在你打開手機(jī)一邊在線聽著音樂，一邊下載老師或是老板發(fā)送的文件的時(shí)候，有沒有想過你只接收了一路信號(hào)卻分別得到了音頻與文字信息。難道這一路信號(hào)我們一直使用到底嗎？顯然這是不可能的，我們需要將信號(hào)在保持特性的情況下分散開，再分別從中提取有用的信號(hào)。而這正需要用到微帶功分器這一器件。

微帶功分器，顧名思義，其作用是將輸入的信號(hào)按一定功率比分開輸出且保持信號(hào)的相位相同。功分器作為微波器件中基礎(chǔ)而重要的器件，在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)發(fā)展以及相控陣?yán)走_(dá)研發(fā)中都有著關(guān)鍵的用處。而實(shí)際上在極高的頻率下，需要的等效電路元件值極小，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)較高的集成度，人們常使用微帶線完成功分器的設(shè)計(jì)。

這篇發(fā)表于《微波與無線元件》（IEEE Microwave and Wireless Component Letter）期刊上的論文設(shè)計(jì)了一基于SIDGS結(jié)構(gòu)的無源微帶二路功分器。該功分器的綜合性能表現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有設(shè)計(jì)，擁有巨大的應(yīng)用前景。

設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

該功分器的核心可以分為功分部分與濾波部分。輸入信號(hào)經(jīng)過功分部分后被均分，再各自通過相應(yīng)頻率的帶通濾波器后輸出。功分與濾波部分分別采取改良的WPD（威爾克森功分器）結(jié)構(gòu)和SIDGS結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該功分器的亮點(diǎn)即在于引入SIDGS結(jié)構(gòu)。SIDGS結(jié)構(gòu)源于DGS結(jié)構(gòu)（缺陷接地結(jié)構(gòu)）。相比一般的微帶線設(shè)計(jì)中擁有完整的金屬地，DGS結(jié)構(gòu)通過在金屬地上雕刻出各種各樣的花紋來實(shí)現(xiàn)阻抗變換的功能。后來DGS這一特點(diǎn)拓展到其他器件的設(shè)計(jì)中，科研人員將其運(yùn)用到濾波器、功分器、巴倫等等方面，都有許多成果。

但是在實(shí)際使用中，DGS本身依賴于對(duì)金屬地的缺陷雕刻，所以導(dǎo)致制成的器件不能直接作用于外部金屬結(jié)構(gòu)，以免破壞了其基本特性。同時(shí)也與普通微帶結(jié)構(gòu)相似，在更高頻下對(duì)外會(huì)產(chǎn)生較大輻射。

而SIDGS就針對(duì)這兩個(gè)缺點(diǎn)，通過引入額外地以及接地金屬通道的方式，首先保證我們進(jìn)行雕刻的金屬地不與外部有直接的物理接觸，防止了其失效的可能。同時(shí)通過引入貫穿的金屬通道達(dá)到基片集成的效果，進(jìn)一步保證金屬地的缺陷特性不會(huì)受到外界影響。后來實(shí)物測(cè)試還將證明這一設(shè)計(jì)還能解決困擾著科研人員的電磁輻射問題。

DGS與SIDGS模型示意對(duì)比

性能優(yōu)點(diǎn)

其基本參數(shù)相比現(xiàn)有的功分器有一定提升，但是該設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)在于由SIDGS所引入的極寬阻帶和極小電磁輻射。

如第一節(jié)中的示意圖，相比基于DGS設(shè)計(jì)的功分器結(jié)構(gòu)，隨著頻率的增加，傳統(tǒng)功分器傳遞中的信號(hào)能量容易直接發(fā)射到空氣中去，發(fā)揮出類似天線的輻射效果。然而在SIDGS的結(jié)構(gòu)中，金屬通道的存在使得最邊緣兩層相互溝通，發(fā)揮出類似波導(dǎo)的屏蔽效果，有效將電磁能量“鎖定”在缺陷地與上下金屬層之間，從而達(dá)到極寬阻帶和極小電磁輻射的效果。

在這一方面的性能提升的意義在于，將該功分器應(yīng)用到具體系統(tǒng)中時(shí)，極小的電磁輻射能夠減少該器件對(duì)其余部分的影響，提升系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。同時(shí)缺陷地的應(yīng)用本身也更適合實(shí)際芯片無完整地的特性，能夠滿足集成設(shè)計(jì)的要求。

該功分器的幅頻特性曲線 

應(yīng)用前景

該功分器作為一基礎(chǔ)元件，將來可能在無線通信以及相控陣?yán)走_(dá)等應(yīng)用中大放異彩。

在無線通信領(lǐng)域中，在接收端、信號(hào)處理端、發(fā)射端均可以得到應(yīng)用。例如為了增大信號(hào)的覆蓋范圍，可以利用功分器將輸出信號(hào)進(jìn)行等分后經(jīng)兩方向不同的天線進(jìn)行發(fā)射。這種方法在人數(shù)較少的山區(qū)中應(yīng)用比較廣泛。因?yàn)椴辉黾宇~外的信號(hào)產(chǎn)生組件，在節(jié)省功率和成本上都有很大意義。

相控陣?yán)走_(dá)作為現(xiàn)代軍事中最新也是最強(qiáng)的雷達(dá)技術(shù)。由于擁有精度高、范圍大、捕捉目標(biāo)多以及能耗小等優(yōu)點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域影響巨大，美軍的“宙斯號(hào)”航空母艦以及我國(guó)自主研發(fā)的“中華神盾”上均搭載有該雷達(dá)。其基本原理就是發(fā)射多路經(jīng)過處理的探測(cè)信號(hào)，在空氣中疊加形成集中的能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的雷達(dá)波束，并且通過控制部分改變發(fā)射信號(hào)使得波束的探測(cè)方向能自由改變。而在預(yù)處理中需要得到許多相同特性的信號(hào)，就要將信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行均分，性能優(yōu)異的功分器正好可以滿足這一需求。

搭載有我國(guó)自研相控陣?yán)走_(dá)的艦橋