一種基于三維組裝的定向電橋及組裝工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于三維組裝的定向電橋及組裝工藝。
【背景技術】
[0002]定向電橋是微波系統(tǒng)及微波測量儀器的關鍵部件，能在寬頻帶內方便的完成信號定向分離、功率合成或分配、功率取樣等。相比漸變耦合線寬帶定向耦合器，基于巴倫和電阻功分技術的定向電橋，通過功分電路對巴倫平衡端輸出信號進行功率分配和相位疊加，實現(xiàn)功率耦合和定向傳輸，具有更低的工作頻率和更寬的倍頻程，低頻段方向性更理想，耦合頻響更平坦，廣泛應用于各種儀器設備中。
[0003]巴倫有多種實現(xiàn)形式，因同軸巴倫高頻特性及平衡特性好，工作頻帶寬，基于同軸巴倫的定向電橋的超寬帶工作能力和高頻特性更好。同軸巴倫由同軸電纜外串套不同磁導率磁環(huán)構成，高頻工作時信號波長變短(40GHz時約7.5mm)，內外導體間距不可忽略，與功分電路的連接時需通過設計和制作工藝保證兩路平衡信號傳輸路徑一致。
[0004]以巴倫與電阻功分電路構成的定向電橋的工作原理是:在正向傳輸時，通過電阻功分電路完成功率定比分配，一部分信號從耦合端口輸出，另一部份傳輸信號加載到巴倫的一個平衡端口，另一個平衡端口無信號加載，信號通過不平衡端輸出；反向傳輸時，信號由巴倫不平衡端口饋入，通過巴倫變換在平衡端得到兩路輸出，兩個平衡端口分別連接電阻功分電路，由電阻功分電路完成功率定比分配后，兩路信號在耦合端口等幅反向疊加，功率相消，耦合端口沒有輸出，實現(xiàn)巴倫不平衡端口到耦合端口的隔離。
[0005]目前基于巴倫與電阻功分電路的定向電橋設計和實現(xiàn)均以平面電路為基礎，采用平面電路組裝工藝。
[0006]基于巴倫與電阻功分電路的定向電橋，需要通過功分電路對巴倫平衡端的兩路信號進行精確的幅相控制，以實現(xiàn)電橋的高定向傳輸。受巴倫特性所限，常用的平面電路實現(xiàn)方案的高頻特性不理想，超寬帶工作能力不足。

【發(fā)明內容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于三維組裝的定向電橋及組裝工藝，本發(fā)明選用高頻特性和平衡特性更好的同軸巴倫實現(xiàn)定向電橋，在同軸到功分電路的互連時充分考慮同軸電纜內外導體間距在高頻端對兩路信號幅相一致性的影響，引入了三維組裝設計和實現(xiàn)工藝。
[0008]本發(fā)明的目的就是以同軸巴倫和電阻功分電路為基礎，通過引入三維組裝設計實現(xiàn)一種超寬帶高方向性的定向電橋，提高工作頻率上限和產品集成度，改善產品性能。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0010]一種基于三維組裝的定向電橋，包括腔體、同軸電纜及兩個微帶片，兩個微帶片為第一微帶片及第一微帶片，所述腔體內設置有U型槽吸收體，所述同軸電纜一端通過接頭固定在腔體上，同軸電纜另一端的內外導體分別搭接到所述兩個微帶片上，以同軸電纜一端為出發(fā)點，同軸電纜的內導體和外導體為同軸巴倫的兩個輸出端，兩輸出信號將經(jīng)過不同的路徑到達耦合端口，兩傳輸路徑等長，用于等幅相消。
[0011]所述定向電橋對外設有三個互連端口 P1，P2，P3，端口 Pl和P3為連接到微帶片上的兩個射頻端口，端口 P2連接到巴倫不平衡端。
[0012]所述端口 Pl，P2為直通端口，P3為耦合/隔離端口，當信號正向傳輸時，Pl為輸入端口，經(jīng)由電阻功分電路一部分功率信號親合到P3端口，另一部分功率信號經(jīng)P2端口直通輸出；當信號反相傳輸時，P2端口為輸入端口，功率信號經(jīng)過巴倫的不平衡到平衡的轉換，在平衡端得到等幅反相的兩路功率信號，兩路功率信號分別經(jīng)過功分電路在P3端口相消實現(xiàn)隔離，部分功率信號經(jīng)Pl端口直通輸出。
[0013]所述兩個微帶片上均有印制電路和印制電阻，共同組成一個完整的功分電路，其中一個微帶片上設置有電容，兩個微帶片用雙管膠粘貼在靠近腔體一端不同高度的相應位置上。
[0014]所述同軸電纜內外導體分別搭接到兩個微帶片上，內導體通過錫焊連接到一個微帶片，外導體通過壓在反復對折的一段金帶上與另一個微帶片相連，以保證良好接觸。
[0015]所述同軸電纜上套接有磁芯。
[0016]所述兩個微帶片上均有印制電路和印制電阻，具體為:以懸置帶線技術為基礎，微帶片介質層正面印制電路，并制作印制電阻，其中一個微帶片上設置有電容，構成電阻功分電路，介質層背面未金屬化，離地懸空一定高度，填充空氣介質層。
[0017]所述同軸巴倫由同軸電纜外串套不同磁導率磁環(huán)構成，可方便后期調試。
[0018]一種基于三維組裝的定向電橋的組裝工藝，包括:
[0019]步驟一:在腔體側壁及底部相應位置使用硅膠粘貼U型槽吸收體，自然晾干后切除溢出的多余硅膠；
