Ka波段一分八微带扇形功分器

技术领域

本发明涉及一种微波通信、导航、卫星通信领域，能够广泛应用于毫米波大功率接收机低噪声接收前端的功分器。

背景技术

在微波系统中，需要将发射功率按一定的比例分配到发射单元，因此功分器在微波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影响着整个系统的能量分配和合成效率。由于传统功分器的输入输出功率比是确定不变的，无法满足高分率MR-EPT成像的需求。功率分配器是功率分配器的简称，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等的能量，类似于微带波无源器件；也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。T形结是一种常用的功率分配结构，但因其结构不连续而导致的反射很强烈，衰减很大。为了改善这种状况，现有技术提出了一种Ka波段波导微带八路功率分配器。该功率分配器采用微带线的方式，通过调节各个微带线长度、宽度以及渐变线最细处尺寸，使整个功分器损耗变小。输入输出阻抗匹配并实现等功率同相位的两路功分，采用一分二和一分四级联的方式实现Ka波段的八路波导微带功分。。Wilkinson功分器就是一种常见的二进制功分器。单节变换的Wilkinson功分器工作频带较窄，在中心频率时性能较好，在频带边缘往往输入驻波比较阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此常常采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。在多节阶梯式阻抗变换器中，若各阻抗阶梯所产生的反射波彼此抵消，便可以使匹配的频带得以展宽。通常选择的枝节数越多，功分器的工作频带越宽，但是尺寸也越大，传输线的损耗也会增加，所以选择合适的枝节数是关键。传统的3dB威尔金森功分器是由两条四分之一波长的传输线外加隔离电阻构成。这种经典的威尔金森功率分配器存在着几种缺点。一、遇到需要大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大，因此电阻的体积也会比较大。二、如果功率分配器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这时就需要考虑电阻的分布参数。三、由于四分之一波长较长，占用面积太大。当频带边缘频率之比增加时，输入驻波比会下降，隔离度会变差。

接收机是毫米波机扫大功率系统的重要组成部分，它的作用主要是要从空中存在的众多的电磁波中，选择出自己需要的频率成分，抑制或滤除不需要的信号、噪声和干扰信号，然后把有用信号经过放大、解调得到原始的有用信息。而低噪声放大器又是导引头接收系统的关键部件，常常处于复杂的电磁兼容环境之中，是超宽带接收前端中最易烧毁的部分。因此有效提高低噪放的抗烧毁能力对整个射频接收前端抗烧毁性能至关重要。由于发射机所发射的信号可能超过几百瓦甚至几千瓦，这样，泄露的发射的信号很有可能会通过天线、环形器或开关泄露到接收机中，即便是只有极小部分的功率泄露，也可能烧毁低噪声放大器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构紧凑，尺寸小，插入损耗小，具有频带宽、驻波比好，并且相位一致性良好的Ka波段一分八微带扇形功分器，本发明的上述目的可以通过以下技术方案予以实现，一种Ka波段一分八微带扇形功分器，包括：通过输入微带线1连接的一分四功分器2，其特征在于：一分四功分器2包含四分之一波长阻抗变换器5，连接在阻抗变换器5圆弧面上的四个呈扇形枝节分布的高阻抗微带线6，及其同体相连的三角杯状阻抗匹配微带线7，与三角杯状阻抗匹配微带线7一体相连的宽体微带线的自由端，相连有梯形叉耳形状的一分二功分器3，并以梯形叉耳作为输出微带线4，从而形成均匀分布在软质基片上的Ka波段一分八微带扇形功分器。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构紧凑，尺寸小，成本低，对加工精度要求低，易于集成，插入损耗小，并且相位一致性良好。本发明采用一分四功分器2包含四分之一波长阻抗变换器5，四分之一波长阻抗变换器5用于输入微带线1和四节高阻抗微带线6并联后的阻抗匹配，使信号更好的传输；采用扇形结构，使整个功分器结构更加紧凑小型化。微带线均匀分布在软基片上，结构紧凑，易于成型，便于加工，也便于装配于结构腔体内。一分四的四个枝节之间呈相同的角度，使功分器结构对称，每一路幅度相位尽量一致。连接在阻抗变换器5圆弧面上的四个呈扇形枝节分布的高阻抗微带线6，及其同体相连的三角杯状阻抗匹配微带线7，相位一致性好，对于能量损耗有了进一步的降低。高阻抗微带线6线宽窄，易于实现；与传统的威尔金森功分器相比，该功分器具有小型化，低插损的优点。

