一种基于衰减量补偿的宽带衰减器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于高频的宽带衰减器，属于微波元器件设计领域。
【背景技术】
[0002] 衰减器是双端口器件，主要作用有调节信号传输功率大小，改善阻抗匹配等。不同 系统对衰减器的衰减量大小要求也不同，小到几 dB，大到几十dB，甚至上百dB。无线通信技 术的发展对微波射频通信链中每个部件提出了更高的要求，衰减器也应该向更高应用频率 发展。
[0003] 基于平面结构的衰减器主要包括JT型衰减器和T型衰减器两种。传统的衰减器， 在较高频率下，由于受电阻自身寄生参数，连接电阻的微带等影响，会导致衰减器的端口驻 波较差，衰减值会随频率倾斜。衰减量平坦度是指衰减器在一定频率范围内衰减量的平坦 程度，是衡量衰减器性能的重要参数，通常改善衰减量平坦度的方法是进行匹配电路设计， 即改变电极和电阻的结构，这种方法可以一定程度上改善衰减量平坦度，例如西安空间无 线电技术研究所于2014年在其申请号为201410217006. 4的专利文献中公开了一种应用于 DC至特高频的MIC衰减器，其通过将接地结构设计成四分之一准扇形开路微带线结构来改 善带内衰减量平坦度；同时，设计具有较大衰减值的衰减器时，直通电阻和接地电阻的阻值 通常相差较大，这将会对衰减器的设计布局带来不便。因而，单一手段技术难度大，并且效 果有限。
[0004] 将多个衰减器级联组成新的衰减器的方法已经早有报道，例如西安电子科技大学 的高燕利用将两个衰减器级联的方式设计了多种衰减器，但其各级衰减器的衰减量和形状 都完全相同，所以要想得到衰减量平坦度较好的衰减器必须使每级衰减器都要有较好地衰 减量平坦度，增加了衰减器的设计难度。
【发明内容】
[0005] 针对上述技术问题的不足，本发明提供了一种基于衰减量补偿的宽带衰减器，通 过简单设计获得一系列基本衰减器单元，由于不需要每个基本衰减器单元在很宽频带内平 坦，因而设计难度大大降低，然后将两个或多个具有不同衰减趋势的基本衰减器单元级联 的方式组成目标衰减器，来改善宽带内衰减量的平坦度。
[0006] 本发明的衰减器由至少两个衰减器单元级联而成，各级衰减器包括：介质基板，薄 膜电阻，匹配微带线和接地电极。
[0007] 各级联的衰减器至少有两级衰减器随频率增大衰减趋势相反，即一个随频率增大 衰减量增大，另一个随频率增大衰减量减小。
[0008] 每级衰减器的两个直通电阻和两个接地电阻连在一起组成十指交叉电阻网络结 构，两个接地电极通过基片端面卷绕接地的方式与基片背面接地板互连。
[0009] 每级衰减器的两个直通电阻阻值相同，接地电阻阻值相同。相邻两级衰减器的相 邻两个直通电阻可以合并为一个电阻，即第一级衰减器右端的直通电阻&和第二级衰减器 左端的直通电阻R3合并为一个电阻1?5, R5= Ri+R3。电阻网络中的电阻均为薄膜电阻。
[0010] 所有接地电阻的长度L1相同，通过电阻阻值和薄膜方阻算出接地电阻宽度。所有 直通电阻的长度L2相同，通过电阻阻值和薄膜方阻算出直通电阻宽度。
[0011] 传统的宽带衰减器设计都是通过进行匹配电路设计来改善带内衰减量平坦度，这 种方法虽然可以一定程度上改善衰减量平坦度，但设计复杂、改进效果有限。本发明是将衰 减量随频率具有不同倾斜规律的衰减器级联到一起的方式来改善了带内平坦度，设计方法 简单。
[0012] 设计具有较大衰减值的衰减器时，直通电阻和接地电阻的阻值通常相差较大，以 30dB T型衰减器为例，两个直通电阻的阻值为46. 9 Ω，接地电阻的阻值为3. 2 Ω，两者阻值 相差十五倍之多，而薄膜的方阻通常都是固定的，这将会对衰减器的设计布局带来不便。如 果我们用衰减量分别为IOdB和20dB的衰减器级联的方式设计30dB衰减器，则最小的电阻 值为10. 1 Ω，最大的电阻值为40. 9 Ω，两者只相差四倍多，利于衰减器的设计布局。
[0013] 综上所述本发明的有益效果是：将两个或多个具有相反衰减趋势的衰减器级联的 方式来改善宽带内衰减量的平坦度，减小了衰减器的设计难度。接地电极通过基片端面卷 绕接地的方式与基片背面接地板互连，无需打接地通孔，减少了不必要寄生参数的引入，简 化了工艺流程；设计方法简单。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明衰减器结构示意图。
[0015] 图2为由5dB衰减器和8dB衰减器级联构成的二级13dB衰减器结构示意图。
[0016] 图3为5dB、8dB、一级13dB和二级13dB衰减器在0-20GHZ的S11仿真结果图。
[0017] 图4为5dB、8dB、一级13dB和二级13dB衰减器在0-20GHZ的S21仿真结果图。
[0018] 图5为由5dB、IOdB和5dB衰减器级联构成的三级20dB衰减器结构示意图。
