一种基于DSPSL的四路反相Gysel功分器的制作方法

一种基于dspsl的四路反相gysel功分器
技术领域
1.本发明涉及功分器技术领域，具体涉及一种基于dspsl的四路反相gysel功分器。


背景技术：

2.在射频前段系统中，功分器是最重要也是应用频率最高的无源器件之一。在wilkinson功分器、gysel功分器和bagley功分器这3类主要的功分器中，wilkinson功分器和gysel功分器的应用频率最高，应用范围最广。在wilkinson功分器中，隔离电阻在λg/4(λg为波导波长)分支段的末端，电阻的两端和2个分支段电气连接，在gysel功分器中，隔离电阻的一端和隔离支线电气连接，另一端接地，这就使得gysel功分器比wilkinson功分器具有更高的功率容量，更适合大功率系统的应用。
3.在倍频器、推挽式功率放大器、平衡混频器、差分天线等射频器件中，须传输反相信号。对于同相功分器，可以通过将其输出的若干信道的电长度延长λg/2+nλg(n＝1,2,
…
,n)或者级联反相器来获得反相信号，但都增加了信号的损耗并可能增加电路的设计难度和尺寸，反相功分器与之比较则不具有以上缺陷，因此在须传输反相信号的器件和系统中一般应用反相功分器。应用非平衡传输线设计的反相功分器的设计的主要内容在于反相结构，例如基于巴伦的反相功分器，而平衡传输线可以传输反相信号，在一定程度上减少了反相结构设计的工作量。双面平行带线(double-sided parallel-strip line,dspsl)是平衡传输线的一种，在平面平衡微波电路中可以较为便捷地应用，dspsl具有易于实现高低特征阻抗的优势。
4.多路功分器是射频阵列、功率合成网络中的重要组成部分，当前的多路功分器主要分为3类：多路wilkinson/gysel/bagley功分器、多级二进制功分器和多级链式功分器。多路wilkin-son功分器相对于多路gysel/bagley功分器应用的频率更高，范围更广，这类功分器的优势是结构紧凑，等幅同相的合成效率不随功分路数的增加而变化。多级二进制功分器具有易于实现阻抗匹配，工作带宽宽的优势。多级链式功分器较难实现各端口的阻抗匹配和各输出端口间的隔离。随着功分路数的增加，后2类功分器的电路尺寸相对第1类功分器增加更多，而合成效率降低更多，因此，在功分路数较多的情况下，一般采用第1类功分器。在第1类功分器中，多路gysel功分器最适用于大功率射频阵列和功率合成网络。
5.在实现多路反相功分器的输出端口匹配和端口间隔离的同时实现较大的功率容量是一个亟待解决的问题。为此，提出一种基于dspsl的四路反相gysel功分器。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于：如何在实现各输出端口匹配和端口间隔离的同时实现高功率容量，提供了一种基于dspsl的四路反相gysel功分器，利用dspsl传输的信号的反相性，在传统二路gysel功分器的占用面积上实现四路功分，结合反相隔离枝节，能够在实现各输出端口匹配和端口间隔离的同时实现高功率容量。
7.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括至上而下依次设置
的顶层金属层，第一介质板，中间层金属层，第二介质板，底层金属层；所述顶层/底层金属层均包括gysel功分器导带、2个并联隔离枝节，3个隔离电阻；
8.在所述顶层/底层金属层中，2个并联隔离枝节分别设置在gysel功分器t型节的λg/4阻抗变换线的末端，1个所述隔离电阻设置在其中一个并联隔离枝节的末端；gysel功分器隔离环路通过隔离电阻与接地焊盘相连接，顶层和底层的相同位置的接地焊盘通过1个金属化过孔相连接。
9.更进一步地，所述顶层/底层金属层各有2路输出端口，同层输出端口的相位相同，不同层输出端口的相位相反。
10.更进一步地，所述四路反相gysel功分器还包括半固化片，所述半固化片设置在所述中间金属层、第二介质板之间。
11.更进一步地，所述gysel功分器t型节的1端设置有dspsl-微带线过渡线，dspsl-微带线过渡线的输入端为dspsl端口。
12.本发明相比现有技术具有以下优点：该基于dspsl的四路反相gysel功分器，在四路功分器中具有较小的尺寸，在实现输出差分信号的同时具有较小的插入损耗等优势，可应用于倍频器、推挽式功率放大器、平衡混频器、差分天线阵列等射频器件和子系统中，在通信、雷达和测控等微波系统中有广阔的应用前景，值得被推广使用。
附图说明
13.图1是本发明实施例二中四路反相gysel功分器的爆炸图；
14.图2是本发明实施例二中四路反相gysel功分器的俯视结构示意图；
15.图3(a)是本发明实施例二中的输入端口回波损耗与传输插入损耗示意图；
16.图3(b)是本发明实施例二中的输出端口回波损耗示意图；
17.图3(c)是本发明实施例二中的输出端口间隔离度示意图；
18.图3(d)是本发明实施例二中的输出端口相位特性示意图。
19.图中：
20.1、介质基板，2、输入微带端口，3、dspsl-微带线过渡线，4、背靠背输出微带端口，5、半固化片，6、中间金属地层，7、并联隔离枝节，8、接地焊盘，9、顶层隔离电阻，10、底层隔离电阻。
