專利名稱：電磁超結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)及具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電磁超結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)及具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及微波通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及功分器技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種電磁超結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器。
背景技術(shù)：
[0002]最近幾年，無(wú)線通信發(fā)展異常迅速，多種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)(如GSM、CDMA、WIFI、WLAN 等)獲得批準(zhǔn)并投入應(yīng)用。為節(jié)約成本，滿足用戶的需求，經(jīng)常需要在一個(gè)終端設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多種功能、多個(gè)頻段傳輸。因此，對(duì)雙頻或多頻的微波或射頻器件的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。同時(shí)，隨著集成化的不斷提高，對(duì)尺寸和重量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，小型化緊湊型的微波或射頻器件成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。Wilkinson功分器是無(wú)線通信中必不可少的器件，它的主要功能就是將一路輸入信號(hào)分成多路輸出，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多路輸入信號(hào)合成為一路信號(hào)，并保證多路輸入之間的隔離，為滿足日益發(fā)展的無(wú)線通信需求。[0003]電磁超材料或結(jié)構(gòu)，也稱為電磁復(fù)合材料，是指那些人工生成的電磁材料或結(jié)構(gòu)， 這些材料和結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的很多電磁特性是在一般的自然生成的材料中無(wú)法獲得的。自從 2001年美英科學(xué)家首次試驗(yàn)驗(yàn)證了左手材料的存在后，電磁超材料或結(jié)構(gòu)成為世界各國(guó)物理、化學(xué)、材料、工程等領(lǐng)域科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。廣義的電磁超材料或結(jié)構(gòu)包含范圍很廣，如電磁/光子帶隙材料(EBG/PBG)，等離子結(jié)構(gòu)，左手材料(LHM)，頻率選擇表面(FSS)，人工磁導(dǎo)體(AMC)等。由于是人工制備，因此電磁超材料或結(jié)構(gòu)的很多電磁特性可以人工控制，如等效介電常數(shù)、等效磁導(dǎo)率、相速等。電磁超材料的這些優(yōu)點(diǎn)使得其在光通信、微波或射頻通信領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值。相比于傳統(tǒng)器件，采用電磁超材料設(shè)計(jì)制造的新型器件性能更優(yōu)，尺寸更小，非常適用于未來(lái)的無(wú)線通信應(yīng)用。[0004]電磁超結(jié)構(gòu)分為非諧振式和諧振式兩種，各有特點(diǎn)。從2003年至今，在多個(gè)知名期刊上，多個(gè)研究小組報(bào)道了利用非諧振式電磁超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙頻微波射頻器件(包括雙頻 Wilkinson 功分器)的成果，包括“I. H. Lin，Μ. D. Vincentis, C. Caloz, and Τ. Itoh, 'Arbitrary dual-band components using composite right/1eft-handed transmission lines，，IEEE Trans. Microwave. Theory Tech. ,vol. 52,no. 4,pp. 1142—1149，Apr，2004”以及“X· Q. Li，R. P. Lin, X. M. Yang, J. X. Chen, Χ. X. Yin, Q. Cheng, and T. J. Cui，'Arbitrarily dual-band components using simplified structures of conventional CRLH TLs,'IEEE Trans Microwave, Theory Tech.，vol. 54，no. 7，pp. 1142-1149，Jul，2004，，。但是，由于非諧振式電磁超結(jié)構(gòu)需要金屬化通孔并焊接，增加了制造成本且影響產(chǎn)品性能的一致性。相比于非諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，諧振式電磁超材料引入了開(kāi)環(huán)諧振器或互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器，雖然帶寬較窄，但是不需要金屬化通孔，因此制造成本大大降低且可保持很好的一致性。[0005]但現(xiàn)有的諧振式功分器，特別是雙頻段功分器，由于其采用的電磁超結(jié)構(gòu)的限制， 其尺寸通常較大，這增加了此類功分器的外形尺寸，對(duì)功分器的使用提出了較高的空間要求，從而極大地限制了其適用范圍。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種有效減少采用電磁超結(jié)構(gòu)的諧振功分器的外形尺寸，從而減小功分器對(duì)于應(yīng)用空間的要求，大幅增加功分器的適用范圍，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的電磁超結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器。[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)具有如下構(gòu)成[0008]該電磁超結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是，其為折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，所述的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)具有設(shè)置于一 PCB板的一面的折疊的主傳輸線和設(shè)置于所述的PCB板的另一面的折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器。[0009]該電磁超結(jié)構(gòu)中，所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。[0010]本實(shí)用新型還提供了一種所述的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)包括一金屬盒，所述的電磁超結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述的金屬盒內(nèi)，所述的PCB板上具有折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的一面連接所述的金屬盒底部，所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形，所述的金屬盒底部在于所述的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器對(duì)應(yīng)的位置上開(kāi)設(shè)有凹槽。該凹槽的深度不小于5毫米。