一种双频段分配合路装置的制作方法

本发明属于微波组件技术领域，具体涉及微波组件及测试工装的设计、微波组件测试系统及系统搭建，具体为一种双频段分配合路装置。

背景技术：

随着科技的进步和发展，功能先进，性能稳定的数字组件逐步代替了传统的固态组件。减少数字组件对外连接的端口，提高组件的可靠性，是迫切要解决的问题。多路微波信号可以利用微波的合路传输技术减少数字组件的对外连接端口，本技术可以使雷达系统或通信系统的节约高频电缆，提高数字组件的稳定性。

数字组件设计中常常会用到时钟信号、本振信号、基准信号等微波信号。数字组件对外连接端口存在多个高频电缆。现在两个微波信号合路传输技术逐步成熟，大量的用在微波组件设计之中；此技术的应用可以减少高频电缆使用，能节约产品的加工成本，提高产品的竞争力。但现在使用普通的合成器当作合路器使用，来实现双频段微波信号的合路传输。它存在以下缺点：1.微波工装模块的功能单一，使用不方便。2.两输入端无法实现微波信号的隔离、同时无法隔离输出输入端的直流信号。3.工装模块的使用不能兼顾工作频锻，电路无法实现匹配，降低微波信号传输的质量。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供一种双频段分配合路装，具体的结构如下：

一种双频段分配合路装置，包括金属盖板7和金属盒体9，所述金属盒体9为顶部开口的矩形块。金属盖板7装配在金属盒体9的顶部开口处。在金属盒体9的四壁分别设有1个SMA接头5。4个SMA接头5分别记为：P_LO端口、P₁端口、P₂端口、P_HO端口，其中，P_LO端口与P_HO端口相对，P₁端口位于P_LO端口与P_HO端口连线的右侧、P₂端口位于P_LO端口与P_HO端口连线的左侧。

在金属盒体9内设有微带板。在微带板上设有隔直电容1、微波二极管2、导带4、和电阻6。具体连接关系为：通过导带4将P₂端口经过1个隔直电容1分别与1个电阻6、2个微波二极管2相连。通过导带4将靠近P₂端口的2个微波二极管2分别与P_LO端口、P_HO端口相连接。通过导带4将P₁端口经过1个隔直电容1分别与1个电阻6、2个微波二极管2相连。通过导带4将靠近P₁端口的2个微波二极管2分别与P_LO端口、P_HO端口相连接。通过导带4将靠近P₂端口的电阻6与靠近P₁端口的电阻6相连接。

进一步说，设有2个隔直电容1，依次称为左侧隔直电容C₂、右侧隔直电容C1。设有4 个微波二极管2，依次称为左侧第一微波二极管V₂、左侧第二微波二极管V₃、右侧第一微波二极管V₁、右侧第二微波二极管V₄。设有2个电阻6，依次称为左侧电阻R₂、右侧电阻R₁。设有9个导带4，依次称为左侧第一导带、左侧第二导带、左侧第三导带、左侧第四导带、右侧第一导带、右侧第二导带、右侧第三导带、右侧第四导带、中部导带。具体连接关系为：

P₂端口依次经过左侧第三导带、左侧隔直电容C₂、左侧第二导带、左侧电阻R₂、中部导带、右侧电阻R₁、右侧第二导带、右侧隔直电容C₁、右侧第三导带，与P₁端口相连接。左侧第二导带分别与左侧第一微波二极管V₂的一端、左侧第二微波二极管V₃的一端相连接。左侧第一微波二极管V₂的另一端经左侧第一导带与P_LO端口相连接。左侧第二微波二极管V₃的另一端经左侧第四导带与P_HO端口相连接。右侧第二导带分别与右侧第一微波二极管V₁的一端、右侧第二微波二极管V₄的一端相连接。右侧第一微波二极管V₁的另一端经右侧第一导带与P_LO端口相连接。右侧第二微波二极管V₄的另一端经右侧第四导带与P_HO端口相连接。

本发明为带状线结构分布参数的双频段非对称功率分配合路微带电路见图1。本发明是一个双频段分配合路传输装置,它有下面两个用途：㈠实现两路异频微波信号的合路传输功能，可以实现P_L0、P_H0两路异频信号合路后从端口P₁、P₂两端口输出的功能。㈡实现两路双频段微波信号的分配输出功能，可以实现P_L0、P_H0两路功率信号经过本装置不能同时输入微波信号就能从P₁、P₂两端口均衡输出信号。

