一种小型化叉指微带型90的制作方法

一种小型化叉指微带型90
°
混合器
技术领域
1.本实用新型属于射频通信领域，具体为一种小型化叉指微带型90
°
混合器。


背景技术：

2.随着无线通信技术的快速发展，对射频器件提出了越来越高的要求，例如：小型化、低成本、性能优异等。混合器作为无线通信系统中的重要无源器件，具有广泛的应用范围。设计混合器的方法主要有两种，一种是采用集总元件搭建混合器，但集总参数元件工作在高频时，会产生严重的寄生效应，使得混合器的性能恶化，并且使用集总元件搭建混合器也提高了加工及生产成本；另一种是设计微带型90
°
混合器，微带型混合器具有低成本、性能稳定、易于加工和便于与其它电路模块集成化设计等优点，但传统的微带型90
°
混合器采用四条直直的电长度为1/4波长的微带线相互连接构成，当工作在低频时，混合器的结构尺寸较大，不利于整个射频通信系统的小型化和集成化，因此小型化、低成本、性能稳定的微带型90
°
混合器具有重大的研究价值和意义。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型基于等效传输线理论和微波网络理论，设计的叉指结构微带型90
°
混合器其结构尺寸大小得到了明显的减小，性能满足要求，并降低了成本，能较好满足现今无线通信系统的需求。
4.本实用新型通过如下技术方案实现的：一种小型化叉指微带型90
°
混合器，包括地板、第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、输入端口、直通端口、耦合端口及隔离端口；其中，输入端口从第一模块与第三模块之间引出，直通端口从第一模块与第四模块之间引出，耦合端口从第二模块与第四模块之间引出，隔离端口从第二模块与第三模块之间引出；
5.第一模块与第二模块的结构相同，均包括第一高阻抗微带线、若干根第一开路微带线和若干根第二开路微带线；每根第一开路微带线的一端与第一高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第二开路微带线的一端与地板相连，另一端开路；若干根第一开路微带线和若干根第二开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第一开路微带线与第二开路微带线之间设有间隙；
6.第三模块与第四模块的结构相同，均包括第二高阻抗微带线、若干根第三开路微带线和若干根第四开路微带线；每根第三开路微带线的一端与第二高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第四开路微带线的一端与地板相连，另一端开路；若干根第三开路微带线和若干根第四开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第三开路微带线与第四开路微带线之间设有间隙。
7.优选地，第一模块中的第一高阻抗微带线的两端分别连接输入端口和直通端口；第二模块中的第一高阻抗线的两端分别连接耦合端口和隔离端口。
8.优选地，第三模块中的第二高阻抗微带线的两端分别连接输入端口和隔离端口；第四模块中的第二高阻抗微带线的两端分别连接直通端口和耦合端口。
9.优选地，第一高阻抗微带线弯曲折叠成折线形状；第二高阻抗微带线弯曲折叠成折线形状。
10.优选地，第一模块、第二模块、第三模块、第四模块均等效为电长度为四分之一波长的微带线。
11.进一步优选地，第一模块、第二模块等效的微带线的特性阻抗，小于第三模块、第四模块等效的微带线的特性阻抗。
12.优选地，第一模块和/或第二模块中，第一开路微带线和第二开路微带线自身等效的电感效应比电容效应强；相邻的第一开路微带线与第二开路微带线构成的叉指结构引入了电容效应。
13.优选地，第三模块和/或第四模块中，第三开路微带线和第四开路微带线自身等效的电感效应比电容效应强；相邻的第三开路微带线与第四开路微带线构成的叉指结构引入了电容效应。
14.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型的叉指微带型90
°
混合器通过电磁仿真与实验验证了电路结构的正确性和可行性，具有小型化、低成本、性能稳定、便于与其它电路模块集成化设计等优点，能较好满足现今无线通信系统的需求。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例中小型化叉指微带型90
°
混合器的结构示意图；
16.图2是本实用新型实施例中小型化混合器s11(输入匹配)仿真结果示意图；
17.图3是本实用新型实施例中小型化混合器传输损耗仿真结果示意图；
18.图4是本实用新型实施例中小型化混合器相位差仿真结果示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的实施方式并不限于此。