具体实施方式
21.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
22.实施例一
23.本实施例提供一种技术方案：一种基于dspsl的四路反相gysel功分器，包括：dspsl：特性阻抗为50ω的输入端口；dspsl-背靠背微带线过渡：通过中间金属地层，将dspsl渐变过渡到背靠背微带线；背靠背微带线gysel功分器：以中间金属地层为公共地，在顶层金属层和底层金属层实现背靠背微带线gysel功分器；并联隔离枝节：在顶层金属层和底层金属层的关于中间金属地层对称的输出端口各加载λg/4的并联隔离枝节，并联隔离枝
节的末端通过金属化过孔相连接，在顶层/底层金属层的并联隔离枝节的末端连接接地电阻。
24.在本实施例中，所述基于dspsl的四路反相gysel功分器，包括2层介质基板及位于2层基板顶层、中间层和底层的金属层。顶层金属层包括dspsl顶层导带和3个接地焊盘(每个接地焊盘均与一个隔离电阻连接)；中间层金属层为包括2个圆孔的接地层；底层金属层包括dspsl底层导带和3个接地焊盘(每个接地焊盘均与一个隔离电阻连接)。并联隔离枝节位于顶层和底层gysel功分器t型节的λg/4阻抗变换线的末端，是并联隔离环路的组成部分之一。与顶层gysel功分器隔离环路通过隔离电阻相连接的接地焊盘和底层的相同位置的接地焊盘通过1个金属化过孔相连接。
25.在本实施例中，中间层金属层设置有反焊盘(即上述的圆孔)与并联隔离枝节末端对应的介质板的金属化过孔同圆心，避免顶层/底层的并联隔离枝节末端在连接时与中间层金属层相连接。
26.在本实施例中，所述基于dspsl的四路反相gysel功分器从输入端口到顶层/底层gysel功分器隔离环路的两端为轴对称结构，顶层/底层金属层各有两路输出端口，同层输出端口的相位相同，不同层输出端口的相位相反。采用两层介质基板和三层金属层，通过pcb工艺，实现电路的加工。
27.在本实施例中，并联隔离环路包括顶层/底层并联隔离枝节、从顶层枝节线末端到底层枝节线末端的金属化过孔、中间层金属层的反焊盘、与枝节线末端相连接的隔离电阻、与隔离电阻相连接的接地焊盘。
28.在本实施例中，gysel功分器隔离环路包括t型节的λg/4阻抗变换线、与2个λg/4阻抗变换线末端相连接的枝节线。
29.工作原理：
30.射频信号从dspsl端口馈入，通过渐变过渡线和中间金属层，信号过渡至背靠背微带线传输状态。顶层和底层导带分别传输差分信号，同层输出端口间的隔离通过该层的gysel功分器部分实现，信号经t型节阻抗变换器的路径和经顶层/底层gysel功分器隔离环路的路径的相位差为π，不同层输出端口间的隔离通过并联反相隔离枝节实现。功分器实现各输出端口较高的回波损耗和端口间的隔离。由于电路的对称性，同层输出端口具有较高的幅相一致性。
31.实施例二
32.如图1和图2所示，通过本实施例中的基于dspsl的四路反相功分器对实施例一中的技术方案进行更进一步的说明，其包含以下几个部分，分别是：2层介质基板1、半固化片5、输入微带端口2、dspsl-微带线过渡线3、背靠背输出微带端口4、中间金属地层6、顶层隔离电阻9、底层隔离电阻10。
33.在本实施例中，2个顶层输出微带端口并联的隔离枝节与相对应的2个底层输出微带端口并联的隔离枝节末端相连接，并在末端与接地隔离电阻相连接，以此实现反相输出端口间的隔离。通过顶层和底层的6个隔离电阻、并联隔离枝节、隔离环路构成的隔离网络，实现各输出端口较高的回波损耗和端口间隔离度。
34.在本实施例中，gysel功分器隔离环路包括t型节的λg/4阻抗变换线、与2个阻抗变换线末端相连接的λg/2枝节线。
35.图3(a)是本实施例的输入端口回波损耗与传输插入损耗频率响应曲线图，由图3(a)可得在4.16ghz-5.11ghz范围内输入端口回波损耗大于15db，通带内插入损耗小于0.29db(不包含四路功分器的6.02db理论插入损耗)。|s
11
|为输入端口回波损耗，|s
n1
|(n＝2,3,4,5)为传输插入损耗。
36.图3(b)是本实施例的输出端口回波损耗频率响应曲线图，由图可得，输出端口回波损耗在4.435ghz-4.77ghz范围内大于20db。|s
nn
|(n＝2,3,4,5)为输出端口回波损耗。
37.图3(c)是本实施例的输出端口间隔离度频率响应曲线图，由图可得，输出端口间隔离度在4.55ghz-5.175ghz范围内大于15db。|s
mn
|(m＝2,3,4,n＝3,4,5,m≠n)为输出端口间隔离度。
38.图3(d)是本实施例的输出端口相位频率响应曲线图，由图可得，顶层和底层输出端口的相位在通带内保持在反相状态。phase(s
n1
)(n＝2,3,4,5)为输出端口的相位特性。
39.综上所述，上述实施例的基于dspsl的四路反相gysel功分器，在四路功分器中具有较小的尺寸，在实现输出差分信号的同时具有较小的插入损耗等优势，可应用于倍频器、推挽式功率放大器、平衡混频器、差分天线阵列等射频器件和子系统中，在通信、雷达和测控等微波系统中有广阔的应用前景，值得被推广使用。
40.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。