[0011]本實(shí)用新型還提供一種具有所述的電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，所述的雙頻段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一端口分別通過(guò)一支臂電路連接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)。所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。[0012]采用了該實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，由于其電磁超結(jié)構(gòu)為具有折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，其該雙頻段功分器的支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)，使得具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的外形尺寸大幅縮小為現(xiàn)有產(chǎn)品的1/3，從而減小功分器對(duì)于應(yīng)用空間的要求，增加功分器的適用范圍，且本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。


[0013]圖1為本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的折疊主傳輸線結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖2為本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的折疊帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖3為本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖4為本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的等效電路圖。[0017]圖5為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器工作于第一頻段的等效電路圖。[0018]圖6為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器工作于第二頻段的等效電路圖。[0019]圖7為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的正面結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖8為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的背面結(jié)構(gòu)示意圖。[0021]圖9為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第二端口的插入損耗S21 示意圖。[0022]圖10為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第三端口的插入損耗 S31示意圖。[0023]圖11為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第一端口的回波損耗 Sll示意圖。[0024]圖12為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第二端口的回波損耗 S22示意圖。[0025]圖13為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第三端口的回波損耗 S33示意圖。[0026]圖14為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的第二端口與第三端口間的隔離度S23示意圖。
具體實(shí)施方式
[0027]為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。[0028]請(qǐng)參閱圖1所示，為本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]在一種實(shí)施方式中，該電磁超結(jié)構(gòu)為折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，所述的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)為具有如圖1所示的折疊的主傳輸線和如圖2所示的折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器。所述的主傳輸線和互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器分別設(shè)置于一個(gè)PCB的正面和背面。圖2中所表示的為PCB背面經(jīng)過(guò)蝕刻后的圖，灰色部分代表金屬，白色部分為蝕刻后沒(méi)有金屬的區(qū)域。 該折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。[0030]該種電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括一金屬盒，所述的電磁超結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述的金屬盒內(nèi)，所述的PCB板上具有折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的一面連接所述的金屬盒底部，所述的金屬盒底部在于所述的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器對(duì)應(yīng)的位置上開(kāi)設(shè)有凹槽。所述的凹槽的深度不小于5毫米。本使用新型還提供一種具有所述的電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，在一種實(shí)施方式中，如圖7及圖8所示，所述的雙頻段功分器包括第一端口、 第二端口和第三端口，所述的第一端口分別通過(guò)一支臂電路連接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)。所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。[0031]在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的等效電路圖，如圖4所示，為一 L。和C。 并聯(lián)的對(duì)地諧振電路。根據(jù)布洛赫理論進(jìn)行分析，其單位結(jié)構(gòu)相移為C(1-^)(1-^)[0032]cos(0) = 1 + 1^4 = 1 + ^“，？，ωΡ[0033]其特性阻抗為I 2 22 2~-忑)2 (1 -忑)+ 4Cg [1 --忑)_ ^ =在(MiZs Οω) + IZp ( ]=——^---—，1ωο[0035] 其中，&和、分別為串連和并聯(lián)阻抗。^OJs=I/諷，‘5%=i"4(cc+c)。[0036]采用上述的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)Wilkinson功分器中的兩段分支臂， 并使折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)的傳輸特性滿足圖5和圖6所示的要求，則雙頻段工作可以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)圖5、圖6及以上兩公式可以獲得初始的電路參數(shù)，并根據(jù)這些初始電路參數(shù)構(gòu)建初始的物理結(jié)構(gòu)，再采用電磁仿真工具進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得需要的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)的參數(shù)。