1.本发明属于微波技术领域，具体涉及一种实现在陶瓷基板上的步进式无源衰减器。
背景技术：
2.衰减器在电路系统中用于对电磁信号进行衰减，以达到控制电路中信号大小或者改善匹配网络端口特性的目的。传统电阻衰减器一般利用π型或者t型的电阻网络去实现衰减功能，不同衰减量需要利用各种阻值的常规贴片电阻实现。
3.随着频率增加，贴片电阻寄生参数增大，对电路频率响应产生不可忽视的影响。到了毫米波频段，传统贴片电阻衰减网络已经不适合使用。另一方面，现有工程实践中，一般采用裸芯片或封装芯片作为毫米波频段的衰减器。在使用固定衰减量的芯片时，调试过程中如果需要更改衰减量则需要拆卸芯片，给工程实践带来不便。如果使用数控衰减芯片，虽可以在不拆卸芯片的情况下改变衰减量，但需要额外增加供电/控制端口，使用便利性不足。
技术实现要素：
4.为了解决现有技术的不足和工程实践难题，在毫米波频段系统中对信号进行衰减，本发明提供了一种实现在陶瓷基板上的步进式无源衰减器。
5.为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
6.一种实现在陶瓷基板上的步进式无源衰减器，包括：陶瓷基板5、陶瓷基板5上的传输线本体1、焊盘2、薄膜电阻3、λg'/4扇形短路线4；λg'为扇形结构中的波长，其中，在陶瓷基板平面上沿传输线长边的方向为x方向，沿传输线宽边的方向为y方向；
7.传输线本体1沿x方向设置于陶瓷基板5平面中心，多个λg'/4扇形短路线4沿x方向在传输线本体1的上下两侧交替等距分布，相邻λg'/4扇形短路线4沿x方向的间距为l
λg/4
，其中λg为50欧传输线中的波长；
8.λg'/4扇形短路线4和传输线本体1之间沿y方向设置薄膜电阻3和焊盘2，薄膜电阻3和传输线本体1边缘之间为焊盘2；焊盘2和传输线本体1边缘连接，薄膜电阻3两端分别连接焊盘2和λg'/4扇形短路线4；
9.衰减器的总衰减量＝∑单个薄膜电阻阻值衰减量*该薄膜电阻数量。∑为求和符号。
10.作为优选方式，传输线本体1用于传输信号；焊盘2用于充当薄膜电阻3与传输线本体之间的过渡结构；薄膜电阻3用于对传输线信号衰减；λg'/4扇形短路线4用于接地。
11.作为优选方式，为了在衰减器中对信号进行衰减，在传输导线与地之间增加电阻通路，在可接受的范围内以牺牲匹配度为代价对信号进行一定程度的衰减，为了电阻接地在传输线外额外增加焊盘2，在微波毫米波频段，为了避免接地金属孔带来的电感效应，引入λ/4扇形开路结构，以形成虚拟接地端。
12.作为优选方式，传输线本体1为50ω传输线本体。
13.作为优选方式，焊盘和传输线本体1通过金丝跳线连接，薄膜电阻两端分别直接连接焊盘2和λg'/4扇形短路线4。
14.作为优选方式，传输线本体1的线宽为w1，根据陶瓷基板上50ω传输线的宽度确定；相邻λg'/4扇形短路线沿x方向的间距为l
λg/4
；金属焊盘y方向距中间导带距离为w2，方形焊盘边长为w3，w2、w3根据仿真优化给定；处于传输线本体1中心点处的焊盘和扇形短路线之间在y方向的距离为2*w4，其余位置上的焊盘和扇形短路线之间在y方向的距离为w4，扇形短路线半径为l
λg
'
/4
，扇形角度为φ，薄膜电阻3长为l4，宽为w4，处于传输线本体1中心点处的薄膜电阻3宽为2*w4；其中w2、w3、w4、l4、l
λg
'
/4
、l
λg/4
根据仿真优化给定；
15.为了达成0.5db的衰减步进，处于传输线本体1中心点处的薄膜电阻3阻值取400欧姆，其他位置的薄膜电阻3电阻值为200欧姆，薄膜电阻3为50ω/方阻，所以有w4/l4＝4。
16.本发明的有益效果为：实测结果显示，在工作频段(8.5ghz-37.5ghz)中实现了良好的步进式衰减且有着可以接受的回波损耗。
附图说明
17.图1是本发明传输线衰减器结构的俯视图。
18.图2是本发明实施例1的传输线衰减器s11参数曲线实测图。
19.图3是本发明实施例1的传输线衰减器s11参数曲线实测图。
20.图4是本发明实施例1的传输线衰减器s21参数曲线实测图。
21.图5是本发明实施例1的传输线衰减器s21参数曲线实测图。
22.其中，1为传输线本体，2为焊盘，3为薄膜电阻，4为λg'/4扇形短路线，5为陶瓷基板。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
24.实施例1