本发明与三角杯状阻抗匹配微带线7一体相连的宽体微带线的自由端，相连有梯形叉耳形状的一分二功分器3)，并以梯形叉耳作为输出微带线4)，每个扇形枝节之间呈相同的角度扇形结构，兼顾了功分器输出端相连接的限幅芯片间的距离，输入阻抗匹配并实现等功率同相位的8路功分，使整个结构达到最小的反射和最好的匹配，实现了输入输出端口的平面一致性；这种形式的功分器与传统功分器在相比，耗小，功率容量大，交接处的能量损耗有显著的降低，插损降低约0.39dB。应用在导引头接收机接收前端，可实现抗大功率烧毁和低噪声的功能，突破了毫米波大功率导引头的发展瓶颈。

本发明采用的一分八微带扇形功分器，输出端口阻抗是标准的50欧姆，设计阻抗匹配微带线使得两输出端口，并联后与阻抗匹配微带线变换过来的阻抗直接匹配相连接，而并没有转换成50欧姆阻抗微带线相连接，减少了50欧姆阻抗微带线的长度，使功分器小型化。

本发明的一分八微带扇形功分器驻波性能优良。输入输出端口均为50欧姆阻抗匹配，功分器内部各级都是阻抗匹配设计。仿真结果表明，在34GHz～36GHz频带内，损耗在9dB～9.3dB，相位一致性为5deg左右，驻波优于1.1。幅度一致性小于1dB,可以满足前端功率合成等应用。

本发明特别适用于低噪声系数的导引头接收前端的Ka波段功分器。

附图说明

下面合实施例、附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明Ka波段一分八微带扇形功分器的主视图。

图2是本发明实施例的一分八功分器插入损耗图。

图3是本发明实施例的一分八功分器相位图。

图4是本发明实施例的一分八功分器驻波图。

图中：1输入微带线，2一分四功分器，3一分二功分器，4叉耳状T形节4输出微带线，5阻抗变换器，6高阻抗微带线，7阻抗匹配微带线。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种Ka波段一分八微带扇形功分器，包括：通过输入微带线1连接的阻抗变换器5所构成的一分四功分器2，其中：阻抗变换器5圆弧面上分布有呈扇形枝节分布的至少三个高阻抗微带线6，及其同体相连的阻抗匹配微带线7，与阻抗匹配微带线7三角杯状微带一体相连的宽体微带线上相连有梯形叉耳形状的一分二功分器3，并以叉耳状T形节4作为输出微带线，从而形成均匀分布在软质基片上，呈扇形枝节分布的Ka波段一分八微带扇形功分器。

所有传输线均为微带线，并且功分器输入端的输入微带线1和一分四功分器2输出端的输出微带线为50欧姆阻抗的微带传输线。

一分四功分器2包括采用四分之一波的长阻抗变换器5和阻抗变换器5圆弧微带面输出端连接的呈扇形发散分布的至少一分四的高阻抗微带线6。一分四功分器2的四节高阻抗微带线6之间相互夹角角度相同，整个形状呈扇形。一分四功分器2可以是采用最简单的没有隔离电阻的威尔金森功。

一分四功分器2采用高阻抗微带线6匹配连接阻抗匹配微带线7，作为该功分器的输入一分二功分器3V形节的输入端。一分二功分器3采用V形双边带面结点过渡连接叉耳状T形节4作为该功分器的输出端。

本实施例的输入输出都采用50Ω微带线，实际电路尺寸为5.2mm×5.4mm。

阻抗变换器5四分之一波长微带线长度和阻抗匹配微带线7的微波信号行波波长为0.25λ，λ为介质基板内的微波信号行波波长。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。