用于反相功率分配或合成的电路结构

1.本发明涉及电子技术领域，尤其是一种用于反相功率分配或合成的电路结构。


背景技术：

2.无线通信以及雷达等已从微波频段发展到了毫米波甚至太赫兹频段，常使用的低损耗传输线为金属波导，但功放芯片等有源器件的输入输出接口为微带或者共面波导传输线结构，为实现功率合成大功率输出，常采用波导功分器加波导
‑
微带/共面波导转换等结构。随着应用频率升高，传输线损耗增大，功率分配网络带来越明显的插入损耗，不利于在毫米波以至太赫兹频段应用。


技术实现要素：

3.针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种用于反相功率分配或合成的电路结构，包括：
4.矩形波导；
5.过渡电路；所述过渡电路包括环形探针、第一微带线和第二微带线，所述第一微带线与所述环形探针的第一端连接，所述第二微带线与所述环形探针的第二端连接；所述过渡电路部分伸入所述矩形波导内，所述环形探针的部分或全部位于所述矩形波导内，所述第一微带线和所述第二微带线向远离所述矩形波导的方向延伸。
6.进一步地，所述矩形波导包括上腔体和下腔体；所述上腔体和所述下腔体中的至少一个设有第一凹槽，所述上腔体和所述下腔体中的至少一个设有第二凹槽，所述上腔体和所述下腔体结合成整体，所述第一凹槽用于形成所述矩形波导中的空腔，所述第二凹槽用于容纳所述过渡电路。
7.进一步地，所述过渡电路还包括介质基片，所述介质基片承载所述环形探针、所述第一微带线和所述第二微带线。
8.进一步地，所述过渡电路还包括接地共面波导，所述接地共面波导由所述介质基片承载。
9.进一步地，所述接地共面波导与所述第一微带线之间绝缘，所述接地共面波导与所述第二微带线之间绝缘。
10.进一步地，所述接地共面波导的一部分位于所述第一微带线与所述第二微带线之间。
11.进一步地，所述第一微带线与所述第二微带线平行，所述第一微带线与所述第二微带线之间距离减小之后拓展为差分线结构。
12.进一步地，所述第一微带线与所述第二微带线之间的距离小于所述第一微带线或所述第二微带线的线径。
13.进一步地，所述介质基片所在平面与所述矩形波导中的te
10
模磁场分布方向垂直。
14.进一步地，所述过渡电路伸入所述矩形波导内的长度等于工作波长的四分之一
15.本发明的有益效果是：实施例中的用于反相功率分配或合成的电路结构，能够对输入功率进行两路等幅反相分配，以及对两路反相输入的功率进行合成，功率的分配级数少，因此结构简单，用作功率分配网络时具有较低的插入损耗，适应更高的工作频率。
附图说明
16.图1为实施例中用于反相功率分配或合成的电路结构的一种理想仿真模型示意图；
17.图2为图1的实际仿真模型示意图；
18.图3为图2的实际产品装配效果图；
19.图4为实施例中对图1所示的电路进行仿真所得的s参数仿真结果示意图；
20.图5为实施例中对图1所示的电路进行仿真所得的端口相位分布仿真结果示意图；
21.图6为实施例中矩形波导中的te
10
模磁场分布的侧视图；
22.图7为实施例中矩形波导中的te
10
模磁场分布的俯视图；
23.图8为为实施例中环形探针的激励电流分布图；
24.图9为实施例中接地共面波导中tem波的电场分布的侧视图；
25.图10为实施例中用于反相功率分配或合成电路经拓展后的波导
‑
差分线过渡结构；
26.图11为图10的实际仿真模型示意图；
27.图12为图11的实际产品装配效果图；
28.图13为实施例中对图10所示的电路进行仿真所得的s参数仿真结果示意图。
具体实施方式
29.本实施例中，用于反相功率分配或合成的电路结构包括矩形波导和过渡电路。参照图1，过渡电路包括环形探针、第一微带线和第二微带线，第一微带线与环形探针的第一端连接，第二微带线与环形探针的第二端连接；过渡电路部分伸入矩形波导内，环形探针的部分或全部位于矩形波导内，第一微带线和第二微带线向远离矩形波导的方向延伸。
30.本实施例中，矩形波导是由上腔体和下腔体组合形成的。具体地，上腔体和下腔体中的至少一个设有第一凹槽，上腔体和下腔体中的至少一个设有第二凹槽，当上腔体和下腔体一面相对地贴合在一起，第一凹槽形成矩形波导中的空腔，第二凹槽形成容纳过渡电路的空间。参照图2，上腔体和下腔体分别设有第一凹槽，上腔体和下腔体分别设有第二凹槽，当上腔体和下腔体一面相对地贴合在一起，上腔体中的第一凹槽与下腔体中的第一凹槽位置相对应，上腔体中的第一凹槽与下腔体中的第一凹槽合并成一个长方体的空间，第一凹槽的内壁是金属材料，因此上腔体、下腔体与第一凹槽形成一个矩形波导；上腔体中的第二凹槽与下腔体中的第二凹槽位置相对应，上腔体中的第二凹槽与下腔体中的第二凹槽合并成一个的空间，该空间可以容纳过渡电路。而且，第二凹槽所成的空间与第一凹槽所成的空间相通，使得安装在第二凹槽所成空间内的过渡电路可以伸入第一凹槽所成的空间，即矩形波导的内腔中。
31.参照图3，上腔体与下腔体之间可以通过螺钉等器件固定成为一个整体，从而成为矩形波导，上腔体的第一凹槽与下腔体的第一凹槽组合作为矩形波导中的空腔。过渡电路
还包括介质基片、环形探针、第一微带线和第二微带线，介质基片承载环形探针、第一微带线和第二微带线。具体地，可以在介质基片上通过微带线制作工艺制作出环形探针、第一微带线和第二微带线。
32.本实施例中，环形探针的形状可以是一个断开的圆环形，从而形成两个端口，即第一端口和第二端口。环形探针的第一端口与第一微带线连接，环形探针的第二端口与第二微带线连接。环形探针的形状也可以是其他的在拓扑上与断开的圆环形相同的形状，例如图3中所示的一个缺少一边的圆角矩形等。