25.本实施例提供一种实现在陶瓷基板上的步进式无源衰减器，包括：陶瓷基板5、陶瓷基板5上的传输线本体1、焊盘2、薄膜电阻3、λg'/4扇形短路线4；λg'为扇形结构中的波长，其中，在陶瓷基板平面上沿传输线长边的方向为x方向，沿传输线宽边的方向为y方向；
26.传输线本体1沿x方向设置于陶瓷基板5平面中心，多个λg'/4扇形短路线4沿x方向在传输线本体1的上下两侧交替等距分布，相邻λg'/4扇形短路线4沿x方向的间距为l
λg/4
，其中λg为50欧传输线中的波长；
27.λg'/4扇形短路线4和传输线本体1之间沿y方向设置薄膜电阻3和焊盘2，薄膜电阻3和传输线本体1边缘之间为焊盘2；焊盘2和传输线本体1边缘连接，薄膜电阻3两端分别连接焊盘2和λ4扇形短路线4；
28.衰减器的总衰减量＝∑单个薄膜电阻阻值衰减量*该薄膜电阻数量。
29.传输线本体1用于传输信号；焊盘2用于充当薄膜电阻3与传输线本体之间的过渡结构；薄膜电阻3用于对传输线信号衰减；λg'/4扇形短路线4用于接地。
30.本实施例的工作原理为：为了在衰减器中对信号进行衰减，在传输导线与地之间增加电阻通路，在可接受的范围内以牺牲匹配度为代价对信号进行一定程度的衰减，为了电阻接地在传输线外额外增加焊盘2，在微波毫米波频段，为了避免接地金属孔带来的电感效应，引入λ/4扇形开路结构，以形成虚拟接地端。
31.以下将从理论上分析此类衰减器的工作原理：
32.理想电阻r的a矩阵可表示为：
[0033][0034]
理想的传输线l的a矩阵可表示为：
[0035][0036]
其中β为传输线的相移常数，l为传输线长度，z0为传输线的特性阻抗。
[0037]
根据传输线衰减器的结构及以上公式，可以列出传输线衰减器的a矩阵表达式：
[0038][0039]
其中r为电阻阻值，l为电阻之间的距离，n为电阻个数(n≥1)。可以通过将a矩阵转化为散射参量矩阵求出衰减量与回波损耗。传输线衰减器a矩阵的表达式可以写成：
[0040][0041]
在射频电路系统中，为了阻抗匹配，传输线特性阻抗选择为50ω。将传输线衰减器a矩阵归一化：
[0042][0043]
将归一化的a矩阵转换成散射参量矩阵：
[0044][0045][0046]
[0047][0048]a11
、a
12
、a
21
、a
22
表示矩阵中的元素；
[0049]
这种衰减器并不是以端口完全匹配为前提进行设计的，相反是在牺牲端口的匹配程度的条件下去对信号进行衰减。端口接的电阻减小时，匹配程度减小，衰减量增加。当l取长度时，可以计算出一个200ω电阻对应1db衰减量、一个400ω电阻对应0.5db衰减量，而且此时匹配程度可以接受。
[0050]
具体的，传输线本体1为50ω传输线本体。
[0051]
具体的，焊盘和传输线本体1通过金丝跳线连接，薄膜电阻两端分别直接连接焊盘2和λ4扇形短路线4。
[0052]
传输线本体1的线宽为w1，根据陶瓷基板上50ω传输线的宽度确定；相邻λg'/4扇形短路线沿x方向的间距为l
λg/4
；金属焊盘y方向距中间导带距离为w2，方形焊盘边长为w3，w2、w3根据仿真优化给定；处于传输线本体1中心点处的焊盘和扇形短路线之间在y方向的距离为2*w4，其余位置上的焊盘和扇形短路线之间在y方向的距离为w4，扇形短路线半径为l
λg
'
/4
，扇形角度为φ，薄膜电阻3长为l4，宽为w4，处于传输线本体1中心点处的薄膜电阻3宽为2*w4；其中w2、w3、w4、l4、l
λg
'
/4
、l
λg/4
根据仿真优化给定；
[0053]
为了达成0.5db的衰减步进，处于传输线本体1中心点处的薄膜电阻3阻值取400欧姆，其他位置的薄膜电阻3电阻值为200欧姆，薄膜电阻3为50ω/方阻，所以有w4/l4＝4。
[0054]
在传输线衰减器中电阻采用电阻薄膜，接地结构使用λg'/4扇形短路线，实现在陶瓷基板上，其相对介电常数为9.8，厚度为0.254mm。电阻薄膜选择50ω/方阻。
[0055]
经过电磁仿真软件ansoft hfss进行仿真并优化后，获得了最佳的参数尺寸，具体如下表所示：
[0056]
表1衰减器参数表
[0057][0058]
实测结果如图2、图3、图4和图5所示。衰减器的回波损耗在8.5ghz到37.5ghz中的大部分频段都优于-10db，在整个工作频段有着良好的步进效果，而且带内平坦度很好。插损曲线总体步进效果较好。在整个工作频段(8.5ghz-37.5ghz)平坦度也比较好，最小波动仅为0.88db，最大波动也只有1.22db。
[0059]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。