一种应用于毫米波通信的功分器

1.本发明涉及一种5g通信器件，尤其涉及一种应用于毫米波通信的功分器。


背景技术：

2.毫米波分器是5g通信毫米波芯片中的重要模块，广泛应用于汽车雷达、精确制导和卫星通信等等，在未来还将进入民用通信领域。面向我国射电天文望远镜发展需求和工程应用，围绕射电天文用超导接收机的关键技术指标，从探索解决我国重大科学仪器射电望远镜相位阵馈源技术理论研究和关键技术出发，对于研究高增益小型化的天线阵列馈电的s功分器是很有必要的。
3.现有技术中的功分器与ava阵列耦合效果还不理想，而且电磁波在功分器中的传播模式多为单模，其te模电磁波的激励范围较小，反射较大。
4.相关的技术文献包括：
5.[1]中国专利“一种具有耦合馈电结构的天线”，申请号cn201920409379.x；
[0006]
[2]中国专利“一种基于mems技术的硅基siw毫米波大功率功分器”，申请号cn202110590571.5；
[0007]
[3]中国专利“一种径向基片集成波导滤波功分器”，申请号cn202110267546.3；
[0008]
[4]中国专利“基于siw结构的毫米波宽带vivaldi阵列天线”，申请号cn201711165281.6。


技术实现要素：

[0009]
本发明目的在于提供一种应用于毫米波通信的功分器，以解决上述现有技术存在的问题。
[0010]
本发明中所述一种应用于毫米波通信的功分器，包括：依次层叠设置的顶金属层、介质层和底金属层；顶金属层和底金属层之间设有三排金属通孔；左右两排和中部一排的金属通孔与所述顶金属层、底金属层围蔽形成一y型的功分单元；
[0011]
所述功分单元包括依次连通的功率输入端、矩形耦合腔、耦合过渡段，在y型中部的一排金属通孔还向功率输入端的方向延伸出一耦合切割栏，所述耦合切割栏将耦合过渡段后段分割成左右平行的两1/2功分段；每一1/2功分段在远离功率输入端的端部向外斜向延伸出一传输段，传输段远离功率输入端的一端再设置功率输出端；所述功率输出端的延伸方向与1/2功分段的延伸方向平行；
[0012]
所述功分单元一共设置三个：第一功分单元的功率输入端作为所述功分器的功率输入端，提供第一级功分；第二功分单元的功率输入连通所述第一功分单元的第一功率输出端，第三功分单元的功率输入连通所述第一功分单元的第二功率输出端；所述第二功分单元和第三功分单元分别提供第二级功分，所述第二功分单元的两个功率输出端和第三功分单元的两个功率输出端分别作为所述功分器的的功率输出端。
[0013]
所述矩形耦合腔的宽度大于耦合过渡段的宽度。
[0014]
本发明中所述一种应用于毫米波通信的功分器，其优点在于，加载矩形耦合腔可
以减小耦合效应，进一步拓宽带宽。可以扩大te模电磁波的激励范围，减小反射，使电磁波传播模式的转换更为顺利，从单模传输变为多模传输。功分器s11整体水平大幅下降，阻抗带宽大幅增加。令搭载的ava阵列带宽从2ghz扩大到大约10ghz，s21也保持在比较高的水平，波动较小，带宽得到更大的提升。因此，矩形耦合腔对馈电性能有着明显的改善作用。
附图说明
[0015]
图1是本发明中所述功分器的结构示意图。
[0016]
图2是图1中k处的放大示意图。
[0017]
图3是图2中a-a向剖视图。
[0018]
图4是本发明中所述功分器接入ava阵列后的使用状态示意图。
[0019]
图5是图4所示状态下的s11曲线仿真图。
[0020]
图6是图4所示状态下的s21曲线仿真图。
[0021]
图7是图4所示状态下的表面电场仿真图。
[0022]
图8是图4所示状态下的方向仿真图。
[0023]
附图标记：
[0024]
11-顶金属层、12-底金属层、13-介质层、14-金属通孔；
[0025]
20-功分单元、21-功率输入端、22-矩形耦合腔、23-耦合过渡段、24-1/2功分段、25-耦合切割栏、26-传输段、27-功率输出端；
[0026]
30-ava阵列。
具体实施方式
[0027]
如图1至图3所示，本发明中所述一种应用于毫米波通信的功分器包括依次层叠设置的顶金属层11、介质层13和底金属层12。顶金属层11和底金属层12之间设有三排金属通孔14。左右两排和中部一排的金属通孔14与所述顶金属层11、底金属层12围蔽形成一y型的功分单元20。
[0028]
所述功分单元20包括依次连通的功率输入端21、矩形耦合腔22、耦合过渡段23，在y型中部的一排金属通孔14还向功率输入端21的方向延伸出一耦合切割栏25，所述耦合切割栏25将耦合过渡段23后段分割成左右平行的两1/2功分段24。每一1/2功分段24在远离功率输入端21的端部向外斜向延伸出一传输段26，传输段26远离功率输入端21的一端再设置功率输出端27。所述功率输出端27的延伸方向与1/2功分段24的延伸方向平行。
[0029]
所述功分单元20一共设置三个：第一功分单元的功率输入端作为所述功分器的功率输入端，提供第一级功分。第二功分单元的功率输入连通所述第一功分单元的第一功率输出端，第三功分单元的功率输入连通所述第一功分单元的第二功率输出端。所述第二功分单元和第三功分单元分别提供第二级功分，所述第二功分单元的两个功率输出端和第三功分单元的两个功率输出端分别作为所述功分器的的功率输出端。
[0030]
所述矩形耦合腔22的宽度大于耦合过渡段23的宽度。
[0031]
在本发明中，所述的前后关系为信号传输方向中，先到达的位置为前，后到达的位置为后。顶金属层11用于信号的电性连接，底金属层12用于接地。
[0032]
本发明中所述一种应用于毫米波通信的功分器一般应用在ava阵列30的前端，为
类siw功分结构，主要传输接近矩形的波导。使用状态如图4所示，ava即antipodal vivaldi antenna。设置矩形耦合腔22后可以减小耦合效应，进一步拓宽带宽，可以扩大te模电磁波的激励范围，减小反射，使电磁波传播模式的转换更为顺利。
[0033]
对比图5可以看出，加载了矩形耦合腔22之后，功分器的s11整体水平大幅下降，阻抗带宽大幅增加。带宽从2ghz扩大到大约10ghz。同时在图6也可以看出，加载了矩形耦合腔22后s21也保持在比较高的水平，波动较小，s21带宽得到更大的提升。因此，所述矩形耦合腔22对馈电性能有着明显的改善作用。
[0034]
图7为功分器与ava阵列联合仿真的表面电场结果。从图中可以看出，电磁波的宽度在矩形耦合腔22中得到拓展，顺利激发了te模式，能够很好地被功分器所均分，反射较小，体现出良好的电磁波传输特性。同时在图8中可以看出联合天线后能够得到较大的增益，同时保证方向性很好，体现馈线网络的高效馈电。
[0035]
在本实施例中使用的介质层13材料为rogers 5880，厚度为0.787mm，金属通孔14直径为0.2mm。顶金属层11与底金属层12通过金属通孔14相连，因此金属通孔14深度等于介质层13的厚度。
[0036]
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。