功率分配模组及雷达设备的制作方法

1.本实用新型涉及微波技术领域，尤其涉及一种功率分配模组及雷达设备。


背景技术：

2.功率分配器(power divider)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能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。功率分配器是无线通信系统中非常重要以及常见的微波无源器件。功率分配器的技术参数指标主要包括了工作带宽、工作的中心频率和功率分配比，以及输入端口的回波损耗、插损和输出端口隔离度。其中增加输出端口隔离度是为了降低两个信号输出通道之间的相互干扰。目前的技术中，为了改善功率分配器两个输出端口的隔离度，通常在两个输出端口之间加入隔离电阻。
3.现有技术中，威尔金森功率分配器为了改善隔离度，在两个输出端口之间加入了隔离电阻。但是当功率分配器工作在毫米波频段时，由于波长短，功率分配器的设计尺寸会变得很小，难以通过焊接电阻来实现较高的隔离度，因此需要通过其它方式来实现信号隔离。
4.传统方式中，采用波导魔t、耦合环等结构虽然可以实现两个输出端口的高隔离度，但是由于其结构占用空间较多，随着功率分配器尺寸的减小，传统的信号隔离构件在混合电路中不易集成，难以做成平面功率分配器。
5.另外，为了提高功率分配器的性能，需要改善功率分配器的工作带宽，有些专利在输出端口之间加入锲形负载吸波，通过吸收输出端口的回波信号来增加带宽，但是，锲形负载吸波价格昂贵，组装复杂，对于工作在毫米波段的功率分配器，在加工上难以实现。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种功率分配模组及雷达设备，旨在有效解决现有技术中当功率分配器工作在毫米波频段时，功率分配器的尺寸因波长短而变得很小，导致常用的用于隔离信号的构件难以集成在电路的技术问题。
7.根据本实用新型的一方面，本实用新型提供一种功率分配模组，其特征在于，所述功率分配模组包括基板，位于所述基板的一侧上的接地层、以及位于所述基板的另一侧上的信号传导结构；
8.所述信号传导结构包括主信号传导路径、各自与所述主信号传导路径相连接的第一信号传导分支路径和第二信号传导分支路径；
9.其中，所述接地层上蚀刻有镂空区域，所述镂空区域包括引导部以及与所述引导部连通的环形部，并且在垂直于所述基板的方向上，所述引导部的投影与所述第一信号传导分支路径和所述第二信号传导分支路径的投影部分交叠。
10.进一步地，所述引导部的延伸轴线与所述主信号传导路径的延伸轴线一致，所述环形部相对于所述引导部的延伸轴线对称布置，所述第一信号传导分支路径和所述第二信
号传导分支路径相对于所述主信号传导路径的延伸轴线对称布置。
11.进一步地，所述第一信号传导分支路径和所述第二信号传导分支路径各自与所述主信号传导路径的连接处具有阻抗匹配部，所述阻抗匹配部呈圆角或者切角的形式。
12.可选地，其特征在于，所述主信号传导路径是信号输入路径，所述第一信号传导分支路径和所述第二信号传导分支路径均是信号输出路径。
13.可选地，其特征在于，所述主信号传导路径是信号输出路径，所述第一信号传导分支路径和所述第二信号传导分支路径均是信号输入路径。
14.进一步地，所述阻抗匹配部是四分之一波长开路或短路信号传输结构。
15.进一步地，所述引导部与所述第一信号传导分支路径和所述第二信号传导分支路径投影交叠的部分是耦合缝隙。
16.进一步地，所述环形部呈圆形、或矩形、或椭圆形。
17.进一步地，所述环形部的周长是所述功率分配模组的输入信号的波长的2n 倍，其中，n为正整数。
18.进一步地，所述功率分配模组的输入信号为毫米波信号。
19.根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种雷达设备，其特征在于，所述雷达设备包括如上所述的任一项的功率分配模组。
20.通过本实用新型中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：
21.在本实用新型所公开的技术方案中，提供了一种不需要隔离电阻的平面功率分配模组，功率分配模组工作于毫米波段，需要元器件保持在较小的尺寸。传统的隔离构件一般尺寸较大，不易集成。一方面，本方案没有改变功率分配器输出口之间的阻抗，而是在接地层处切割特定形状的环状缝隙，通过增加了缺陷地结构，信号在激励的情况下，通过接地层上的缝隙进入环状缺陷地结构，两个幅度相同但相位相反的能量在环状末端处相遇并相互抵消，提高了输出端口的隔离效果。另一方面，在输入端口加入四分之一匹配枝节，且并在信号传导路径的交叉位置处做切角处理，可以有效地改善输入端口的阻抗以达到宽带功率分配器的效果，使工作带宽可以覆盖10ghz。在实际应用中，该功率分配器的驻波较好，隔离度高，且结构设计简单，尺寸小，易于在平面电路集成，工程实现性好。
附图说明
22.下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。
23.图1为本实用新型实施例提供的一种功率分配模组的结构示意图；
24.图2为本实用新型实施例提供的一种功率分配模组的侧视图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
