专利名称：电磁超结构、封装结构及具有电磁超结构的双频段功分器的制作方法
技术领域：
电磁超结构、封装结构及具有电磁超结构的双频段功分器技术领域[0001]本实用新型涉及微波通信技术领域，特别涉及功分器技术领域，具体是指一种电磁超结构及具有该电磁超结构的双频段功分器。
背景技术：
[0002]最近几年，无线通信发展异常迅速，多种无线通信标准(如GSM、CDMA、WIFI、WLAN 等)获得批准并投入应用。为节约成本，满足用户的需求，经常需要在一个终端设备上实现多种功能、多个频段传输。因此，对双频或多频的微波或射频器件的需求越来越强烈。同时，随着集成化的不断提高，对尺寸和重量的要求也越来越严格，小型化紧凑型的微波或射频器件成为今后的发展趋势。Wilkinson功分器是无线通信中必不可少的器件，它的主要功能就是将一路输入信号分成多路输出，同时可以实现多路输入信号合成为一路信号，并保证多路输入之间的隔离，为满足日益发展的无线通信需求。[0003]电磁超材料或结构，也称为电磁复合材料，是指那些人工生成的电磁材料或结构， 这些材料和结构表现出的很多电磁特性是在一般的自然生成的材料中无法获得的。自从 2001年美英科学家首次试验验证了左手材料的存在后，电磁超材料或结构成为世界各国物理、化学、材料、工程等领域科学家的研究热点。广义的电磁超材料或结构包含范围很广，如电磁/光子带隙材料(EBG/PBG)，等离子结构，左手材料(LHM)，频率选择表面(FSS)，人工磁导体(AMC)等。由于是人工制备，因此电磁超材料或结构的很多电磁特性可以人工控制，如等效介电常数、等效磁导率、相速等。电磁超材料的这些优点使得其在光通信、微波或射频通信领域表现出极大的应用价值。相比于传统器件，采用电磁超材料设计制造的新型器件性能更优，尺寸更小，非常适用于未来的无线通信应用。[0004]电磁超结构分为非谐振式和谐振式两种，各有特点。从2003年至今，在多个知名期刊上，多个研究小组报道了利用非谐振式电磁超结构设计双频微波射频器件(包括双频 Wilkinson 功分器)的成果，包括“I. H. Lin，Μ. D. Vincentis, C. Caloz, and Τ. Itoh, 'Arbitrary dual-band components using composite right/1eft-handed transmission lines，，IEEE Trans. Microwave. Theory Tech. ,vol. 52,no. 4,pp. 1142—1149，Apr，2004”以及“X· Q. Li，R. P. Lin, X. M. Yang, J. X. Chen, Χ. X. Yin, Q. Cheng, and T. J. Cui，'Arbitrarily dual-band components using simplified structures of conventional CRLH TLs,'IEEE Trans Microwave, Theory Tech.，vol. 54，no. 7，pp. 1142-1149，Jul，2004，，。但是，由于非谐振式电磁超结构需要金属化通孔并焊接，增加了制造成本且影响产品性能的一致性。相比于非谐振式电磁超结构，谐振式电磁超材料引入了开环谐振器或互补开环谐振器，虽然带宽较窄，但是不需要金属化通孔，因此制造成本大大降低且可保持很好的一致性。[0005]但现有的谐振式功分器，特别是双频段功分器，由于其采用的电磁超结构的限制， 其尺寸通常较大，这增加了此类功分器的外形尺寸，对功分器的使用提出了较高的空间要求，从而极大地限制了其适用范围。实用新型内容[0006]本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种有效减少采用电磁超结构的谐振功分器的外形尺寸，从而减小功分器对于应用空间的要求，大幅增加功分器的适用范围，且结构简单，成本低廉的电磁超结构及具有该电磁超结构的双频段功分器。[0007]为了实现上述的目的，本实用新型的电磁超结构具有如下构成[0008]该电磁超结构的主要特点是，其为折叠谐振式电磁超结构，所述的折叠谐振式电磁超结构具有设置于一 PCB板的一面的折叠的主传输线和设置于所述的PCB板的另一面的折叠的带线型互补开环谐振器。[0009]该电磁超结构中，所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。[0010]本实用新型还提供了一种所述的电磁超结构的封装结构，该封装结构包括一金属盒，所述的电磁超结构设置于所述的金属盒内，所述的PCB板上具有折叠的带线型互补开环谐振器的一面连接所述的金属盒底部，所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形，所述的金属盒底部在于所述的带线型互补开环谐振器对应的位置上开设有凹槽。该凹槽的深度不小于5毫米。[0011]本实用新型还提供一种具有所述的电磁超结构的双频段功分器，所述的双频段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一端口分别通过一支臂电路连接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂电路为所述的电磁超结构。所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。[0012]采用了该实用新型的电磁超结构、封装结构及具有该电磁超结构的双频段功分器，由于其电磁超结构为具有折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器的折叠谐振式电磁超结构，其该双频段功分器的支臂电路为所述的电磁超结构，使得具有该电磁超结构的双频段功分器的外形尺寸大幅缩小为现有产品的1/3，从而减小功分器对于应用空间的要求，增加功分器的适用范围，且本实用新型的电磁超结构及具有该电磁超结构的双频段功分器结构简单，成本低廉。
