CN101728619B - 双频带平面微带多路功分器 - Google Patents

Abstract

双频带平面微带多路功分器，用于射频微波领域，包括有1个输入端口，N个输出端口，微带外环线，2N个开路枝节。本发明的目的是提供一种新型的双频带多路功分器，可同时提供两个频段上的多路等比例功率分配。其主要特点是：采用平面结构实现，体积较小，适合于系统集成和微带线实现；可以在任意两个频段内同时工作，有效缩减多频通信系统的体积和成本。

Description

双频带平面微带多路功分器

技术领域

本发明涉及用于射频微波领域的双频带功分器。

背景技术

功分器是射频微波电路中的重要部件，在功率放大器、多天线系统中都有广泛的应用。目前，包括移动通信、卫星通信、雷达等无线通信系统都工作在多个频段上，它们往往需要多套收发信机电路来实现多频段工作。这种实现方式使得整体体积增加，成本上升。因此，实现单个射频器件的双频段工作，对于降低射频前端复杂度，缩减体积和成本都具有十分重要的意义。

通过对现有的专利和论文搜索发现，目前，双频的功分器、耦合器、功率放大器、天线等微波器件都有了一定的研究和应用。在双频功分器方面，出现了多种双路功分器的设计结构，具体实现方法包括采用∏型结构，T型结构，混合左右手传输线等双频传输线结构。然而，多路功分器的设计由于需要采用三维结构实现而变得复杂。目前，采用双频传输线结构实现的多路功分器大多是星型的三维结构，并采用多个分立元件实现输出端口的匹配和输出端口的隔离。这种实现结构体积庞大，实现复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的双频带多路功分器。该功分器采用平面结构实现，体积较小，适合于系统集成和微带线实现。该功分器可以在任意两个频段内同时工作，可以有效缩减多频通信系统的体积和成本。该功分器可实现将输入功率在N个输出端口上等分输出，其中N＝3，5，7……。

本发明通过以下技术方案实现：一种双频带多路功分器，包括有1个输入端口，N个输出端口，微带外环线，2N个开路枝节。

所述的1个输入端口为功分器的50Ω输入端。输入端口在两个工作频率上可以实现同时匹配到50Ω。

所述的N个输出端口为功分器的50Ω输出端。输入的功率被等分成N份，并从N个输出端口输出。

所述的微带外环线，是由微带线制成的圆环结构。微带线的特征阻抗Z₁由以下公式得到：

$Z_1=\frac{{2Z}_0}{\sqrt{N}\left|\cos \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)\right|},$

l₁＝Nλ/2，

其中， $\mathrm{\δ}=\frac{f_2-f_1}{f_2+f_1},$ f₁是两个工作频率中较小的频率，f₂是两个工作频率中较大的频率。Z₀为系统阻抗，在一般射频系统中为50Ω，l₁为圆环的周长，λ为f₁和f₂中心频率处的波长。

所述的开路枝节，是末端开路的微带线枝节。开路枝节的设计参数为：

$Z_2=\frac{Z_0}{\sqrt{N}\sin \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)\tan \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)},$

l₂＝λ/4。

所述的输入端口位于某两个相邻输出端口正中间，输入端口与输出端口之间的环线长度为λ/4。

所述的输出端口位于微带外环线外侧，并将外环线均分为N段，每段的长度为λ/2。

所述的开路枝节位于微带外环线内侧，并将外环线均分为2N段，每段的长度为λ/4，且其中一个开路线与输入端口处于相对位置。

本发明是一种结构新颖、简单、实用的双频段射频放大器匹配网络，可同时提供两个频段上的多路等功率分配。其主要特点是：采用平面结构实现，体积较小，适合于系统集成和微带线实现；可以在任意两个频段内同时工作，有效缩减多频通信系统的体积和成本。