將最終的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)作為雙頻段Wilkinson功分器的兩段分支臂，并再次采用電磁仿真工具進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的小型化雙頻段Winkinson功分器的參數(shù)。[0037]本使用新型的雙頻段功分器的各性能指標(biāo)如下表所示[0038]插入損耗 S21,S31<-3.6dB主線駐波比 Sll<-17.5dB (VSWR<1.3)輸出端口駐波比 S22,S33<-17.5dB (VSWR<1.3)隔離器 S32<-20dB最大相位不平衡度883~937MHz886 930MHz870 934MHz895 939MHz870 939MHz1560 1928MHz1700 1825MHz15 56 1909MHz173 9-193 OMHz1560 1910MHz[0039] 表1基于折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段Wilkinson功分器的性能指標(biāo)[0040]傳統(tǒng)的Wilkinson功分器為了覆蓋800_2500ΜΗζ頻段，一般需要3個(gè)1/4波長(zhǎng)傳輸線，長(zhǎng)度為136mm的阻抗變換段。而本實(shí)用新型的基于折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻 Wilkinson功分器僅僅只需要一個(gè)阻抗變換段就可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)頻段的雙段工作，也就是說(shuō)至少節(jié)約了大概2/3的尺寸。[0041]圖3所示，為該實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)直接將PCB 的金屬地面與用于封裝的金屬盒連接一起，這樣就會(huì)破壞蝕刻結(jié)構(gòu)，從而破壞互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器。而在該封裝結(jié)構(gòu)中，則是將金屬盒與開(kāi)環(huán)諧振器接觸的區(qū)域挖出具有一定高度的中空部分，這樣金屬盒對(duì)互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的影響減小。中空部分的越厚，則金屬盒對(duì)互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的影響越小，一般5mm的以上的厚度即可忽略封裝對(duì)電磁超結(jié)構(gòu)的影響。[0042]該實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的正面和背面的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖7和圖8所示。[0043]圖9至圖14為本實(shí)用新型的具有電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的測(cè)試結(jié)果圖，從圖中可以看出雙頻工作已得到實(shí)現(xiàn)。[0044]采用了該實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，由于其電磁超結(jié)構(gòu)為具有折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，其該雙頻段功分器的支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)，使得具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器的外形尺寸大幅縮小為現(xiàn)有產(chǎn)品的1/3，從而減小功分器對(duì)于應(yīng)用空間的要求，增加功分器的適用范圍，且本實(shí)用新型的電磁超結(jié)構(gòu)及具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。[0045]在此說(shuō)明書(shū)中，本實(shí)用新型已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的。
權(quán)利要求1.一種電磁超結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電磁超結(jié)構(gòu)為折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，所述的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)具有設(shè)置于一 PCB板的一面的折疊的主傳輸線和設(shè)置于所述的PCB 板的另一面的折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁超結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。
3.—種權(quán)利要求1所述的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的封裝結(jié)構(gòu)包括一金屬盒，所述的電磁超結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述的金屬盒內(nèi)，所述的PCB板上具有折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的一面連接所述的金屬盒底部，所述的金屬盒底部在于所述的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器對(duì)應(yīng)的位置上開(kāi)設(shè)有凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的凹槽的深度不小于5毫米。
6.一種具有權(quán)利要求1所述的電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，所述的雙頻段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述的第一端口分別通過(guò)一支臂電路連接所述的第二端口和第三端口，其特征在于，所述的支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙頻段功分器，其特征在于，所述的折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器在折疊部位均為圓弧形。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電磁超結(jié)構(gòu)，其為具有折疊的主傳輸線和折疊的帶線型互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器的折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型還涉及該電磁超結(jié)構(gòu)的封裝結(jié)構(gòu)以及一種具有該電磁超結(jié)構(gòu)的雙頻段功分器，該雙頻段功分器包括第一端口、第二端口和第三端口，第一端口分別通過(guò)一支臂電路連接第二端口和第三端口，支臂電路為所述的電磁超結(jié)構(gòu)。采用該種結(jié)構(gòu)的電磁超結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)及雙頻段功分器，由于其電磁超結(jié)構(gòu)為折疊諧振式電磁超結(jié)構(gòu)，且該雙頻段功分器的支臂電路為該電磁超結(jié)構(gòu)，使得雙頻段功分器的外形尺寸大幅縮小為現(xiàn)有產(chǎn)品的1/3，減小了功分器對(duì)于空間的要求，增加功分器的適用范圍，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較為低廉。
文檔編號(hào)H01P5/16GK202259648SQ201120386159
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者房國(guó)平, 牛家曉, 袁扣寶 申請(qǐng)人:上海中科股份有限公司