[0013]图1为本实用新型的电磁超结构的折叠主传输线结构示意图。[0014]图2为本实用新型的电磁超结构的折叠带线型互补开环谐振器的结构示意图。[0015]图3为本实用新型的电磁超结构的封装结构示意图。[0016]图4为本实用新型的电磁超结构的等效电路图。[0017]图5为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器工作于第一频段的等效电路图。[0018]图6为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器工作于第二频段的等效电路图。[0019]图7为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的正面结构示意图。[0020]图8为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的背面结构示意图。[0021]图9为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第二端口的插入损耗S21 示意图。[0022]图10为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第三端口的插入损耗 S31示意图。[0023]图11为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第一端口的回波损耗 Sll示意图。[0024]图12为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第二端口的回波损耗 S22示意图。[0025]图13为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第三端口的回波损耗 S33示意图。[0026]图14为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的第二端口与第三端口间的隔离度S23示意图。
具体实施方式
[0027]为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。[0028]请参阅图1所示，为本实用新型的电磁超结构的结构示意图。[0029]在一种实施方式中，该电磁超结构为折叠谐振式电磁超结构，所述的折叠谐振式电磁超结构为具有如图1所示的折叠的主传输线和如图2所示的折叠的带线型互补开环谐振器。所述的主传输线和互补开环谐振器分别设置于一个PCB的正面和背面。图2中所表示的为PCB背面经过蚀刻后的图，灰色部分代表金属，白色部分为蚀刻后没有金属的区域。 该折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。[0030]该种电磁超结构的封装结构，如图3所示，包括一金属盒，所述的电磁超结构设置于所述的金属盒内，所述的PCB板上具有折叠的带线型互补开环谐振器的一面连接所述的金属盒底部，所述的金属盒底部在于所述的带线型互补开环谐振器对应的位置上开设有凹槽。所述的凹槽的深度不小于5毫米。本使用新型还提供一种具有所述的电磁超结构的双频段功分器，在一种实施方式中，如图7及图8所示，所述的双频段功分器包括第一端口、 第二端口和第三端口，所述的第一端口分别通过一支臂电路连接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂电路为所述的电磁超结构。所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。[0031]在实际应用中，本实用新型的电磁超结构的等效电路图，如图4所示，为一 L。和C。 并联的对地谐振电路。根据布洛赫理论进行分析，其单位结构相移为C(1-^)(1-^)[0032]cos(0) = 1 + 1^4 = 1 + ^“，？，ωΡ[0033]其特性阻抗为I 2 22 2~-忑)2 (1 -忑)+ 4Cg [1 --忑)_ ^ =在(MiZs Οω) + IZp ( ]=——^---—，1ωο[0035] 其中，&和、分别为串连和并联阻抗。^OJs=I/讽，‘5%=i"4(cc+c)。[0036]采用上述的折叠谐振式电磁超结构代替传统Wilkinson功分器中的两段分支臂， 并使折叠谐振式电磁超结构的传输特性满足图5和图6所示的要求，则双频段工作可以实现。根据图5、图6及以上两公式可以获得初始的电路参数，并根据这些初始电路参数构建初始的物理结构，再采用电磁仿真工具进行优化，最终获得需要的折叠谐振式电磁超结构的参数。