一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器及仿真设计方法

本发明属于天线微波，尤其涉及一种宽频带稳定相差及良好匹配的和差器设计。

背景技术：

1、在单脉冲雷达天线中，和差器起着至关重要的作用，通过天线的和差波束，实现对目标的实时跟踪。接收的电磁波信号经象限馈电网络合成后，送到和差器网络，由和差器网络形成和波束、方位差波束以及俯仰差波束，送到接收机。通过对信号的处理完成目标位置的确定。因而和差器的电性能直接影响雷达天线的性能，如天线增益、差波束零深、测角测距精度。因此提高和差器的幅相一致、和差隔离度及其带宽具有重要意义。

2、典型的和差器称为魔t，为四端口器件，其中两个端口为等幅端口，第三端口为和信号口，第四端口为差信号口。当和信号口馈电时，两输出口等幅同相输出；当差信号端口馈电时，两输出口等幅反相输出；和差信号口之间会形成较好的隔离。

3、本发明采用了marchand巴伦原理，在现有技术中，所设计的和差网络都会用到耦合的方式实现差分信号的产生，往往采用共面耦合加跳线的方式或微带线—耦合槽线转换的方式来实现宽带。目前，和差器网络在设计耦合电路时，往往共面耦合缝隙在0.1～0.2mm以内，电性能易受到加工精度的影响，除此之外，二者还存在损耗高、难加工、信号走线不合理等问题，电性能有待提高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种宽频带、稳定相差、低损耗、性能优良、易加工的基于印刷电路工艺制造的宽带和差器。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，包括：

4、由上至下依次层叠的多层结构，上层印刷金属层、介质基板、下层印刷金属层以及带有凹槽的铝底板，上层印刷金属层与下层印刷金属层通过介质基板上的金属化过孔连接；

5、所述的上层印刷金属层包括t型金属片、差口耦合金属片、含短路枝节的金属片；所述的下层印刷金属层包括接地金属片、第一弯折枝节、第一弯折枝节；

6、所述的差口耦合金属片与接地金属片宽边耦合，形成差分微带电路；所述的t型金属片与第一弯折枝节、第一弯折枝节、金属化过孔、带有凹槽的铝底板构成和口功分电路；所述的含短路枝节的金属片与带凹槽的铝底板形成和差信号的匹配传输段。

7、本发明进一步的技术方案：所述的接地金属片与带凹槽的铝底板部分接触，其与第一弯折枝节以及第一弯折枝节电连接。

8、本发明进一步的技术方案：所述的带凹槽的铝底板凹陷深度相同，凹陷的位置与微带线的导体带走线一致，二者形成空气微带或一定介电常数的介质基板与空气层叠形式的微带传输线。

9、本发明进一步的技术方案：所述的接地金属片中间断开，断开处到接地处的距离为低频的1/4波长。

10、本发明进一步的技术方案：所述的上层印刷金属层还包括短路枝节接地上层覆铜，其与含短路枝节的金属片相连。

11、本发明进一步的技术方案：所述的含短路枝节的金属片的长度为中心频率的一个波长。

12、本发明进一步的技术方案：所述的下层印刷金属层还包括短路枝节接地下层覆铜，短路枝节接地下层覆铜与短路枝节接地上层覆铜通过金属化过孔连通。

13、本发明进一步的技术方案：所述的t型金属片、第一弯折枝节、第一弯折枝节的总长为低频的1/4波长。

14、一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器的仿真设计方法，其特征在于，构建上述的理想馈电的差分网络，结构断开处的缝隙宽度取4～5mm，理想馈电微带线长为二倍的缝隙宽度，线宽按照60～70欧选取，断开处到接地处的长度为低频的1/4波长，通过全波仿真，提取该结构的s参数，将其带入电路软件中，搭建电路结构，优化各段阻抗、电长度，完成宽带和差器网络的仿真设计。

15、一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器的应用，其特征在于，接收的电磁波信号经象限馈电网络合成后，送到和差器，由和差器形成和波束、方位差波束以及俯仰差波束，送到接收机，通过对信号的处理完成目标位置的确定。

16、本发明的有益效果在于：通过合理利用金属化过孔与铝底板，在单层介质基板的条件下实现了宽边耦合，极大的改善了和差的电性能，相差带宽、阻抗带宽以及隔离度都得到了较大的提升；在50％带宽内，隔离度大于40db，相差稳定在180°±1°以内，反射损耗小于-20db；同时，和差信号的走线更加合理，避免了跳线的使用，整体结构更加平面化，加工更简单，性能更稳定。

技术特征：

1.一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的接地金属片(301)与带凹槽的铝底板(4)部分接触，其与第一弯折枝节(302)以及第一弯折枝节(303)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的带凹槽的铝底板(4)凹陷深度相同，凹陷的位置与微带线的导体带走线一致，二者形成空气微带或一定介电常数的介质基板与空气层叠形式的微带传输线。

4.根据权利要求1所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的接地金属片(301)中间断开，断开处到接地处的距离为低频的1/4波长。

5.根据权利要求1所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的上层印刷金属层(1)还包括短路枝节接地上层覆铜(108)，其与含短路枝节的金属片(107)相连。

6.根据权利要求5所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的下层印刷金属层(3)还包括短路枝节接地下层覆铜(304)，短路枝节接地下层覆铜(304)与短路枝节接地上层覆铜(108)通过金属化过孔连通。

7.根据权利要求5所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的含短路枝节的金属片(107)的长度为中心频率的一个波长。

8.根据权利要求1所述的一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器，其特征在于，所述的t型金属片(105)、第一弯折枝节(302)、第一弯折枝节(303)的总长为低频的1/4波长。

9.一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器的仿真设计方法，其特征在于，构建权利要求8所述的理想馈电的差分网络，结构断开处的缝隙宽度取4～5mm，理想馈电微带线长为二倍的缝隙宽度，线宽按照60～70欧选取，断开处到接地处的长度为低频的1/4波长，通过全波仿真，提取该结构的s参数，将其带入电路软件中，搭建电路结构，优化各段阻抗、电长度，完成宽带和差器网络的仿真设计。

10.一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器的应用，其特征在于，接收的电磁波信号经象限馈电网络合成后，送到和差器，由和差器形成和波束、方位差波束以及俯仰差波束，送到接收机，通过对信号的处理完成目标位置的确定。

技术总结
本发明涉及一种集成于双面覆铜板上的宽带低损耗和差器及仿真设计方法，其包括单层介质基板及其上下表面的金属层和带有凹槽的铝底板，其中上层金属层中的差分耦合金属片与下层金属层中的接地金属片宽边耦合构成差分电路；上层金属层中的T型金属片、下层金属层中的一对弯折枝节及金属化过孔与铝底板构成和口功分电路；避免了跳线和窄缝隙的使用。本发明的宽带和差器具有结构简单、加工难度小、损耗低、相差更稳定、隔离度更好、带宽更宽的优点。

技术研发人员：夏良新,傅光,魏庚明,雷鸣
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13