本发明设计两个非对称带状线结构：2功率分配合路微带电路见图2，微带线的要求如下：

①左侧第一导带、右侧第一导带微带线的长度L₁是频率为1GH_Z微波信号波长λ₁的四分之一即：L₁＝λ₁/4＝7.25CM。

②左侧第四导带、右侧第四导带微带线的长度L₂是频率为2.5GH_Z微波信号波长λ₂的四分之一即：L₂＝λ₂/4＝3CM。

③输入端口P_H0的两微带线左侧第一导带、右侧第一导带的夹角成120°的等腰三角形，输入端口P_L0的两微带线左侧第四导带、右侧第四导带的也成腰三角形与另外三角形共边。微波信号的波长λ就是光速V₀与微波信号频率的比值。

下面结合微带电路原理图(图1)来叙述微波器件的功能及用途：双频段分配合路传输装置输入有2个端口，输出2个端口，微带电路及端口的阻抗Z₀都是50欧姆负载匹配。图中电阻R₁、R₂为两个输出端口及微带线在信号失配情况下吸收功率，就是保证一个端口出现失配的情况下不影响另一个端口的正常工作，两个电阻的阻值均为100欧姆。两个输出端口的隔离度＝10log100+100＝23dB。图中V₁、V₂、V₃、V₄是4只硅基大功率微带型PIN二极管 下文简称微波二极管，其特点是用微带封装，分布参数小，性能稳定，可以工作在P-Ku100MH_Z-18GH_Z波段。它的功能是对于微波信号正向导通、反向隔离、通高频信号阻直流信号，所以微波二极管的反向隔离度和正向损耗是两个关键指标。设计过程中可以根据器件的技术指标，利用下面公式，把这两个指标计算出来：

公式1:

公式2:

正常情况下只要从器件的技术指标中查到微波二极管的正向微分电阻Rs和反偏电容Cr，根据两个公式计算出微波二极管的正向插入损耗和反向隔离度。微波二极管就是保证本支微带电路正向传输微波信号，阻断其它微带电路逆向传输的异频微波信号，用来保护微波信号源的安全，正常情况下，微波二极管的正向损耗小于0.2dB，反向隔离要大于12dB整个工作带宽内。图中C₁、C₂两个容值是0.1uF的电容是隔离直流信号，通高频微波信号。微波二极管在工作时，会伴随着检波出百毫伏级别的直流电压，所以用此电容进行隔离，防止直流电压损坏微波仪表或测试装置。

具体的工作原理为：当P_L0输入一个L或P波段微波信号P₀₁，那么端口P₁、P₂输出的功率P₁＝P₂＝0.5P₀₁，当从端口P_H0输入一个S波段的微波信号P₀₂那么端口P₁、P₂输出的功率为P₁＝P₂＝0.5P₀₂，上面两种情况单独使用时就是一个双频段的分配器。当两种情况同时出现，既当P_L0输入一个L或P波段微波信号P₀₁、端口P_H0输入一个S波段的微波信号P₀₂那么端口P₁、P₂输出的功率为P₁＝P₂＝0.5P₀₁+0.5P₀₂，这时该发明就是双频段合路器。本发明使用时有一个限制，P_L0端只能输入P、L波段的微波信号，P_H0端只能输入S波段的微波信号。

本发明的优点如下：

本发明减少了微波数字组件对外连接的端口，减少雷达或通讯系统中射频电缆的使用，能提高微波数字组件的可靠性。

本发明的微带电路根据Wilkinson的工作原理，设计双频段分配合路装置。本发明可以把两路异频微波信号经过微带合路后实现2个端口输出，同时本装置也可以当作分配器使用，可以实现两种频段的微波信号实现均衡的分配，本发明是一个合路器也是一个双频段分配器。本发明是一个双输出端口的合路器，微波信号的传输效率高，对于微波数字组件和微波测试系统来说可以提供一个备用端口，大大提高微波数字组件及测试系统的稳定性。特别适合外场测试系统搭建和设备维修。