20.实施例
21.如图1所示，本实施例的小型化叉指微带型90
°
混合器包括地板9、第一模块1、第二模块2、第三模块3、第四模块4、第一端口5(即输入端口)、第二端口6(即直通端口)、第三端口7(即耦合端口)及第四端口8(即隔离端口)；其中，第一端口从第一模块与第三模块之间引出，第二端口从第一模块与第四模块之间引出，第三端口从第二模块与第四模块之间引出，第四端口从第二模块与第三模块之间引出。
22.本实施例中，第一模块、第二模块、第三模块、第四模块分别设置在地板9的四周，使微带型混合器在整体上呈矩形，第一端口、第二端口、第三端口及第四端口位于矩形的四个角。
23.第一模块与第二模块的结构相同，均包括第一高阻抗微带线13、若干根第一开路微带线11和若干根第二开路微带线12。每根第一开路微带线的一端与第一高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第二开路微带线的一端与地板9相连，另一端开路；若干根第一开路微带线和若干根第二开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第一开路微带线与第二开路微带线之间设有一定的间隙。第一模块中的第一高阻抗微带线的两端分别连接第一端口和
第二端口；第二模块中的第一高阻抗线的两端分别连接第三端口和第四端口。
24.同理，第三模块、第四模块的结构相同，均包括第二高阻抗微带线22、若干根第三开路微带线31和若干根第四开路微带线32。每根第三开路微带线的一端与第二高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第四开路微带线的一端与地板9相连，另一端开路；若干根第三开路微带线和若干根第四开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第三开路微带线与第四开路微带线之间设有一定的间隙。第三模块中的第二高阻抗微带线的两端分别连接第一端口和第四端口；第四模块中的第二高阻抗微带线线的两端分别连接第二端口和第三端口。
25.此外，本实施例在地板上设置了若干均匀排布的金属化过孔91。过孔的作用是为了引入上表面接地面，通过过孔将上表面的金属面与背面的金属地接通，一起构成接地面。
26.在本实施例中，第一模块、第二模块可以等效为特性阻抗为35.3ω、电长度为1/4波长的微带线。第一模块、第二模块的第一高阻抗微带线线、第一开路微带线、第二开路微带线各结构之间的作用描述如下：
27.1、根据微波电路理论知识可知，微带电路产生的作用可等效为集中元件电感、电容产生的作用，第一开路微带线与第二开路微带线的宽带较窄，宽度为0.2mm，故第一开路微带线和第二开路微带线自身等效的电感效应比电容效应强，且电感效应是占主要部分的；相邻的第一开路微带线与第二开路微带线之间设有一定的间隙，两个开路微带线构成叉指结构电路，有助于引入电容效应；第一开路微带线、第二开路微带线自身产生的电感效应和两个开路微带线结构一起构成的叉指结构电路产生的电容效应，都有利于实现小型化特性。
28.2、将第一高阻抗微带线、第二高阻抗微带线弯曲折叠成一定形状，例如折线形状，充分利用内部空间，进一步实现小型化特性。
29.3、第一高阻抗微带线的线宽很小，为0.2mm，其等效电感效应强，且第一开路微带线、第二开路微带线自身产生的电感效应和两个开路微带线结构一起构成的叉指结构电路产生的电容效应，使得输入信号经过第一模块时会产生慢波效应，实现小型化。
30.本实施例中，第三模块、第四模块可以等效为特性阻抗为50ω、电长度为1/4波长的微带线。同理，可用同样的方法与理论分析第三模块、第四模块中的结构，其产生的作用和影响与第一模块、第二模块中的结构类似。
31.本实用新型的产品结构相对于现有技术具有小型化、低成本、性能稳定、易于与其它电路模块集成等优点，详细分析如下：
32.1、第一开路微带线、第二开路微带线一起构成叉指结构电路，产生电容效应，工作原理类似于平行板电容器；第一开路微带线与第二开路微带线之间的间距越小，其产生的电容效应越强，更有利于实现小型化。同时第一开路微带线与第二开路微带线之间形成的电容效应可取代集总电容元件，进一步降低了混合器的成本。同理，第三开路微带线与第四开路微带线一起构成的叉指结构电路具有同样的作用。
33.2、将第一高阻抗微带线、第二高阻抗微带线弯曲折叠成一定形状，例如折线形状，充分利用内部空间，有利于实现小型化。
34.3、第一模块、第二模块中的第一高阻抗微带线的线宽很小，其产生的等效电感效应较强，同时第一开路微带线与第二开路微带线之间产生较强的电容效应。由于第一模块、第二模块产生的电感、电容效应，使得输入信号经过该模块时会产生慢波效应，有利于实现
小型化。其慢波效应原理分析如下：
