一种内埋L频段小型化2路功分器研制

摘要：应用多层微波PCB技术，研制了一款工作于0.95GHz-2.15GHz频段的2路小型化威尔金森功分器，利用全波仿真软件对其进行了仿真，并使用Arlon微波基板进行了加工和测试。测试结果表明：该功分器输入回波损耗优于18dB;输出回波损耗优于22dB;插入损耗在3.3dB-3.7之间，带内平坦度优于0.4dB，路间一致性优于0.1dB;输出端口路间隔离度优于28dB。所提出的功分器采用了内埋设计和蜿蜒线设计，整个功分器的尺寸仅为28mm×13mm×0.76mm。

关键词：微波多层电路;小型化;功分器

中图分类号：TN405  文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2020）06-0000-00

0 引言

功分器是一种重要的微波电路元件，在各种通信系统、电路中有广泛使用。得益于学术界及工业界的长期关注和研究[1，2]，功分器已具备多种在多种设计平台的实现能力，设计手段也已日臻成熟。二等分功分器是最基础也最为常见的功分器形式，多路等分功分器往往可以通过级联若干二等分功分器来实现。按照实现形式和工作目标，功分器可分为带路间隔离的功分器和不带路间隔离的功分器。其中，带路间隔离的功分器往往需要引入隔离电阻，典型的实现形式为威尔金森（Wilkinson）功分器[3]。随着电子信息技术的不断发展，器件小型化的需求逐年提高，依靠基于PCB工艺的埋阻技术[4]，可大幅减小传统平面威尔金森功分器的尺寸[3]，并可通过功分器整体内埋的实现形式，进一步压缩印制电路上宝贵的表层面积。

多層微波PCB技术可以在一块单独的PCB基板上内集成两层以上的微波及数字电路，可大幅度减少板间互联的使用，显著改善设计灵活性，有效压缩电路尺寸，降低装配成本和装配难度，并改善整个微波电路模块的性能指标。由于多层微波PCB技术在设计上存在的多项优势，得到了业界的广泛关注[5-7]。本文使用多层微波PCB技术及基于PCB的埋阻技术，设计了一款工作于0.95 GHz-2.15GHz间的小型化2路威尔金森功分器，获得了优良的性能，可为多层微波PCB技术的推广提供参考。

1分路器设计

拟研制的功分器工作于0.95GHz-2.15GHz，覆盖了整个L频段，相对带宽也超过1个倍频程。为满足设计带宽内的性能指标，查表可得，需使用三级阻抗变换结构，三段阻抗变换节的归一化阻抗分别为1.1124、1.4142和1.7979，与之相对应的归一化隔离电阻则分别为10、3.7460、1.9048。

微波多层基板价格通常较高，为尽可能提高电路面积的利用率，采用图1所示的蜿蜒线结构实现阻抗变换节。使用Ansoft公司出品的HFSS 11全波仿真软件进行仿真，模型如图1所示。经仿真得，所提出功分器在0.95GHz～2.15GHz通带内输入、输出回波损耗优于20dB，插入损耗优于3.5dB（包含3dB的功分损耗），幅度一致性优于0.2dB，输出端口隔离度优于25dB。与此同时，该功分器还具有非常紧凑的结构尺寸，模型中功分器电路的尺寸仅为28mm×13mm，所对应的PCB基板厚度仅为0.76mm。

2功分器加工及测试

选用Arlon公司出品的CLTE-XT基板和25N半固化片，对前述功分器进行了加工，实物如图2所示。其中，端口1为公共端即输入端口，端口2、端口3为两个输出端口。为了便于测试，在功分器表层引入了额外的输入、输出抽头，因此测试板的总厚度达到了1 mm。

选择美国SouthWest公司的EndLaunch接头进行装配，并使用Agilent公司的PNA-X型矢量网络分析仪进行测试，校准件为Agilent公司的52052D经济型校准件。测试结果如图3所示。其中，图3（a）为输入、输出端口回波损耗测试曲线，图3（b）为两条传输通路的插入损耗曲线，图3（c）则为输出端口的隔离度曲线。

由图3可以看出，所研制的功分器在工作全频段即0.95-2.15GHz 带内，输入回波损耗优于18dB;输出回波损耗优于22 dB;插入损耗带内波动优于0.4 dB，路间一致性优于0.1 dB;输出端口隔离度优于28dB。

3 结论

多层微波PCB技术在电路小型化上的优势非常明显，本文所设计的内埋小型化功分器除外形紧凑外，也有利于在其他微波电路的中间层进行集成，这样可以进一步改善整个微波电路乃至系统体积。考虑到一体成型的加工方式，基于多层微波PCB技术的内埋功分器还具有天生的高可靠性，因此具备很好的应用前景和推广价值。

参考文献

[1] 王洪博.宽带双频Wilkinson功分器的研究和设计[D].北京：北京邮电大学，2010.

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

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[6] Russell Hornung，Jack Frankosky，李海.军用微波多层板的选材[J].印制电路信息，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

作者简介：石国超（1987—），男，河北衡水人，硕士研究生，工程师，研究方向：射频微波。