基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器的制作方法

本发明属于微波传输器件技术领域，具体涉及一种基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器。

背景技术：

功分器在无线通信和相控阵系统中作为一种至关重要的元件，目前已在功率放大器、天线馈电和其他多通道分配网络中得到了广泛的应用。

在现代雷达通信中，大规模阵列天线的使用以及信号更高的传输速率导致迫切需求一种能应用在大功率场合下的高隔离宽带功分器，而传统的威尔金森功分器由于散热问题和相对带宽的限制，已无法满足当代技术需求，gysel功分器解决了散热问题，但相对带宽仅仅只有20％，如何实现高隔离宽带功分器成为人们目前研究的热点之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种满足大功率应用场合的基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器。

实现本发明目的的技术解决方案：一种基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器，包括顶层信号层、中间金属地层和底层信号层；

顶层信号层包括顶层介质基板、第一输入端口、第一椭圆传输单元、第一传输线、第一t型功分结构及其阻抗匹配电路、第二传输线、第三传输线、第二椭圆传输单元、第三椭圆传输单元、第一输出端口、第二输出端口；中间金属地层包括第一椭圆缺陷地单元、第二椭圆缺陷地单元和第三椭圆缺陷地单元；底层信号层包括底层介质基板、第二输入端口、第四椭圆传输单元、第四传输线、第二t型功分结构及其阻抗匹配电路、第五传输线、第五椭圆传输单元、第三输出端口、第六传输线、第六椭圆传输单元、第四输出端口；

所述顶层信号层和底层信号层关于中间金属地层镜像对称；所述第一椭圆传输单元和第四椭圆传输单元分别位于第一椭圆缺陷地单元的上方和下方，第二椭圆传输单元和第五椭圆传输单元分别位于第二椭圆缺陷地单元的上方和下方，第三椭圆传输单元和第六椭圆传输单元分别位于第三椭圆缺陷地单元的上方和下方。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明的高隔离宽带功分器采用垂直椭圆耦合结构，能够实现传输线之间的强耦合，在较小的插入损耗下实现超过较宽的相对带宽，且中心频率可控；(2)本发明的高隔离宽带功分器由于隔离电阻的缺少，具有相对较低的插入损耗；(3)本发明的高隔离宽带功分器结构简单，加工方便。

附图说明

图1为本发明的高隔离宽带功分器的顶层信号层结构示意图。

图2为本发明的高隔离宽带功分器的中间金属地层结构示意图。

图3为本发明的高隔离宽带功分器的底层信号层结构示意图。

图4为本发明的高隔离宽带功分器的频率响应图。

具体实施方式

一种基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器，包括顶层信号层、中间金属地层和底层信号层；

如图1所示，顶层信号层包括顶层介质基板1、第一输入端口2、第一椭圆传输单元3、第一传输线4、第一t型功分结构及其阻抗匹配电路5、第二传输线6、第三传输线9、第二椭圆传输单元7、第三椭圆传输单元10、第一输出端口8、第二输出端口11；如图2所示，中间金属地层包括第一椭圆缺陷地单元13、第二椭圆缺陷地单元15和第三椭圆缺陷地单元14；如图3所示，底层信号层包括底层介质基板16、第二输入端口17、第四椭圆传输单元18、第四传输线19、第二t型功分结构及其阻抗匹配电路20、第五传输线26、第五椭圆传输单元25、第三输出端口24、第六传输线23、第六椭圆传输单元22、第四输出端口21；

所述顶层信号层和底层信号层关于中间金属地层镜像对称；所述第一椭圆传输单元3和第四椭圆传输单元18分别位于第一椭圆缺陷地单元13的上方和下方，第二椭圆传输单元7和第五椭圆传输单元25分别位于第二椭圆缺陷地单元15的上方和下方，第三椭圆传输单元10和第六椭圆传输单元22分别位于第三椭圆缺陷地单元14的上方和下方。

第一输入端口2、第一椭圆传输单元3、第一传输线4依次连接，第一传输线4通过第一t型功分结构及其阻抗匹配电路5与第二传输线6和第三传输线9相连，第二传输线6与第二椭圆传输单元7、第一输出端口8依次连接，第三传输线9与第三椭圆传输单元10、第二输出端口11依次连接；第二输入端口17、第四椭圆传输单元18、第四传输线19依次连接，第四传输线19通过第二t型功分结构及其阻抗匹配电路20与第五传输线26、第六传输线23连接，第五传输线26与第五椭圆传输单元25、第三输出端口24依次连接，第六传输线23与第六椭圆传输单元22、第四输出端口21依次连接。

