CN101465457A

CN101465457A - 一种高功率宽带四路功率分配、合成器

Info

Publication number: CN101465457A
Application number: CNA2009100581418A
Authority: CN
Inventors: 王华磊; 石玉; 钟慧; 何泽涛; 蒋欣; 杜波; 杨杰; 赵宝林
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: CN101465457B

Abstract

本发明公开了一种高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，包括一个具有功率分配/合成功能的升阻抗变换器和两个具有功率分配/合成功能的降阻抗变换器，减少两个常规阻抗变换器，优化了传输线功率分配、合成器的结构；在低频端铁氧体磁芯提供足够高的感抗，而在高频端相位补偿传输线降低传输线长度对上限工作频率限制，拓宽工作频段；同轴电缆传输线取代漆包线，提高了功率容量。该功率分配、合成器克服了现有技术中所存在的缺点，具有低损耗、频带更宽、功率容量更大的特点。

Description

一种高功率宽带四路功率分配、合成器

技术领域

本发明涉及功率分配、合成器，具体涉及一种传输线型高功率宽带四路功率分配、合成器。

背景技术

RF功率分配\合成器，特别是作为射频信号功率合成器件用于RF功率放大器中，其典型的用法如图1。

随着射频发射机中功率放大器的发展，功率承受能力成为其设计瓶颈，它的高成本也成为设计中必须考虑的因素之一。解决这一问题的方法就是采用分合的方法。首先将使用功率分配器射频信号等功率的分开，通过放大器放大，然后再通过功率合成器合成。这种方法存在一个缺点，功分器使用普通的变压器或感性容性器件达到阻抗匹配，这些器件属于窄带元件，就决定了功分器不能使用在宽带功率放大器中。功率分配、合成器的窄带特性严重限制了它的使用范围。

美国专利4774481提供了解决功率分配、合成器这一缺点的方法，首次使用相位补偿的方法提高功分器的工作频率，使得功分器的带宽达到20～500MHz。但是由于其使用的阻抗变换器同样受限于传输线的长度，因此工作频率低于500MHz。同时它引入多个连接点，造成电路结构不连续，从而增加了损耗。

因此用于射频发射系统中的功分器，需要频带更宽，功率容量更大和和损耗更低等特点。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种高功率宽带频的四路功率分配、合成器，该功率分配、合成器克服了现有技术中所存在的缺点，具有低损耗、频带更宽、功率容量更大的特点。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，包括一个升阻抗变换器和两个降阻抗变换器，所述升阻抗变换器将系统信号一分为二，将阻抗变为原阻抗的二倍，在其两个输出端分别连接一个所述的降阻抗变换器，再将信号一分为二，阻抗变回原抗阻，信号一分为四，其中：

①所述升阻抗变换器包括一个铁氧体磁芯、两个隔离电阻、两根同轴电缆传输线和两个相位补偿同轴电缆，所述两根同轴电缆传输线交叉穿过铁氧体磁芯，在一端，两根同轴电缆传输线的内导体相连接，另一端内导体分离并具有间隔度而构成两个输出端，同时同轴电缆传输线两端的外导体分别与各自的相位补偿同轴电缆的内导体连接，两个隔离电阻分别跨接在两根同轴电缆传输线的外导体上；

②所述降阻抗变换器包括一个铁氧体磁芯、两个隔离电阻、两根同轴电缆信号线以及两个相位补偿同轴电缆，所述两根同轴信号线分别穿过一个铁氧体磁芯，并且对应端的内导体相连，外导体通过隔离电阻相连，两个相位补偿同轴电缆的内导体分别与两个同轴信号线未连接端的内导体相连构成两个信号输出端，两者的外导体分别连接另一根信号线的外导体。

按照本发明所提供的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器中隔离电阻阻值等于同轴电缆传输线的特征阻抗的两倍；降阻抗变换器中隔离电阻阻值等于同轴信号线的特征阻抗。

按照本发明所提供的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器中相位补偿同轴电缆的长度和同轴电缆传输线的长度相同；降阻抗变换器中相位补偿同轴电缆的长度和同轴电缆信号线的长度相同。

按照本发明所提供的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器以及降阻抗变换器中同轴电缆信号线、同轴电缆传输线和相位补偿同轴电缆中外导体没有产生连接关系的外导体都接地，接地点共地。

本发明的去除了现有功率分配、合成器单一的阻抗变换器，引入具有功率分配的升阻抗变换器与降阻抗变换器，同时增加相位补偿同轴电缆线，因此该功率分配、合成器输入输出驻波低于1.4，分离端隔离度高于20dB，并可承受大功率不平衡信号。本发明铁氧体磁芯能在低频端提供足够高的感抗，做为传统低频变换器，而在高频段同轴线则为传输线，和相位补偿传输线构成变换器，解决了现有传输线功分器中传输线长度对上限工作频率的限制，提高了工作频率；同轴电缆取代漆包线，从而实现了宽带和高功率。

附图说明

图1是射频系统中使用功分合成的例子；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明中升阻抗变换器的示意图。

