸出端口 C12 和第四輸入/輸出端口 C14輸出兩路等幅同相的功分信號。同理，從第四輸入/輸出端口 C14輸入的待功分信號分成兩路，分別到達第二輸入/輸出端口 C12時產(chǎn)生180°的相位差 互相抵消，從而在第二輸入/輸出端口 C12處實現(xiàn)隔離；最終，待功分信號從第一輸入/輸 出端口 Cll和第三輸入/輸出端口 C13端口輸出兩路等幅同相的功分信號。本實用新型所述混合環(huán)作為功率合成器使用時，兩路等幅同相信號分別從第二輸 入/輸出端口 C12和第四輸入/輸出端口 C14輸入，在第三輸入/輸出端口 C13處實現(xiàn)隔 離，在第一輸入/輸出端口 Cll處合成輸出；同理，兩路等幅同相信號分別從第一輸入/輸 出端口 Cl 1和第三輸入/輸出端口 C13輸入，在第二輸入/輸出端口 C12處實現(xiàn)隔離，在第 四輸入/輸出端口 C14處合成輸出。與傳統(tǒng)混合環(huán)結(jié)構(gòu)相比，本實用新型具有以下特點1、本實用新型所提供的小型化混合環(huán)通過引入復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)，使得器件整體結(jié) 構(gòu)更加緊湊(與傳統(tǒng)的混合環(huán)相比，器件面積下降近一半)，而且傳輸特性不受影響，便于 平面電路的集成。2、本實用新型所提供的小型化混合環(huán)在減小尺寸的同時，由于所引入的復(fù)合傳輸 線結(jié)構(gòu)為半封閉式，其中兩側(cè)的周期金屬化過孔等效為兩個金屬壁，從而減少了信號能量 的側(cè)向泄漏，防止對旁側(cè)電路的干擾，同時也抑制了旁側(cè)電路對該混合環(huán)的干擾。3、本實用新型所提供的小型化混合環(huán)，在設(shè)計過程中，通過調(diào)節(jié)復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu) 中交指電容及金屬貼片的尺寸可以很方便的調(diào)節(jié)其特性阻抗、相移量、傳輸系數(shù)等參數(shù)，滿足不同的設(shè)計要求，便于制作，而且能與微帶線產(chǎn)生良好銜接，減弱因不連續(xù)性引起的反射。
圖1是傳統(tǒng)混合環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型提供的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型提供的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)中復(fù)合傳輸線結(jié) 構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型提供的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)的S參數(shù)仿真結(jié)果。圖5是本實用新型提供的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)的S參數(shù)測試結(jié)果，
具體實施方式
圖2為本實用新型的一個具體實施例，制備在國產(chǎn)F4B介質(zhì)基板上，工作中心頻率 選為5. 8GHz。直線形270°相移復(fù)合微帶線由一段起主要移相作用的復(fù)合傳輸線Al以及兩 小段起相位微調(diào)作用的連接傳輸線A21與A22組成；其中連接傳輸線A21與A22由兩小段 等長度的微帶線實現(xiàn)，特性阻抗為50λ/ 歐姆；復(fù)合傳輸線Al的特性阻抗也設(shè)計為50λ/ 歐姆，由兩個左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成(如圖3所示)，每個左右手復(fù)合傳輸線單元 包括兩條平行的接地金屬帶Α13和一個交指電容All ；所述交指電容All位于兩條平行的 接地金屬帶A13之間，交指電容All兩端分別通過一個金屬貼片A12與兩條平行的接地金 屬帶A13相連；每條接地金屬帶A13通過一排周期金屬化過孔與介質(zhì)板背面的金屬接地板 相連。交指電容All共有四條相互交叉的金屬指，其總體寬度與連接微帶線A21、A22的寬 度相同。