CN101217211A - 毫米波低反射高隔离功率合成器 - Google Patents

Abstract

毫米波低反射高隔离功率合成器涉及一种能够工作在毫米波及其以上频段的低反射且输入端口之间高隔离的功率合成器，该合成器第一输入传输线(1)的一端是第一输入端口(8)，第二输入传输线(2)的一端是第二输入端口(9)，第一输入传输线(1)的另一端与第二输入传输线(2)的另一端相连并在此与输出传输线(4)的一端相连形成三线交汇处(7)，隔离传输线(3)接在第一输入传输线(1)与第二输入传输线(2)之间，吸收材料(11)放在隔离传输线(3)上，该低反射高隔离功率合成器解决了在毫米波或者更高频段的功率合成器由于没有可用的集中参数隔离电阻造成的三个端口不能同时匹配以及输入传输线之间隔离不好的问题。

Description

毫米波低反射高隔离功率合成器

技术领域

本发明涉及一种功率合成器，尤其是一种能够工作在毫米波及其以上频段的低反射且输入端口之间高隔离的功率合成器。

背景技术

功率合成器的功能是把两条传输线输入的功率合成到一条传输线上输出，属于三端口网络。由于功率合成器通常也可以用作功率分配器，因此在一般情况下不再区分功率合成器和功率分配器的名称。威尔金森功率合成器是一种常用的功率合成器，其结构特征是在两条输入传输线之间接有一个集中参数的隔离电阻，隔离电阻与两条输入传输线的交汇处之间的距离是四分之一波长。为了避免两条输入传输线之间的耦合，两条输入传输线在隔离电阻与传输线的接入处到两条输入传输线的交汇处之间，都弯成近似的半园形。由于隔离电阻的存在，威尔金森功率合成器属于有耗的三端口网络，它不仅三个端口都能匹配、端口反射小，而且两条输入传输线之间的隔离也是很好的。

但是在工作频率较高的毫米波频段或者是比毫米波频率更高的频段，威尔金森功率合成器难以实现，其原因有两个：首先是四分之一波长传输线无法形成半圆形，由于波长很短，在毫米波频段的低段，在基片上四分之一波长传输线的实际长度不到2毫米，而传输线的宽度通常在0.8毫米左右，0.8毫米宽、2毫米长的传输线要形成半园形很困难，如果工作频率到了毫米波频段的高端甚至更高频段，那么四分之一波长的传输线的长度更短，而宽度基本不变，这样就完全无法形成半园形；其次是在毫米波及频率更高的频段，目前还没有可用的集中参数隔离电阻。

由于上述两个原因，目前在毫米波或者更高频段使用的功率合成器不使用隔离电阻，这样的功率合成器属于互易无耗三端口网络。在理论上，互易无耗三端口网络的三个端口不可能同时匹配。因此这样的功率合成器不仅三个端口中总有一个或两个端口匹配不好，因而端口的反射大，而且它的两条输入传输线之间的隔离也不好，隔离度通常只有-6dB左右。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种能够工作在毫米波或者更高频段的低反射高隔离功率合成器，该功率合成器不使用集成参数隔离电阻，其三个端口均有良好的匹配、反射小，而且其输入传输线之间的具有良好的隔离。

技术方案：本发明的毫米波低反射高隔离功率合成器包括第一输入传输线、第二输入传输线、隔离传输线、输出传输线和吸收材料；其中：第一输入传输线的一端是第一输入端口，第二输入传输线的一端是第二输入端口，第一输入传输线的另一端与第二输入传输线的另一端相连并在此与输出传输线的一端相连形成三线交汇处，隔离传输线接在第一输入传输线与第二输入传输线之间，吸收材料放置在隔离传输线上。第一输入传输线和第二输入传输线的长度一样或者相差波长的整数倍；而第一输入传输线和第二输入传输线之间经过隔离传输线与不经过隔离传输线的两条不同传播路径的长度之差为二分之一波长的奇数倍。隔离传输线的特性阻抗根据从一个输入端口即第一输入端口或第二输入端口输入的信号功率，经过两条不同传播路径的到达另一个输入端口即第二输入端口或第一输入端口的两路信号功率大小一致的要求确定。吸收材料的大小以及它在隔离传输线上的位置和放置角度根据从一个输入端口即第一输入端口或第二输入端口输入的信号功率，经过两条不同传播路径的到达另一个输入端口即第二输入端口或第一输入端口的两路信号功率大小一致的要求确定。输出传输线的特性阻抗依据阻抗匹配的原则确定。第一输入传输线和第二输入传输线的特性阻抗依据阻抗匹配的原则确定。