其中，1、公共端口，2、同轴电缆传输线，3、同轴电缆传输线，4、相位补偿电缆，5、相位补偿电缆，6、外导体(端口)，7、外导体(端口)，7、外导体(端口)，8、外导体(端口)，9、外导体(端口)，10、隔离电阻，11、隔离电阻，12、内导体(输出端)，13、内导体(输出端)，14、降阻抗变换器(接入端)，15、内导体，16、内导体，17、外导体，18、外导体，19、内导体，20、内导体，21、外导体，22、外导体，23、内导体，24、外导体，25、外导体，26、外导体，27、外导体，28、外导体，29、外导体，30、内导体，31、内导体，32、内导体，33、外导体，34、降阻抗变换器(接入端)，35、内导体，36、内导体，37、外导体，38、外导体，39、外导体，40、外导体，41、内导体，42、内导体，43、外导体，44、隔离电阻，45、外导体，46、内导体，47、内导体，48、内导体，49、内导体，50、外导体，51、外导体，52、外导体，53、外导体，54、输出端，55、输出端，56、输出端，57、输出端，58、电缆信号线，59、与58同轴的电缆信号线，60、相位补偿同轴电缆，61、相位补偿同走电缆，62、电缆信号线，63、电缆信号线，64、相位补偿同轴电缆，65、相位补偿同轴电缆，66、内导体，67、外导体，68、内导体，69、外导体，70、内导体，71、外导体，72、内导体，73、内导体，74、主控振荡器，75、功率分配器，76、功率放大器，77、功率放大器，78、功率放大器，79、功率放大器，80、功率合成器，81、信号输出端，82、铁氧体磁芯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

在50欧姆系统中，四路高功率宽带功分器的结构如图1所示。图3所示的是升阻抗变换器的详细结构，包括铁氧体磁芯82、同轴电缆传输线2和3，隔离电阻10和11，相位补偿同轴电缆4和5，其中两根同轴电缆传输线2和3的内导体体连接在公共端口1，然后两者交叉穿过铁氧体磁芯82，外导体6和8连接相位补偿同轴电缆4的内导体66和68，同样外导体7和9分别连接相位补偿同轴电缆5的内导体7和72，隔离电阻10和11跨接在两根信号线的外导体上，即外导体6、7和8、9，此时相位补偿同轴电缆4和5的长度与同轴电缆传输线2、3的长度相同，隔离电阻在数值上等于同轴电缆的特征阻抗的两倍即为100欧姆。经过升阻抗变换器，信号一分为二，分别从内导体12(端口)、内导体13(端口)输出，进入降阻抗变换器接入端14和34，此时系统的特征阻抗变为100欧姆。

如图2所示，从接入端14引出两根同轴电缆信号线58和59分别单独穿过一个铁氧体磁芯83和84，内导体15和16相连，它们都具有长度相同的相位补偿同轴电缆60和61，外导体(端口)17与相位补偿同轴电缆61的内导体32相连，而外导体(端口)18则与相位补偿同轴电缆60的内导体31相连，隔离电阻23跨接在同轴电缆信号线58和59的外导体17和18上，此时隔离电阻23数值上等于同轴电缆信号线的特征阻抗即100欧姆，电缆信号线58和相位补偿同轴电缆60的内导体19以及内导体30相连，作为输出端54；同样内导体20、内导体33相连接构成端口55。同时，外导体24、26、29、28、27、25接地，这样降阻抗变换器把接入端14的信号等功率的分为两部分，分别从端口54和55输出，同时将100欧姆阻抗系统变回到50欧姆阻抗系统，完成信号的分离。本发明四路功率分器包含两个上述的降阻抗变换器，从而达到一分四的效果。

上述的得到的四路功分器器具有如下特点：

1.频率范围：20～800MHz，

2.插入损耗：≤0.6dB，

3.输入输出驻波：≤1.4，

4.隔离度：≥20dB。

Claims

1、一种高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，包括一个升阻抗变换器和两个降阻抗变换器，所述升阻抗变换器将系统信号一分为二，将阻抗变为原阻抗的二倍，在其两个输出端分别连接一个所述的降阻抗变换器，再将信号一分为二，阻抗变回原抗阻，信号一分为四，其中：

②所述降阻抗变换器包括两个铁氧体磁芯、一个隔离电阻、两根同轴信号线以及两个相位补偿同轴电缆，所述两根同轴信号线分别穿过一个铁氧体磁芯，并且对应端的内导体相连，外导体通过隔离电阻相连，两个相位补偿同轴电缆的内导体分别与两个同轴信号线未连接端的内导体相连构成两个信号输出端，两者的外导体分别连接另一根信号线的外导体。

2、根据权利要求1所述的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器中隔离电阻阻值等于同轴电缆传输线的特征阻抗两倍；降阻抗变换器中隔离电阻阻值等于同轴信号线的特征阻抗。

3、根据权利要求1所述的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器以及降阻抗变换器中同轴电缆信号线、同轴电缆传输线和相位补偿同轴电缆中外导体没有产生连接关系的外导体都接地，接地点共地。

4、根据权利要求1所述的高功率宽带四路功率分配、合成器，其特征在于，升阻抗变换器中相位补偿同轴电缆的长度和同轴电缆传输线的长度相同；降阻抗变换器中相位补偿同轴电缆的长度和同轴电缆信号线的长度相同。