将最终的折叠谐振式电磁超结构作为双频段Wilkinson功分器的两段分支臂，并再次采用电磁仿真工具进行优化，得到最终的小型化双频段Winkinson功分器的参数。[0037]本使用新型的双频段功分器的各性能指标如下表所示[0038]插入损耗 S21,S31<-3.6dB主线驻波比 Sll<-17.5dB (VSWR<1.3)输出端口驻波比 S22,S33<-17.5dB (VSWR<1.3)隔离器 S32<-20dB最大相位不平衡度883~937MHz886 930MHz870 934MHz895 939MHz870 939MHz1560 1928MHz1700 1825MHz15 56 1909MHz173 9-193 OMHz1560 1910MHz[0039] 表1基于折叠谐振式电磁超结构的双频段Wilkinson功分器的性能指标[0040]传统的Wilkinson功分器为了覆盖800_2500ΜΗζ频段，一般需要3个1/4波长传输线，长度为136mm的阻抗变换段。而本实用新型的基于折叠谐振式电磁超结构的双频 Wilkinson功分器仅仅只需要一个阻抗变换段就可以实现这两个频段的双段工作，也就是说至少节约了大概2/3的尺寸。[0041]图3所示，为该实用新型的电磁超结构的封装结构。传统的封装结构直接将PCB 的金属地面与用于封装的金属盒连接一起，这样就会破坏蚀刻结构，从而破坏互补开环谐振器。而在该封装结构中，则是将金属盒与开环谐振器接触的区域挖出具有一定高度的中空部分，这样金属盒对互补开环谐振器的影响减小。中空部分的越厚，则金属盒对互补开环谐振器的影响越小，一般5mm的以上的厚度即可忽略封装对电磁超结构的影响。[0042]该实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的正面和背面的结构示意图分别如图7和图8所示。[0043]图9至图14为本实用新型的具有电磁超结构的双频段功分器的测试结果图，从图中可以看出双频工作已得到实现。[0044]采用了该实用新型的电磁超结构、封装结构及具有该电磁超结构的双频段功分器，由于其电磁超结构为具有折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器的折叠谐振式电磁超结构，其该双频段功分器的支臂电路为所述的电磁超结构，使得具有该电磁超结构的双频段功分器的外形尺寸大幅缩小为现有产品的1/3，从而减小功分器对于应用空间的要求，增加功分器的适用范围，且本实用新型的电磁超结构及具有该电磁超结构的双频段功分器结构简单，成本低廉。[0045]在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求1.一种电磁超结构，其特征在于，所述的电磁超结构为折叠谐振式电磁超结构，所述的折叠谐振式电磁超结构具有设置于一 PCB板的一面的折叠的主传输线和设置于所述的PCB 板的另一面的折叠的带线型互补开环谐振器。
2.根据权利要求1所述的电磁超结构，其特征在于，所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。
3.—种权利要求1所述的电磁超结构的封装结构，其特征在于，所述的封装结构包括一金属盒，所述的电磁超结构设置于所述的金属盒内，所述的PCB板上具有折叠的带线型互补开环谐振器的一面连接所述的金属盒底部，所述的金属盒底部在于所述的带线型互补开环谐振器对应的位置上开设有凹槽。
4.根据权利要求3所述的电磁超结构的封装结构，其特征在于，所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。
5.根据权利要求3或4所述的电磁超结构的封装结构，其特征在于，所述的凹槽的深度不小于5毫米。
6.一种具有权利要求1所述的电磁超结构的双频段功分器，所述的双频段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一端口分别通过一支臂电路连接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂电路为所述的电磁超结构。
7.根据权利要求6所述的双频段功分器，其特征在于，所述的折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器在折叠部位均为圆弧形。
专利摘要本实用新型涉及一种电磁超结构，其为具有折叠的主传输线和折叠的带线型互补开环谐振器的折叠谐振式电磁超结构。本实用新型还涉及该电磁超结构的封装结构以及一种具有该电磁超结构的双频段功分器，该双频段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口分别通过一支臂电路连接第二端口和第三端口，支臂电路为所述的电磁超结构。采用该种结构的电磁超结构、封装结构及双频段功分器，由于其电磁超结构为折叠谐振式电磁超结构，且该双频段功分器的支臂电路为该电磁超结构，使得双频段功分器的外形尺寸大幅缩小为现有产品的1/3，减小了功分器对于空间的要求，增加功分器的适用范围，且其结构简单，成本较为低廉。
文档编号H01P5/16GK202259648SQ201120386159
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者房国平, 牛家晓, 袁扣宝 申请人:上海中科股份有限公司