27.图1所示为本实用新型实施例所提供的一种功率分配模组的结构示意图，本实用新型提供了一种功率分配模组及雷达设备，其特征在于，所述功率分配模组包括基板300，位于所述基板300的一侧上的接地层200、以及位于所述基板300 的另一侧上的信号传导结构。
28.示例性地，功率分配模组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能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。功率分配模组在结构上主要分为三层，中间层为介质基板300，最下面一层为金属接地层200，最上层为信号传导结构。
29.所述信号传导结构包括主信号传导路径101、各自与所述主信号传导路径 101相连接的第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103。
30.示例性地，图2为本实用新型实施例提供的一种功率分配模组的侧视图，如图2所示，信号传导结构位于基板300的上部，信号传导结构的三条信号传导路径之间组成t型结构。当信号传导结构的功能为对功率进行分配时，则三条信号传导路径具体包括一条信号输入通道和两条信号输出通道。当信号传导结构的功能为对功率进行合成时，则三条信号传导路径具体包括一条信号输出通道和两条信号输入通道。其中，为了妨止信号通道之间的信号干扰，功率分配器的信号通道之间应保证一定的隔离度。
31.其中，所述接地层200上蚀刻有镂空区域，所述镂空区域包括引导部211 以及与所述引导部211连通的环形部212，并且在垂直于所述基板300的方向上，所述引导部211的投影与所述第一信号传导分支路径102和所述第二信号传导分支路径103的投影部分交叠。
32.示例性地，为了减少信号传输通道之间的干扰信号，通过在接地层200中设置缺陷地结构来消除干扰信号。缺陷地结构(dgs)是在微带线的接地金属板上刻蚀周期或非周期的栅格结构，改变传输线的分布电感和分布电容，获得带阻特性和慢波特性等。在接地层200切割特定形状来提高输出端口的隔离效果。具体来说，基板300下方的接地层200上蚀刻的镂空区域为缺陷地结构，镂空区域包括两部分，一个为用于将干扰信号引入缺陷地结构的引导部211，另一个为用于使干扰信号相互抵消的环形部212，其中，引导部211和环形部 212相连接一成为一体。在构造上，为了使干扰信号进入缺陷地结构，在垂直于基板300的方向上，引导部211的投影与第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103的投影部分交叠。
33.举例来说，假设主信号传导路径101用于输入信号，第一信号传导分支路径102用于输出第一信号，第二信号传导分支路径103用于输出第二信号。当信号传导结构处于工作状态时，且处于奇模激励时，第一信号和第二信号为幅度相同相位相反的信号，第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103上产生的干扰信号进入接地层200上的镂空区域后等分为两路幅度相同相位相反的第一干扰信号和第二干扰信号，第一干扰信号和第二干扰信号在镂空区域中相遇后相互抵消。由此，可以有效的消除不同的信号传导分支路径上的干扰信号，提高了功率分配模组隔离性。
34.在本实用新型所公开的技术方案中，提供了一种不需要隔离电阻的平面功率分配模组，功率分配模组工作于毫米波段，需要元器件保持在较小的尺寸。传统的隔离构件一般尺寸较大，不易集成。一方面，本方案没有改变功率分配器输出口之间的阻抗，而是在接地层处切割特定形状的环状缝隙，通过增加了缺陷地结构，信号在激励的情况下，通过接地层上的缝隙进入环状缺陷地结构，两个幅度相同但相位相反的能量在环状末端处相遇并相互抵消，提高了输出端口的隔离效果。另一方面，在输入端口加入四分之一匹配枝节，且并在信号传导路径的交叉位置处做切角处理，可以有效地改善输入端口的阻抗以达到宽带功率分配器的效果，使工作带宽可以覆盖10ghz。在实际应用中，该功率分配器的驻波较好，隔离度高，且结构设计简单，尺寸小，易于在平面电路集成，工程实现性好。
35.进一步地，所述引导部211的延伸轴线与所述主信号传导路径101的延伸轴线一致，所述环形部212相对于所述引导部211的延伸轴线对称布置，所述第一信号传导分支路径102和所述第二信号传导分支路径103相对于所述主信号传导路径101的延伸轴线对称布置。
36.示例性地，接地层200上蚀刻的镂空区域呈对称性，具体来说，引导部211 的延伸轴线与主信号传导路径101的延伸轴线保持一致，且环形部212相对于引导部211的延伸轴线呈对称布置，相应的，第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103相对于主信号传导路径101的延伸轴线也是对称布置。
37.进一步地，所述第一信号传导分支路径102和所述第二信号传导分支路径 103各自与所述主信号传导路径101的连接处具有阻抗匹配部104，所述阻抗匹配部104呈圆角或者切角的形式。