[0019] 图6为5dB、10dB、一级20dB和三级20dB衰减器在0-20GHZ的S11仿真结果图。
[0020] 图7为5dB、10dB、一级20dB和三级20dB衰减器在0-20GHZ的S21仿真结果图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述。
[0022] 如图1所示，衰减器由两个衰减器级联而成，每级衰减器包括：介质基板，薄膜电 阻，匹配微带线，接地电极。
[0023] 每级衰减器的两个直通电阻和两个接地电阻连在一起组成十指交叉电阻网络结 构，第一级衰减器右端直通电阻和第二级衰减器左端直通电阻合并为一个电阻。两个接地 电极通过基片端面卷绕接地的方式与基片背面接地板互连。
[0024] 所有接地电阻的长度相同，都为L1;所有直通电阻的长度相同，都为L 2。
[0025] 每级衰减器的两个直通电阻阻值相同。
[0026] 输入电极和输出电极的特征阻抗Z。均为50 Ω。
[0027] 薄膜电阻的方阻均为50 Ω /Sq。
[0028] 两级衰减器随频率增大衰减趋势相反，且带内平坦度相同。
[0029] 每一级衰减器的直通电阻R和接地电阻R '通过以下的方法计算得到：
[0030] 设输入、输出端口匹配回波损耗为零，所设计衰减器的衰减量为S21，电阻值R和 R '通过下列公式解出：
[0031]
[0032] 实施例1
[0033] 本发明提供了一个利用衰减量补偿方法设计的衰减器。首先利用一级T型结构设 计了 5dB、8dB和13dB衰减器，从图3和图4可以看出，在DC-20GHZ频率范围内，5dB衰减器 随频率的增大衰减量逐渐增大，SdB衰减器随频率的增大衰减量逐渐减小，两衰减器的带内 平坦度倾斜为ldB，一级13dB衰减器的带内平坦度倾斜为2dB，回波损耗均优于-20dB。将 5dB和8dB衰减器级联起来构成如图2所示的二级13dB衰减器，通过图2和图3的仿真结 果可以看出其带内平坦度倾斜为0. 2dB，明显好于一级13dB衰减器的仿真结果。
[0034] 实施例2
[0035] 本实施例利用衰减量补偿方法设计了一个衰减量为20dB的三级衰减器。其 由5dB、10dB和5dB三个衰减器级联而成，结构图如图5所示。从图6和图7可以看出， 在DC-20GHZ频率范围内，5dB衰减器随频率的增大衰减量逐渐增大，带内平坦度倾斜为 0. 8dB ; IOdB衰减器随频率的增大衰减量逐渐减小，带内平坦度倾斜为I. 5dB，一级20dB衰 减器的带内平坦度倾斜为5. 5dB，回波损耗均优于-20dB。三级20dB衰减器的带内平坦度 倾斜为IdB，明显好于一级20dB衰减器。
【主权项】
1. 一种基于衰减量补偿的宽带衰减器，由至少两个衰减器级联而成，每级衰减器包括， 介质基板，薄膜电阻，匹配微带线和接地电极，其特征在于： 所述每级联的衰减器至少有两级衰减器随频率增大衰减趋势不同，即一个随频率增大 衰减量增大，另一个随频率增大衰减量减小； 所述相邻两级衰减器的两个直通电阻和两个接地电阻连在一起组成十指交叉电阻网 络结构，两个接地电极通过基片端面卷绕接地的方式与基片背面接地板互连。2. 如权利要求1所述基于衰减量补偿的宽带衰减器，其特征在于：所述每级衰减器的 两个直通电阻阻值相同，接地电阻阻值相同。3. 如权利要求1所述基于衰减量补偿的宽带衰减器，其特征在于：所述相邻两级衰减 器的相邻两个直通电阻合并为一个电阻，即第一级衰减器右端的直通电阻R 1和第二级衰减 器左端的直通电阻私合并为一个电阻R 5, R5=R1+!^4. 如权利要求1所述基于衰减量补偿的宽带衰减器，其特征在于：所述每级衰减器的 所有接地电阻的长度L1相同，通过电阻阻值和薄膜方阻算出接地电阻宽度；所有直通电阻 的长度L 2相同，通过电阻阻值和薄膜方阻算出直通电阻宽度。5. 如权利要求1所述基于衰减量补偿的宽带衰减器，其特征在于：所述宽带衰减器的 电阻网络中的电阻均为薄膜电阻。
【专利摘要】本发明属于微波元器件设计领域，尤其涉及一种利用衰减量补偿方法制作的宽带衰减器。本发明通过简单设计的基本衰减器单元，将两个或多个具有不同衰减趋势的衰减器级联的方式设计出衰减量平坦，适用频率高的宽带衰减器。每一级衰减器的结构包括介质基板，薄膜电阻，匹配微带线，接地电极。其中，薄膜电阻包括两个直通电阻R1和两个接地电阻R2，通过基片端面卷绕接地的方式实现两个接地电极与基片背面接地板的互连。本发明与传统薄膜衰减器相比，大幅度提高了应用频率，带内平坦度优良，无需打孔接地，工艺简单。
【IPC分类】H01P1/22
【公开号】CN105048043
【申请号】CN201510445807
【发明人】张继华, 张鹏, 陈宏伟, 石玉龙
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月27日