三段90°相移微帶線由一段半圓弧微帶線等分而成，并與直線形270°相移復(fù)合 微帶線首尾相接形成一個閉合半圓環(huán)形狀。圖3和圖4分別給出了本實用新型實例的S參數(shù)仿真和測試結(jié)果，Cll端口為信 號輸入端，從圖中可以看出，在5. 8GHz附近，輸入信號在C12和C14兩個輸出端口得到很好 的分配，同時，Cll端口具有較小的反射系數(shù)，Cll端口和C13端口具有很好的隔離度，這說 明，信號在復(fù)合傳輸線Al確實形成了 270°的相移量，使得兩路信號到達C14端口時產(chǎn)生了 180°相位差，達到信號隔離的目的。另外，受周期金屬化通孔側(cè)壁A13的等效金屬壁作用， 信號流經(jīng)復(fù)合傳輸線Al幾乎無能量側(cè)漏出去，從而實現(xiàn)了降低側(cè)耦合干擾的功能。
權(quán)利要求1.1. 一種基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，包括介質(zhì)基板和位于介質(zhì)基板表面 的混合環(huán)圖形結(jié)構(gòu)；其特征是，所述混合環(huán)圖形結(jié)構(gòu)包括一段半圓弧形270°相移微帶線 和一段直線形270°相移復(fù)合微帶線以及四條相同尺寸的輸入/輸出端口微帶線(C11、 C12、C13、C14)；所述直線形270°相移復(fù)合微帶線與所述半圓弧形270°相移微帶線首尾相連，形成 一個閉合半圓環(huán)形狀；所述第一、第四輸入/輸出端口微帶線(C11、C14)與半圓弧形270° 相移微帶線相連，其中兩個連接點將半圓弧形270°相移微帶線均分成三段90°相移微帶 線；所述第二、第三輸入/輸出端口微帶線(C12、C13)分別與半圓弧形270°相移微帶線和 直線形270°相移復(fù)合微帶線的兩個連接點相連；所述四條輸入/輸出端口微帶線的特性阻抗為50歐姆，所述半圓弧形270°相移微 帶線的特性阻抗為50λ/ 歐姆，所述直線形270°相移復(fù)合微帶線的特性阻抗為50λ/ 歐 姆；所述直線形270°相移復(fù)合微帶線包括一段復(fù)合傳輸線(Al)，所述復(fù)合傳輸線(Al)兩 端分別通過一段連接微帶線(Α21、Α2》與所述半圓弧形270°相移微帶線兩端相連；所述 復(fù)合傳輸線(Al)為半封閉式左右手復(fù)合傳輸線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述半 封閉式左右手復(fù)合傳輸線由至少兩個以上的左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成；每個左右手 復(fù)合傳輸線單元包括兩條平行的接地金屬帶(AU)和一個交指電容(All)；所述交指電容 (All)位于兩條平行的接地金屬帶(AU)之間，交指電容(All)兩端分別通過一個金屬貼 片(A12)與兩條平行的接地金屬帶(AU)相連；每條接地金屬帶(AU)通過一排周期金屬 化過孔與介質(zhì)板背面的金屬接地板相連。
專利摘要一種基于復(fù)合傳輸線結(jié)構(gòu)的小型化混合環(huán)，屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型采用一段直線形270°相移復(fù)合微帶線來替代傳統(tǒng)混合環(huán)中的一個半圓弧270°相移微帶線，而直線形270°相移復(fù)合微帶線的主體結(jié)構(gòu)為半封閉式左右手復(fù)合傳輸線，使得器件整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，便于平面電路的集成；能夠減少信號能量的側(cè)向泄漏和干擾現(xiàn)象；在設(shè)計過程中通過調(diào)節(jié)復(fù)合傳輸線的結(jié)構(gòu)尺寸，可方便地調(diào)節(jié)器件的特性阻抗、相移量、傳輸系數(shù)等參數(shù)，滿足不同的設(shè)計要求。
文檔編號H01P5/16GK201845851SQ20102057335
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者林先其, 樊勇, 蘇鵬 申請人:電子科技大學(xué)