[發明專利]一種基于混合集總分布參數網絡的寬帶交叉器

在審

• 申請號: 202110505328.9
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113328225A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 孫勝;張時源;胡俊;陳涌頻;江明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P3/02
• 分類號: H01P3/02;H01P3/08
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明公開了一種基于混合集總分布參數網絡的寬帶交叉器，屬于無線移動通信技術領域。本發明包括由下向上依次包括金屬接地板、介質基板和介質基板上層電路；介質基板上層電路包括窗型拓撲結構、端口、饋線、和集總諧振單元。在本發明中，通過控制窗型拓撲結構高阻抗微帶和低阻抗微帶線參數，實現相鄰端口間的隔離。通過引入的集總諧振單元，且該集總諧振單元由電容結構、電感結構并聯設置構成；由于集總諧振單元的存在，相當于在傳輸特性曲線上引入了附加的匹配零點以及隔離零點，因此能夠改善提升交叉器的回波損耗和隔離度帶寬。通過將窗型拓撲傳輸線采用凸起的彎折的方式，減小了交叉器的物理尺寸，使結構更加緊湊。

技術領域

本發明涉及無線移動通信技術領域，具體而言涉及一種基于混合集總分布參數網絡的寬帶交叉器。

背景技術

由于高頻電子線路間的布局布線容易受相鄰信號間的相互串擾、耦合以及混疊的影響，所以為了實現物理相接的多路信號的電氣獨立性，傳統的多層交叉器得到了廣泛的應用。這種多層交叉器是通過傳輸線從第三維度上進行物理分隔，實現期望信號的傳輸以及串擾的抑制。由于多層交叉器結構傳輸模式復雜、制作工藝昂貴，故存在著高損耗、高成本等問題，嚴重影響了應用范圍。因此，研究人員開始尋求一種平面級交叉器結構設計。

目前關于平面級交叉器結構更多應用在基于巴特勒矩陣的波束成形網絡與多波束系統中，作為其基本組成的結構單元之一，多采用基于傳輸線的分布式電路結構，電路拓撲尺寸大。在實際應用中，受制于結構自身以及傳輸特性對于頻率響應的敏感程度，傳統的平面分布式交叉器可實現的相對帶寬約為10％-20％。為了擴大傳統平面分布式交叉器的相對帶寬，文獻中報道了一種貼片-環結構的平面分布交叉器，通過介質基板上設置的貼片使其整體帶寬達到40％左右。由于此結構在設計時為了獲得更好帶寬，在結構尺寸和損耗上做出了一定犧牲，使得整體結構大且輻射損耗嚴重，導致其效能有限不利于器件集成。

于是乎，現有技術又提出了一種窗型結構交叉器，該結構由外部高阻抗傳輸線和內部低阻抗傳輸線構成，外部高阻抗傳輸線和內部低阻抗傳輸線組合成“田”字型，由此改善了線路布局，使其尺寸更小，從而有利于集成。由于這種結構在設計過程中只是作為一種信號交叉通路的對稱拓撲，并未對分布傳輸線的頻率敏感度做出優化或補償，因此，其幅度響應中只存在一個隔離零點和一個反射零點，從而只形成了中心頻率附近10％左右的匹配帶寬與隔離度帶寬的工作帶寬。然而10％左右的匹配帶寬與隔離度帶寬并不適合寬帶化系統級的應用。

發明內容

基于上述原因，本發明提供了一種基于混合集總分布參數網絡的寬帶交叉器，以解決窗型結構交叉器難以寬帶化的問題。

本發明所解決技術問題采取的技術方案為：

一種基于混合集總分布參數網絡的寬帶交叉器，由下向上依次包括金屬接地板、介質基板以及介質基板上層電路；

所述介質基板上設有金屬化過孔；所述介質基板上層電路包括窗型拓撲結構、端口、饋線、以及集總諧振單元；

所述窗型拓撲結構用于實現信號的交叉通過，它是由電阻大于50歐姆的高阻抗微帶線和電阻小于50歐姆的低阻抗微帶線構成；端口設置在介質基板上，端口至少有2組，每組端口均包含一個輸入端口和一個輸出端口，輸入端口和輸出端口分別通過一根饋線與窗型拓撲結構相連后形成信號通路，且所有信號通路的中心點交叉；輸入端口輸入的信號經高阻抗微帶線傳輸到低阻抗微帶線經中心點后，再由低阻抗微帶線傳輸至輸出端；

所述饋線均連接有集總諧振單元，集總諧振單元是由電容結構和電感結構并聯設置構成；電容結構和電感結構輸出端連接金屬化過孔，以實現集總諧振單元并聯接地。

進一步的，所述集總諧振單元還包括焊盤，焊盤覆蓋在金屬化過孔上，其上連接電容結構和電感結構的輸出端。

進一步的，集總諧振單元的中心頻率設置為交叉器工作的中心頻率，利用該集總諧振單元諧振響應擴展帶寬。