摘要：應(yīng)用多層微波PCB技術(shù)，研制了一款工作于0.95GHz-2.15GHz頻段的2路小型化威爾金森功分器，利用全波仿真軟件對其進(jìn)行了仿真，并使用Arlon微波基板進(jìn)行了加工和測試。測試結(jié)果表明：該功分器輸入回波損耗優(yōu)于18dB;輸出回波損耗優(yōu)于22dB;插入損耗在3.3dB-3.7之間，帶內(nèi)平坦度優(yōu)于0.4dB，路間一致性優(yōu)于0.1dB;輸出端口路間隔離度優(yōu)于28dB。所提出的功分器采用了內(nèi)埋設(shè)計和蜿蜒線設(shè)計，整個功分器的尺寸僅為28mm×13mm×0.76mm。

關(guān)鍵詞：微波多層電路;小型化;功分器

中圖分類號：TN405 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0 引言

功分器是一種重要的微波電路元件，在各種通信系統(tǒng)、電路中有廣泛使用。得益于學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的長期關(guān)注和研究[1，2]，功分器已具備多種在多種設(shè)計平臺的實現(xiàn)能力，設(shè)計手段也已日臻成熟。二等分功分器是最基礎(chǔ)也最為常見的功分器形式，多路等分功分器往往可以通過級聯(lián)若干二等分功分器來實現(xiàn)。按照實現(xiàn)形式和工作目標(biāo)，功分器可分為帶路間隔離的功分器和不帶路間隔離的功分器。其中，帶路間隔離的功分器往往需要引入隔離電阻，典型的實現(xiàn)形式為威爾金森（Wilkinson）功分器[3]。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，器件小型化的需求逐年提高，依靠基于PCB工藝的埋阻技術(shù)[4]，可大幅減小傳統(tǒng)平面威爾金森功分器的尺寸[3]，并可通過功分器整體內(nèi)埋的實現(xiàn)形式，進(jìn)一步壓縮印制電路上寶貴的表層面積。

多層微波PCB技術(shù)可以在一塊單獨的PCB基板上內(nèi)集成兩層以上的微波及數(shù)字電路，可大幅度減少板間互聯(lián)的使用，顯著改善設(shè)計靈活性，有效壓縮電路尺寸，降低裝配成本和裝配難度，并改善整個微波電路模塊的性能指標(biāo)。由于多層微波PCB技術(shù)在設(shè)計上存在的多項優(yōu)勢，得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注[5-7]。本文使用多層微波PCB技術(shù)及基于PCB的埋阻技術(shù)，設(shè)計了一款工作于0.95 GHz-2.15GHz間的小型化2路威爾金森功分器，獲得了優(yōu)良的性能，可為多層微波PCB技術(shù)的推廣提供參考。

1分路器設(shè)計

擬研制的功分器工作于0.95GHz-2.15GHz，覆蓋了整個L頻段，相對帶寬也超過1個倍頻程。為滿足設(shè)計帶寬內(nèi)的性能指標(biāo)，查表可得，需使用三級阻抗變換結(jié)構(gòu)，三段阻抗變換節(jié)的歸一化阻抗分別為1.1124、1.4142和1.7979，與之相對應(yīng)的歸一化隔離電阻則分別為10、3.7460、1.9048。

微波多層基板價格通常較高，為盡可能提高電路面積的利用率，采用圖1所示的蜿蜒線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)阻抗變換節(jié)。使用Ansoft公司出品的HFSS 11全波仿真軟件進(jìn)行仿真，模型如圖1所示。經(jīng)仿真得，所提出功分器在0.95GHz～2.15GHz通帶內(nèi)輸入、輸出回波損耗優(yōu)于20dB，插入損耗優(yōu)于3.5dB（包含3dB的功分損耗），幅度一致性優(yōu)于0.2dB，輸出端口隔離度優(yōu)于25dB。與此同時，該功分器還具有非常緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸，模型中功分器電路的尺寸僅為28mm×13mm，所對應(yīng)的PCB基板厚度僅為0.76mm。

2功分器加工及測試

選用Arlon公司出品的CLTE-XT基板和25N半固化片，對前述功分器進(jìn)行了加工，實物如圖2所示。其中，端口1為公共端即輸入端口，端口2、端口3為兩個輸出端口。為了便于測試，在功分器表層引入了額外的輸入、輸出抽頭，因此測試板的總厚度達(dá)到了1 mm。

選擇美國SouthWest公司的EndLaunch接頭進(jìn)行裝配，并使用Agilent公司的PNA-X型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，校準(zhǔn)件為Agilent公司的52052D經(jīng)濟(jì)型校準(zhǔn)件。測試結(jié)果如圖3所示。其中，圖3（a）為輸入、輸出端口回波損耗測試曲線，圖3（b）為兩條傳輸通路的插入損耗曲線，圖3（c）則為輸出端口的隔離度曲線。

由圖3可以看出，所研制的功分器在工作全頻段即0.95-2.15GHz 帶內(nèi)，輸入回波損耗優(yōu)于18dB;輸出回波損耗優(yōu)于22 dB;插入損耗帶內(nèi)波動優(yōu)于0.4 dB，路間一致性優(yōu)于0.1 dB;輸出端口隔離度優(yōu)于28dB。

3 結(jié)論

多層微波PCB技術(shù)在電路小型化上的優(yōu)勢非常明顯，本文所設(shè)計的內(nèi)埋小型化功分器除外形緊湊外，也有利于在其他微波電路的中間層進(jìn)行集成，這樣可以進(jìn)一步改善整個微波電路乃至系統(tǒng)體積?？紤]到一體成型的加工方式，基于多層微波PCB技術(shù)的內(nèi)埋功分器還具有天生的高可靠性，因此具備很好的應(yīng)用前景和推廣價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王洪博.寬帶雙頻Wilkinson功分器的研究和設(shè)計[D].北京：北京郵電大學(xué)，2010.

[2] Amin M. Abbosh. Design of Ultra-Wideband Three-Way Arbitrary Power Dividers[J].IEEE Trans. on MTT.，2008，56（1）：194-201.

[3] David.Pozar.Microwave Engineering[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4]蔡積慶.埋入無源元件集成的高密度印制板[J].印制電路信息，2004（12）：54-58.

[5] 桑楊.多層PCB中內(nèi)埋電阻的特性分析及應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013（11）：78-79+81.

[6] Russell Hornung，Jack Frankosky，李海.軍用微波多層板的選材[J].印制電路信息，2007（3）：74-78.

[7] Amin Enayati，Guy A. E. Vandenbosch， Walter De Raedt.Millimeter-Wave Horn-Type Antenna-in-Package Solution Fabricated in a Teflon-Based Multilayer PCB Technology[J].Trans. on AP.，2013，61（4）：1581-1590.

收稿日期：2020-04-25

作者簡介：石國超（1987—），男，河北衡水人，碩士研究生，工程師，研究方向：射頻微波。