[0020]步驟二:在兩個微帶片上分別壓接金帶，以金錫焊料焊接金帶，焊接溫度為300±10°C ;第一微帶片上用焊錫膏錫焊裝配貼片電容，焊接溫度為180?200°C ;
[0021]步驟三:第二微帶片用雙管膠粘貼在腔體相應下部位置，第二微帶片到兩邊側壁距離為0.05?0.1mm，并把兩個微帶片上的預置金帶壓接到腔體上；
[0022]步驟四:第一微帶片用雙管膠粘貼在腔體相應上部位置，第一微帶片到兩邊側壁距離為0.05?0.1mm，第一微帶片上其中兩根金帶向下壓到第二微帶片上，并多次疊壓，另兩根待用；將兩微帶片分別用雙管膠粘貼在腔體相應的位置上后，將腔體垂直放置使微帶片處于腔體相應位置的左上方，放入恒溫箱中固化；
[0023]步驟五:同軸電纜套磁環(huán)，電纜接頭固定于腔體上，操作過程中控制另一端同軸電纜擺幅，不得損傷微帶片，外導體壓在第二微帶片處經(jīng)過疊壓的金帶上，并接觸良好，同軸電纜截面距離第二微帶片邊緣0.05?0.1mm，電纜內導體與第一微帶片搭接長度0.3?0.35mm，錫膏焊料焊接，焊接溫度為180?200°C ；
[0024]步驟六:第一微帶片上剩余兩根金帶向上包接到同軸電纜外導體上，銦鉛焊料焊接；
[0025]步驟七:清理多余松香。
[0026]所述步驟中的焊接均在加熱臺上相應溫度下進行，時間控制在2-4秒。
[0027]放入恒溫箱中固化具體為:放入80°C烘箱烘40分鐘固化。
[0028]本發(fā)明通過三維組裝設計實現(xiàn)了一種基于同軸巴倫和電阻功分電路的高定向電橋。三維組裝設計中引入了懸?guī)ЫY構設計，不同磁導率的磁芯組合的超寬帶同軸巴倫設計以及U型吸收槽吸波、結構支撐設計，以有效實現(xiàn)同軸巴倫平衡端對外傳輸?shù)牡嚷窂娇刂疲岣叨ㄏ螂姌虻姆较蛐院透哳l端工作能力。
[0029]本發(fā)明可以將基于巴倫和電阻功分電路的定向電橋的適用頻率提高到毫米波段，實現(xiàn)更大的工作帶寬，結構簡單便于集成。同時，良好的可調性設計和精確的實現(xiàn)工藝帶來更高效的功率傳輸，更好的定向傳輸能力，工程實用性高。
[0030]本發(fā)明的有益效果:
[0031]本發(fā)明所提出的基于三維組裝工藝實現(xiàn)超寬帶定向電橋的技術方案有以下的創(chuàng)新點:
[0032]1.高頻性好。選用的同軸巴倫有較好的高頻工作能力；兩片微帶分上下層安裝，分布特點有利于同軸內外導體傳輸路徑高頻下等長的控制，提高幅相平衡特性。
[0033]2.超寬帶工作能力。同軸巴倫通過磁環(huán)調整輸出頻響，最大程度與電阻功分電路的幅頻特性匹配，實現(xiàn)全頻段的幅相平衡。懸置功分設計提高了電路有效精度。
[0034]3.可調性好。同軸巴倫可通過磁環(huán)調試，引入的懸?guī)ЧΨ蛛娐贩奖阍鲈O調諧機構改善互連匹配。
[0035]4.可靠性高。合理的工藝實現(xiàn)可保證高頻工作性能，提高互連一致性和產品可靠性。
[0036]5.可提高集成度，產品結構緊湊利于小型化。
【附圖說明】
[0037]圖1本發(fā)明組合定向電橋原理圖；
[0038]圖2本發(fā)明組合定向電橋三維組裝示意圖；
[0039]圖中，1、？2端口，2、卩1端口，3、P3端口，4、同軸電纜，5、磁芯，6、微帶片，7、U型槽吸收體，8、貼片電容。
【具體實施方式】
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[0040]下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明:
[0041]本發(fā)明以同軸線巴倫與集總參數(shù)電阻功分電路的定向電橋為基礎，圖1所示為基于同軸巴倫和電阻功分電路的組合定向電橋的原理圖，Pl端口 2和P2端口 I是直通端口，P3端口 3為耦合/隔離端口。電阻和電容構成電阻功分電路，信號正向傳輸時，Pl端口 2為輸入端口，經(jīng)電阻功分后部分功率耦合到P3端口輸出，部分通過P2端口 I直通輸出；當信號反向傳輸時，P2端口 I為輸入端口，信號經(jīng)過巴倫的不平衡到平衡的轉換，(理想的1:1平衡不平衡轉換情況下)在平衡端得到等幅反相的兩路信號，兩路信號分別經(jīng)過功分電路在P3端口 3相消，對P3端口 3實現(xiàn)信號隔離，部分信號功率由Pl端口直通輸出。
[0042]同軸巴倫由同軸電纜4外串套不同磁導率磁芯5構成，高頻工作時信號波長變短(40GHz時約7.5mm)，內外導體間距不可忽略，與功分電路的連接時需通過設計和制作工藝保證兩路平衡信號傳輸路徑一致。內外導體即同軸電纜4的內導體和外導體，需要分別連接到上下兩片懸置微帶片6上，經(jīng)由內外導體的兩路信號傳輸不完全在同一平面，兩路的傳輸路徑等長問題需要特別應對。本發(fā)明在基于同軸巴倫和功分電路的定向電橋設計中引入三維組裝設計:
[0043]在兩個陶瓷基片上實現(xiàn)電阻功分電路并分層安裝，以實現(xiàn)與內外導體短距離連接