附图说明

图1是本发明双频带微带平面多路功分器的原理示意图

图2是本发明双频带微带平面多路功分器应用于3路功分器实施例的原理示意图

图3是本发明双频带微带平面多路功分器应用于5路功分器实施例的原理示意图

图4是本发明双频带微带平面多路功分器应用于3路功分器实施例的实物图

图5是本发明双频带微带平面多路功分器应用于5路功分器实施例的实物图

图6是本发明双频带微带平面多路功分器应用于3路功分器实施例的仿真与测试图

图7是本发明双频带微带平面多路功分器应用于5路功分器实施例的仿真与测试图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2所示，本实施例为可同时工作在1.9GHz和3.5GHz的双频带3路功分器。包括：介质基板，输入端口，输出端口，微带外环线，开路枝节。

所述的介质基板相对介电常数为2.66，厚度为20mil。

所述的输入端口、输出端口，采用标准的SMA接头，特征阻抗为50Ω。

所述的微带外环线，特性阻抗为66Ω，周长为170mm。

所述的开路枝节，共6条，特性阻抗为108Ω，长度为28mm。

所述的输入端口，位于两个输出端口之间，输入端口与输出端口之间的环线长度为28mm。

所述的输出端口，位于外环线外侧，将外环3等分。输出端口之间的环线长度为57mm。

所述的开路枝节，位于外环线内侧，将外环6等分。枝节之间的环线长度为28mm。

如图5所示，本实施例为可同时工作在1.9GHz和3.5GHz的双频带5路功分器。包括：介质基板，输入端口，输出端口，微带外环线，开路枝节。

所述的介质基板相对介电常数为2.66，厚度为20mil。

所述的输入端口、输出端口，采用标准的SMA接头，特征阻抗为50Ω。

所述的微带外环线，特性阻抗为51Ω，周长为283mm。

所述的开路枝节，共10条，特性阻抗为84Ω，长度为28mm。

所述的输入端口，位于两个输出端口之间，输入端口与输出端口之间的环线长度为28mm。

所述的输出端口，位于外环线外侧，将外环5等分。输出端口之间的环线长度为57mm。

所述的开路枝节，位于外环线内侧，将外环10等分。枝节之间的环线长度为28mm。

Claims (5)

1.双频带平面多路功分器，包括1个输入端口，N个输出端口，微带外环线，2N个开路枝节，其中N＝3，5，7......，为功分器的输出通路数量，其特征是：同时提供两个频段上的N路等比例功率分配，所述的微带外环线，是由微带线制成的圆环结构，微带外环线的设计参数为：

$Z_1=\frac{2Z_0}{\sqrt{N}\left|\cos \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)\right|},$

l₁＝Nλ/2，

其中，Z₁为微带线的特性阻抗，

f₁是两个工作频率中较小的频率，f₂是两个工作频率中较大的频率，Z₀为系统阻抗，在一般射频系统中为50Ω，l₁为圆环的周长，λ为f₁和f₂中心频率的波长，所述的开路枝节，是末端开路的微带线枝节，开路枝节的设计参数为：

$Z_2=\frac{Z_0}{\sqrt{N}\sin \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)\tan \left(\frac{\mathrm{\δ\π}}{2}\right)},$

l₂＝λ/4，

输入端口的位置为某两个相邻输出端口正中间，且输入端口与输出端口之间的环线长度为λ/4，输出端口的位置为微带外环线外侧，并将外环线均分为N段，每段的长度为λ/2，开路枝节的位置为微带外环线内侧，并将外环线均分为2N段，每段的长度为λ/4，且其中一个开路枝节与输入端口处于相对位置。

2.如权利要求1所述的双频带平面多路功分器，其特征是：该功分器在平面结构上实现。

3.如权利要求1所述的双频带平面多路功分器，其特征是：该功分器所工作的两个频率自由定义，即f₁，f₂为任意值。

4.如权利要求1所述的双频带平面多路功分器，其特征是：所述的1个输入端口为功分器的输入端，输入端口在两个工作频率上实现同时匹配到50Ω。

5.如权利要求1所述的双频带平面多路功分器，其特征是：所述的N个输出端口为功分器的50Ω输出端，输入的功率被等分成N份，并从N个输出端口输出。

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