35.由以下三个公式可知，当同时且等比率的增大传输线上的等效电感、电容效应时，传输线上的特征阻抗z0不变，但信号在传输线上的相速度vp变小，所以在相同的工作频率下，传输线的波行λ变小，波长变小则对应的物理尺寸变小，从而达到小型化目的。
[0036][0037][0038][0039]
所以在相同的工作频率下，该实用新型在结构中引入了慢波效应使得混合器物理尺寸变小，从而达到了小型化目的。
[0040]
第一模块、第二模块中第一高阻抗微带线等效的电感效应和第一开路微带线、第二开路微带线之间构成叉指结构电路产生的电容效应基于慢波效应原理，从而达到了小型化目的。同理，第三模块、第四模块工作原理与第一模块、第二模块类似。
[0041]
4、基于以上的理论分析，对小型化叉指微带型90
°
混合器进行了电磁建模仿真与实验论证，从图2、图3、图4的仿真结果可以看出，图1中的结构具有优异的性能，并且图1中的结构尺寸面积大小比传统混合器减小了约77％。
[0042]
以上所述，仅为本实用新型专利发明较佳/优选的实施方式，但发明专利的保护范围不局限于此，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种小型化叉指微带型90
°
混合器，包括地板、第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、输入端口、直通端口、耦合端口及隔离端口；其中，输入端口从第一模块与第三模块之间引出，直通端口从第一模块与第四模块之间引出，耦合端口从第二模块与第四模块之间引出，隔离端口从第二模块与第三模块之间引出；其特征在于：第一模块与第二模块的结构相同，均包括第一高阻抗微带线、若干根第一开路微带线和若干根第二开路微带线；每根第一开路微带线的一端与第一高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第二开路微带线的一端与地板相连，另一端开路；若干根第一开路微带线和若干根第二开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第一开路微带线与第二开路微带线之间设有间隙；第三模块与第四模块的结构相同，均包括第二高阻抗微带线、若干根第三开路微带线和若干根第四开路微带线；每根第三开路微带线的一端与第二高阻抗微带线相连，另一端开路；每根第四开路微带线的一端与地板相连，另一端开路；若干根第三开路微带线和若干根第四开路微带线交错设置构成叉指结构，相邻的第三开路微带线与第四开路微带线之间设有间隙。2.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第一模块中的第一高阻抗微带线的两端分别连接输入端口和直通端口；第二模块中的第一高阻抗线的两端分别连接耦合端口和隔离端口。3.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第三模块中的第二高阻抗微带线的两端分别连接输入端口和隔离端口；第四模块中的第二高阻抗微带线的两端分别连接直通端口和耦合端口。4.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第一高阻抗微带线弯曲折叠成折线形状。5.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第二高阻抗微带线弯曲折叠成折线形状。6.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第一模块、第二模块、第三模块、第四模块均等效为电长度为四分之一波长的微带线。7.根据权利要求6所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第一模块、第二模块等效的微带线的特性阻抗，小于第三模块、第四模块等效的微带线的特性阻抗。8.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，地板上设置若干均匀排布的金属化过孔。9.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第一模块和/或第二模块中，第一开路微带线和第二开路微带线自身等效的电感效应比电容效应强；相邻的第一开路微带线与第二开路微带线构成的叉指结构引入了电容效应。10.根据权利要求1所述的微带型90
°
混合器，其特征在于，第三模块和/或第四模块中，第三开路微带线和第四开路微带线自身等效的电感效应比电容效应强；相邻的第三开路微带线与第四开路微带线构成的叉指结构引入了电容效应。

技术总结
本实用新型属于射频通信领域，具体为小型化叉指微带型90


技术研发人员：邓淑珍 林福民 周冬跃 李红涛 王媛媛
受保护的技术使用者：广东分数维无线科技有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/9/16