本发明可以实现双频段微波信号的合路后两路输出，同时也是一个双频段分配器。本装 置属于无源器件，性能稳定使用方便。此外本装置具有输入和输出四个端口之间具有直流信号的隔离功能，具有防止微波仪表或器件遭受直流信号的损坏。具体为：

本发明能够实现，LP、S波段L波段1-2GHz、S波段2-4GHz带宽内实现双路异频异频：就是在LP、S频率波段之间任意两路不同频率的微波信号信号合路传输。同时可以实现LP、S两个波段，实现微波信号的均衡分配。它有以下优点：本装置具有分配器与合路器两种功能，属于无源器件尤其适合在实验场地及测试系统中使用。它能实现电路匹配，使输入输出端口实现微波及直流信号的隔离，增加微波仪表使用的安全性。不会恶化微波信号的杂散、相噪等电讯指标的优点。本发明可以用在数字微波组件的设计、测试系统搭建、测试工装的设计等项目中。同时本装置属于无源组件性能稳定、结构简单、便于携带、应用范围广泛等特点。

附图说明

图1为本发明中隔直电容1、微波二极管2、导带4、和电阻6连接关系的示意图。

图2是构成微带板的导带4与微带板的连接示意图。

图3是金属盖板7的示意图。

图4是将隔直电容1、微波二极管2、导带4、SMA接头5、电阻6和金属盒体9之间连接关系示意图。

图5是金属盖板7和金属盒体9装配在一起的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图4和5，一种双频段分配合路装置，包括金属盖板7、和金属盒体9，所述金属盒体9为顶部开口的矩形块，如图3所示。参见图3和5，金属盖板7装配在金属盒体9的顶部开口处，如图5所示。参见图4，在金属盒体9的四壁分别设有1个SMA接头5。参见图1，4个SMA接头5分别记为：P_LO端口、P₁端口、P₂端口、P_HO端口，其中，P_LO端口与P_HO端口相对，P₁端口位于P_LO端口与P_HO端口连线的右侧、P₂端口位于P_LO端口与P_HO端口连线的左侧。

参见图4，在金属盒体9内设有微带板。所述微带板为矩形板。在微带板上设有隔直电容1、微波二极管2、导带4、和电阻6。参见图1、2和4，具体连接关系为：

通过导带4将P₂端口经过1个隔直电容1分别与1个电阻6、2个微波二极管2相连。

通过导带4将靠近P₂端口的2个微波二极管2分别与P_LO端口、P_HO端口相连接。

通过导带4将P₁端口经过1个隔直电容1分别与1个电阻6、2个微波二极管2相连。

通过导带4将靠近P₁端口的2个微波二极管2分别与P_LO端口、P_HO端口相连接。

通过导带4将靠近P₂端口的电阻6与靠近P₁端口的电阻6相连接。

参见图1和4，进一步说，设有2个隔直电容1，依次称为左侧隔直电容C2、右侧隔直电容C1。

设有4个微波二极管2，依次称为左侧第一微波二极管V₂、左侧第二微波二极管V₃、右侧第一微波二极管V₁、右侧第二微波二极管V₄。

设有2个电阻6，依次称为左侧电阻R₂、右侧电阻R₁。

设有9个导带4，依次称为左侧第一导带、左侧第二导带、左侧第三导带、左侧第四导带、右侧第一导带、右侧第二导带、右侧第三导带、右侧第四导带、中部导带，如图1、2和4所示。具体连接关系为：

P₂端口依次经过左侧第三导带、左侧隔直电容C₂、左侧第二导带、左侧电阻R₂、中部导带、右侧电阻R₁、右侧第二导带、右侧隔直电容C₁、右侧第三导带，与P₁端口相连接。

左侧第二导带分别与左侧第一微波二极管V₂的一端、左侧第二微波二极管V₃的一端相连接。左侧第一微波二极管V₂的另一端经左侧第一导带与P_LO端口相连接。左侧第二微波二极管V₃的另一端经左侧第四导带与P_HO端口相连接。

右侧第二导带分别与右侧第一微波二极管V₁的一端、右侧第二微波二极管V₄的一端相连接。右侧第一微波二极管V₁的另一端经右侧第一导带与P_LO端口相连接。右侧第二微波二极管V₄的另一端经右侧第四导带与P_HO端口相连接。