由于吸收材料的存在，使得本发明的功率合成器属于三端口有耗网络，不再受互易无耗三端口网络的三个端口不能同时匹配的理论限制，通过调节第一输入传输线、第二输入传输线和输出传输线的特性阻抗，或者在这三条传输线上加阻抗变换电路，可以实现三个端口的同时匹配。

两条输入传输线的长度一样或者相差波长的整数倍，在两条输入传输线之间有两个信号功率的传播路径，一个是从一条输入传输线经过隔离传输线到另一条输入传输线的路径，另一个是从一条输入传输线经过两条输入传输线的交汇处到另一条输入传输线的路径。如果这两条传播路径的长度相差二分之一波长的奇数倍，那么这两路的信号就相互抵消，这样就增加了两条输入传输线之间的隔离。

由于功率合成器和功率分配器原理一样，上述毫米波或更高频段功率合成器的技术方案也可以用于毫米波或更高频段的功率分配器。

有益效果：本发明的有益效果是，解决了在毫米波或者更高频段的功率合成器由于没有可用的集中参数隔离电阻造成的三个端口不能同时匹配，因而反射大，以及输入传输线之间隔离不好的问题。通常的威尔金森功率合成器需要集中参数的隔离电阻以实现三个端口的同时匹配以及输入传输线之间的隔离，而且要求输入传输线弯曲成近似半园形以与隔离电阻相连接。本发明由于不使用隔离电阻就可以实现三个端口的同时匹配以及输入传输线之间的隔离，因而也不需要输入传输线弯曲成近似半园形，这样就实现了毫米波或者更高频段的低反射高隔离功率合成器。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中有：第一输入传输线1、第二输入传输线2、隔离传输线3、输出传输线4、第一输入传输线与隔离传输线的连接处5、第二输入传输线与隔离传输线的连接处6、第一输入传输线、第二输入传输线与输出传输线的三线交汇处7、第一输入端口8、第二输入端口9，输出端口10，吸收材料11。

具体实施方式

本发明所采用的技术方案是：毫米波低反射高隔离功率合成器包括第一输入传输线1、第二输入传输线2、隔离传输线3、输出传输线4和吸收材料11。输入、隔离和输出传输线可以是微带线、带状线或者是其它形式的传输线，吸收材料11两端做成渐变的形状以避免反射，它吸收功率合成器工作频段内的电磁波，造成隔离传输线3的损耗，使得整个功率合成器成为有耗三端口网络。两条输入传输线即第一输入传输线1、第二输入传输线2的长度一样或者相差波长的整数倍。从一条输入传输线的端口即第一输入传输线1的第一输入端口8或第二输入传输线2的第二输入端口9到另一条输入传输线的端口即第二输入传输线2的第二输入端口9或第一输入传输线1的第一输入端口8之间存在两个传播路径，一条是从第一输入传输线1的第一输入端口8或第二输入传输线2的第二输入端口9经过隔离传输线3到另一条输入传输线的端口即第二输入传输线2的第二输入端口9或第一输入传输线1的第一输入端口8；另一条是从第一输入传输线1的第一输入端口8或第二输入传输线2的第二输入端口9，经过两条输入传输线和输出传输线的交汇处7到另一条输入传输线即第二输入传输线2的第二输入端口9或第一输入传输线1的第一输入端口8，两条传播路径的长度之差为二分之一波长的奇数倍。由于第一输入传输线1、第二输入传输线2的长度一样或相差波长的整数倍，来自第一输入传输线1、第二输入传输线2的信号功率在这两条输入传输线和输出传输线的交汇处7同相叠加合成后从输出传输线4的输出端口10处输出；从第一输入传输线1的第一输入端口8或第二输入传输线2的第二输入端口9，到第二输入传输线2的第二输入端口9或第一输入传输线1的第一输入端口8之间存在两个传播路径，由于这两个传播路径的长度相差二分之一波长的奇数倍，因此从输入传输线1的第一输入端口8输入的信号功率经过这两个不同的传播路径到达另一条输入传输线2的第二输入端口9时，这两路信号是反相抵消的，反之从第二输入传输线2的第二输入端口9到第一输入传输线1的第一输入端口8的情况也是反相抵消的。这样既使得来自第一输入传输线1、第二输入传输线2的信号功率在输出传输线4同相合成输出，又使得第一输入传输线1、第二输入传输线2之间相互隔离。