38.示例性地，阻抗匹配(impedance matching)主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。在本实用新型所公开的技术方案中，第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103各自与主信号传导路径101的连接处设置了阻抗匹配部104，其中，阻抗匹配部104呈圆角或者切角的形式。举例来说，信号传导结构的输入端口阻抗和输出端口阻抗均为50欧姆，阻抗匹配部104、第一信号传导分支路径102 和第二信号传导分支路径103之间组成t型结构。为改善信号输入端口的回波损耗，在t形交叉位置做切角处理。电路中阻抗要连续，但是不免会遇到微带走线的拐角，射频(rf-radio frequency)信号线如果走直角，拐角处的有效线宽会增大，阻抗不连续，引起信号反射，对拐角进行处理可以有效地减小阻抗的不连续性。
39.可选地，其特征在于，所述主信号传导路径101是信号输入路径，所述第一信号传导分支路径102和所述第二信号传导分支路径103均是信号输出路径。
40.示例性地，当信号传导结构的功能为对功率进行分配时，主信号传导路径 101是信号输入路径，路径端口用于输入信号。第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103均是信号输出路径，路径端口用于输出信号，其中信号路径之间应保证一定的隔离度。
41.可选地，其特征在于，所述主信号传导路径101是信号输出路径，所述第一信号传
导分支路径102和所述第二信号传导分支路径103均是信号输入路径。
42.示例性地，当信号传导结构的功能为对功率进行合成时，主信号传导路径 101是信号输出路径，路径端口用于输出信号。第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103均是信号输入路径，路径端口用于输入信号，其中信号路径之间应保证一定的隔离度。
43.进一步地，所述阻抗匹配部104是四分之一波长开路或短路信号传输结构。
44.示例性地，在信号传输中存在回波损耗，回波损耗是表示信号反射性能的参数，是传输线端口的反射波功率与入射波功率之比，回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源，是指在光纤连接处，后向反射光(连续不断向输入端传输的散射光)相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。在实际应用中，理想状态是无线电波全波传送出去，是不希望有回波的，或者说回波损耗的绝对值越大越好。当接近0的时候，回波损耗接近于无穷大，此时没有反射波，无线电波全部传送出去。
45.为改善信号输入端口的回波损耗，在与信号输入端口的连接部分增加了一个阻抗匹配部104。阻抗匹配部104为枝节匹配，阻抗匹配部104是四分之一波长开路或短路信号传输结构。其中，阻抗匹配部104与主信号传导路径101 之间为串联电连接，匹配枝节的长度为信号的波长的四分之一。
46.进一步地，所述引导部211与所述第一信号传导分支路径102和所述第二信号传导分支路径103投影交叠的部分是耦合缝隙213。
47.示例性地，在接地层200处蚀刻出镂空区域以用于隔离信号，其中，耦合缝隙213用于使干扰在经过缝隙时进入引导部211。耦合缝隙213位于接地层 200中，一端为第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103投影交叠的部分的下方的引导部211，另外一端和环形部212相连接，两者为一体切割出的缺陷地结构。干扰信号在第一信号传导分支路径102和第二信号传导分支路径103中被反射回后，会经过耦合缝隙213，干扰信号经过缝隙的时候会有能量耦合出来而进入耦合缝隙213，从而进入引导部211和环形部212。
48.进一步地，所述环形部212呈圆形、或矩形、或椭圆形。
49.示例性地，干扰信号在耦合缝隙213中为一路信号，在进入封闭圈后分成两路信号，其中，两路信号的幅度相等，相位相反，即相位相差180
°
，为了使两个信号在到相遇时走过的路径相同，所以封闭圈设置为呈对称性的形状。具体来说，环形部212可设置为圆形、或矩形、或椭圆形，在实际应用中，可以根据实际情况对封闭圈的形状进行设计，本实用新型对此不做限定。
50.进一步地，所述环形部212的周长是所述功率分配模组的输入信号的波长的2n倍，其中，n为正整数。
51.示例性地，封闭圈用于抵消两路幅度相同但相位相反的干扰信号，当两路干扰信号相遇时，需要保证两路信号都为周期起始时的信号，由此，能使两路信号刚好处于振幅相同，相位差相差180
°
，两个信号在相遇后可以相互抵消。进一步地，所述功率分配模组的输入信号为毫米波信号。
52.根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种雷达设备，其特征在于，所述雷达设备包括如权利要求如上所述的任一项的功率分配模组。
53.所述雷达设备其它方面以及实现细节与前面所描述的功率分配模组相同或相似，
在此不再赘述。
54.综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。