参见图1、2和4，进一步说，P_LO端口与P_HO端口共线。P₁端口与P₂端口共线。P₁端口与P₂端口之间的连线与P_LO端口与P_HO端口之间的连线相互垂直。

进一步说，P_LO端口与P_HO端口之间的连线与P₁端口与P₂端口之间连线的中分线相重合。

参见图1、2和4，进一步说，左侧隔直电容C₂、左侧第一微波二极管V₂、左侧第二微波二极管V₃、左侧第一导带、左侧第二导带、左侧第三导带、左侧第四导带、左侧电阻R₂，与右侧隔直电容C₁、右侧第一微波二极管V₁、右侧第二微波二极管V₄、右侧第一导带、右侧第二导带、右侧第三导带、右侧第四导带、右侧电阻R₁，相对于P_LO端口与P_HO端口之间的连线对称。

参见图1、2和4，进一步说，左侧第三导带、左侧隔直电容C₂、左侧第二导带、左侧电阻R₂、中部导带、右侧电阻R₁、右侧第二导带、右侧隔直电容C₁、右侧第三导带均安装在P₁端口与P₂端口之间的连线上。

参见图1、2和4，进一步说，左侧第一导带、左侧第二导带、左侧第三导带、左侧第 四导带、右侧第一导带、右侧第二导带、右侧第三导带、右侧第四导带、中部导带均为直线。

进一步说，隔直电容1为50V-0.1uF。微波二极管2负责对微波信号正向导通、反向截止。微波二极管2的工作带宽不小于P-S波段、反向隔离度不小于12dB、插入损耗小于0.2dB。电阻6为100Ω以上的微波功率电阻。导带与微带板之间的拉脱力不小于15N。

进一步说，隔直电容1的型号为0805。电阻6的型号均为81-7008TC-100-5。导带与微带板之间的结合力不低于接地铜箔与微带板的结合力，且导带的驻波小于1.2。

进一步说，通过螺钉组3将微带板固定在金属盒体9中，如图3所示。通过沉头螺钉8将金属盒体9与金属盖板7连接在一起，如图5所示。

进一步说，本发明把微带板设计两个非对称双频段，带状线结构：2功率分配合路微带电路见图1。2只100欧姆电阻R₁、R₂。17棵M2.5*8不锈钢圆头螺钉、17棵M2.5不锈钢弹垫、17棵M2.5不锈钢平垫。4只微波二极管，本发明中的微波二极管对反向功率输入具有很好的隔离作用，对比了其他厂家的微波二极管，选择了成都亚光厂生产的2K626微波二极管,该微波二极管具有带宽可以达到P‐Ku、通过公式计算理论上反向隔离能够达到14dB、插入损耗只有0.16dB，能够满足要求。2只尺寸为0805指标为50V‐0.1uF隔直电容C₁、C₂，该电容是隔离微波二极管工作时产生的百毫伏特级的直流电压。

本发明的使用原理：本发明用作合路器时：端口P_L0端输入P或L波段的微波信号P₀₁，有0.5P₀₁功率经过微波二极管V₁V₄微波二极管是反向截止，对于该微波信号相当于开路从端口P₁输出，另外0.5P₀₁功率经过微波二极管V₂V₃微波二极管是反向截止，对于该微波信号相当于开路从端口P₂输出。端口P_H0输入S波段微波信号，其工作原理相同于端口P_L0，在此不重复叙述，那么P₁、P₂端口的输出功率理论值为：P₁＝P₂＝0.5P₀₁+P₀₂。本发明用做分配器是端口P_L0端输入P或L波段的微波信号P₀₁或端口P_H0输入S波段的微波信号P₀₂，那么P₁、P₂端口的输出功率理论值为：P₁＝P₂＝0.5P₀₁或P₁＝P₂＝0.5P₀₂注释：用作分配器时端口P_L0、端口P_H0不能同时工作，实际上时电路和微波器件会存在少量的损耗，本装置的插入损耗小于0.3dB。经过使用中的测试输入端口P_L0、P_H0对于高频信号存在14dB隔离度，本指标优于设计指标。输出端P₁、P₂对于高频信号存在23dB的隔离度。这两个指标是防止反方向的微波信号对微波仪表的损坏。本发明四个端口之间都具有直流信号的隔离功能，当一个端口串入直流信号时无法传输到另外三个端口，这个功能有效的保护微波器件或仪表免遭直流信号的损坏。