在结构上，毫米波高隔离功率合成器的第一输入传输线1、第二输入传输线2与输出传输线4在底边相连处7形成T形或Y结以避免这三条传输线之间的线间耦合；第一输入传输线1与隔离传输线3的传输线第一连接处5到三条传输线的交汇处7之间的传输线以及第二输入传输线2与隔离传输线3的传输线第二连接处6到三条传输线的交汇处7之间的传输线两者长度一样或者相差波长的整数倍；从传输线第一连接处5经过三条传输线的交汇处7到传输线第二连接处6的传输线长度与从传输线第一连接处5经过隔离传输线3到传输线第二连接处6的传输线长度两者之差为二分之一波长的奇数倍，调整隔离传输线3的特性阻抗、吸收材料11的大小以及吸收材料11在隔离传输线3上的位置与角度使得从一条输入传输线输入的信号功率经过这两条传播路径的到达另一条输入传输线的两路信号功率大小一致，这样使得这两路信号功率几乎完全抵消掉；第一输入传输线1的特性阻抗、第二输入传输线2的特性阻抗和输出传输线4的特性阻抗可以依据阻抗匹配的原理确定。

在制造上，整个功率合成器可以制作在一个基片上，在满足上述功率合成条件和输入隔离条件以及放置吸收材料11的前提下，三种传输线的长度尽量短，尽量避免不连续性的出现，以减小功率合成器的损耗。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (6)

1.一种毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于该合成器包括第一输入传输线(1)、第二输入传输线(2)、隔离传输线(3)、输出传输线(4)和吸收材料(11)；其中：第一输入传输线(1)的一端是第一输入端口(8)，第二输入传输线(2)的一端是第二输入端口(9)，第一输入传输线(1)的另一端与第二输入传输线(2)的另一端相连并在此与输出传输线(4)的一端相连形成三线交汇处(7)，隔离传输线(3)接在第一输入传输线(1)与第二输入传输线(2)之间，吸收材料(11)放置在隔离传输线(3)上。

2.根据权利要求1所述的毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于第一输入传输线(1)和第二输入传输线(2)的长度一样或者相差波长的整数倍；而第一输入传输线(1)和第二输入传输线(2)之间经过隔离传输线(3)与不经过隔离传输线(3)的两条不同传播路径的长度之差为二分之一波长的奇数倍。

3.根据权利要求1或2所述的毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于隔离传输线(3)的特性阻抗根据从一个输入端口即第一输入端口(8)或第二输入端口(9)输入的信号功率，经过两条不同传播路径的到达另一个输入端口即第二输入端口(9)或第一输入端口(8)的两路信号功率大小一致的要求确定。

4.根据权利要求1所述的毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于吸收材料(11)的大小以及它在隔离传输线(3)上的位置和放置角度根据从一个输入端口即第一输入端口(8)或第二输入端口(9)输入的信号功率，经过两条不同传播路径的到达另一个输入端口即第二输入端口(9)或第一输入端口(8)的两路信号功率大小一致的要求确定。

5.根据权利要求1所述的毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于输出传输线(4)的特性阻抗依据阻抗匹配的原则确定。

6.根据权利要求1或2所述的毫米波低反射高隔离功率合成器，其特征在于第一输入传输线(1)和第二输入传输线(2)的特性阻抗依据阻抗匹配的原则确定。

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