33.本实施例中，可以将图3视为用于反相功率分配或合成的电路结构的实际产品装配效果图，将图2视为图3所示电路的实际仿真模型，将图1视为图2所示电路的理想仿真模型。对于图1所示的电路，以矩形波导中远离过渡电路的一端作为端口1，以第一微带线远离矩形波导的一端作为端口2，以第二微带线远离矩形波导的一端作为端口3，对图1所示的电路进行仿真，所得的s参数仿真结果如图4所示，所得的端口相位分布仿真结果如图5所示。图4中，s
11
表示该结构的回波损耗，s
21
表示端口1到端口2的传输系数，s
31
表示端口1到端口3的传输系数。图5中，arg(s
21
)表示输出端口2处的相位分布，arg(s
31
)表示输出端口3处的相位分布。
34.图1、图2和图3所示的电路的工作原理在于：由于该电路结构为对称结构，根据电磁理论，波导模式磁场在环形探针中会激励出高频交变电流，由于结构对称性，环形探针所连接的第一微带线和第二微带线的端口处，产生的激励电流也等幅反相，因此能够实现的两路等幅反相的信号输出。
35.根据图4和图5所示的仿真结果可知，图1、图2和图3所示的电路中，通过在端口1输入信号，端口2和端口3实现了输出信号幅度相等，相位相差180度，因此实现了等幅反相的功率分配。而图1、图2和图3所示的电路具有互易性，当端口2和端口3接收反相的信号时，端口1实现反相的功率合成。
36.本实施例中，为了取得更佳的匹配效果，过渡电路伸入矩形波导内的长度等于工作波长的四分之一。也就是说如果过渡电路中的信号频率对应的波长为λ，那么过渡电路中伸入矩形波导内的那一部分的长度为
37.本实施例中，参照图3，过渡电路还包括接地共面波导，接地共面波导由介质基片承载。接地共面波导与第一微带线之间绝缘，接地共面波导与第二微带线之间绝缘。其中，第一微带线与第二微带线之间也设有接地共面波导。
38.本实施例中，可以控制介质基片伸入矩形波导的角度。具体地，介质基片所在平面与矩形波导中的te
10
模磁场分布方向垂直。
39.矩形波导中的te
10
模磁场分布的侧视图如图6所示，俯视图如图7所示。当介质基片所在平面与矩形波导中的te
10
模磁场分布方向垂直，矩形波导主模te
10
模的磁场分布在过渡电路中激起的电流，以及通过环形探针激励之后接地共面波导中tem波的电场分布的俯视图如图8所示，侧视图如图9所示。
40.根据图8和图9所示的结果，可知矩形波导中的te
10
模磁场能在接地共面波导中产生磁感应和互耦激励，激励接地共面波导te
10
进入模波导传输模式，实现接地共面波导通过过渡电路与矩形波导互连，也就是在实现功率分配或合成功能的同时实现接地共面波导与
矩形波导的互连。
41.本实施例中，还可以对图1、图2和图3中第一微带线与第二微带线的位置关系进行调整，使得第一微带线与第二微带线的主要部分保持平行，并且第一微带线与第二微带线之间的距离变小，拓展为微带差分线。例如第一微带线与第二微带线之间的距离小于第一微带线或第二微带线的线径，所得到的波导
‑
微带差分线过渡电路的结构如图10、图11和图12所示，过渡电路与上腔体和下腔体等其他部分之间的位置关系不变。
42.本实施例中，可以将图12视为用于反相功率分配或合成电路的实际产品装配效果图(视为用于反相功率分配或合成电路经拓展得到的波导
‑
差分线过渡结构的实际产品装配效果图)，将图11视为图12所示电路的实际仿真模型，将图10视为图11所示电路的理想仿真模型。对于图10所示的电路，以矩形波导中远离过渡电路的一端作为端口1，经拓展后的差分线末端作为端口2。对图10所示的电路进行仿真，所得的s参数仿真结果如图13所示。图13中，s
11
表示该过渡结构的回波损耗，s
21
表示该过渡结构的插入损耗。
43.通过图13所示的仿真结果可知，对于用于反相功率分配或合成的电路结构，当第一微带线与第二微带线之间的距离靠近时能够拓展为差分线结构，第一微带线与第二微带线所受的干扰可以相互抵消，从而具有较强的抗干扰能力，因此可以将图10、图11和图12所示的电路结构用作单端信号到差分信号的转换器，从而获得更强的抗干扰能力。
44.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
45.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
46.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术
‑
包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
47.此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或
多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
48.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
49.计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
50.以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。