所述第一椭圆传输单元3、第二椭圆传输单元7、第三椭圆传输单元10、第四椭圆传输单元18、第五椭圆传输单元25和第六椭圆传输单元22具有完全相同的形状和大小，且相同长度的枝节位于椭圆传输单元两侧；第一t型功分结构与第二功分结构及其匹配电路具有完全相同的形状和大小，匹配电路位于t型功分结构输出端后。

顶层介质基板1、底层介质基板16均为介电常数为3.66的ro4350b,厚度为0.254mm。

第一椭圆缺陷地单元、第二椭圆缺陷地单元和第三椭圆缺陷地单元为在金属地层蚀刻而成的椭圆单元。

椭圆传输单元和椭圆缺陷地单元具有相同的长轴宽度。

信号从第一输入端口流入，则信号从第三输出端口和第四输出端口流出；信号从第二输入端口流入，则信号从第一输出端口和第二输出端口流出。

通过改变所述椭圆传输单元尺寸来改变该功分器s参数性能，而耦合系数又通过改变中心频率和椭圆传输单元长短轴长度与椭圆缺陷地单元长短轴长度而变化。通过调节开路枝节的长度来优化该功分器s参数性能。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

基于垂直椭圆耦合结构的高隔离宽带功分器，包括顶层信号层，中间金属地层，底层信号层。

如图1所示，顶层信号层包括顶层介质基板1，第一输入端口2，第一椭圆传输单元3，第一传输线4，第一功分结构及其匹配电路5，第二传输线6和第三传输线9，第二椭圆传输单元7和第三椭圆传输单元10，第一输出端口8和第二输出端口11。第一椭圆传输单元3两端分别第一输入端口2和第一传输线4相连，第一传输线4连至第一功分结构及其匹配电路5，再与第二传输线6和第三传输线9相连，第二传输线6和第三传输线9分别与第二椭圆传输单元7和第三椭圆传输10连至第一输出端口8和第二输出端口11，顶层介质基板1为介电常数为3.66的ro4350b,厚度为0.254mm。

如图2所示，中间金属地层包括第一椭圆缺陷地单元13，第二椭圆缺陷地单元15和第三椭圆缺陷地单元14，分别位于第一椭圆传输单元3与第四椭圆传输单元18之间，第二椭圆传输单元7与第五椭圆传输单元25之间，第三椭圆传输单元10与第六椭圆传输单元22之间。

如图3所示，底层信号层包括底层介质基板16，第二输入端口17，第四椭圆传输单元18，第四传输线19，第二功分结构及其匹配电路20，第五传输线21和第六传输线26，第五椭圆传输单元25和第六椭圆传输单元22，第三输出端口24和第四输出端口21。第四椭圆传输单元18两端分别第二输入端口17和第四传输线19相连，第四传输线19连至第二功分结构及其匹配电路20，再与第五传输线21和第六传输线26相连，第五传输线21和第六传输线26分别与第五椭圆传输单元25和第六椭圆传输22连至第三输出端口24和第四输出端口21，底层介质基板16为介电常数为3.66的ro4350b,厚度为0.254mm。

本实施例中采用的第一椭圆缺陷地单元13，第二椭圆缺陷地单元15和第三椭圆缺陷地单元14是在金属接地板上蚀刻的椭圆形结构，顶层介质基板、底层介质基板上的微带贴片和中间金属地层均采用铜材料。

利用电磁仿真软件hfss对该新型高隔离宽带滤波器进行仿真计算，图4为该功分器频率响应特性的仿真计算的结果，其中椭圆传输单元和椭圆缺陷地单元的长轴l＝7.2mm，椭圆传输单元的短轴dm＝4.8mm，椭圆缺陷地单元的短轴ds＝7.4mm。仿真结果显示，本实例带宽范围为4ghz到10ghz，相对带宽达到100％，具有宽带特性。宽带内插入损耗小于4db,输出端口回波损耗小于-15db，输出端口间隔离度小于-20db。

综上，本发明提供的宽带高隔离功分器具有宽频带、隔离大、损耗小等优点，同时该结构较为简单，适合广泛用于各类通信网络中。