CN102820510A - 有源多路功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源多路功分器，包括：输入衰减器，用于接收射频信号；放大器，其输入端连接至输入衰减器，用于放大射频信号；无源功分器，设置为对称结构，用于将射频信号划分出多路支路信号；该无源功分器包括输入端与分路端，输入端连接至放大器的输出端，用于接收放大器输出的放大射频信号，分路端用于输出支路信号；输出衰减器，连接至无源功分器的分路端，用于对射频信号的输入信号与支路信号间的功率余量进行补偿。本发明所提供的有源多路功分器，在无源功分器基础上增加放大器、输入衰减器与输出衰减器，通过放大器和衰减器配合对功分器的分配损耗进行补偿，能够使输入功率和功分后输出的功率在误差范围内保持相等。

Description

有源多路功分器

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种有源多路功分器。

背景技术

功分器是将一路输入信号分成多路输出信号的微波器件。在大规模网络系统中需要用基本的单元结构组成大规模集成网络，比如拥有数十上百个通道的网络系统，需要功率分配网络将信号分配成数十上百路提供给阵列中每个传输单元，或者给每路接收机中的混频器提供需要的本振信号。现有的功分器在将一路输入信号分成多路输出信号后，较大功率的信号会因为功率分配，到输出端口时变为较小功率的信号。这样多级结构连接集成的网络会使输出功率不断地变小，端口间的信号彼此干扰，对系统中的其它电路结构会提出额外的要求，不利于作为大规模集成网络的基本单元。

因此，如何保持功分单元射频信号的输入功率与功率分配后每个输出端的输出功率在误差范围内相等，并且提高各个端口间的隔离度是一个需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种有源多路功分器与功分方法，保持射频信号的输入功率与功率分配后每个输出端的输出功率在误差范围内相等，并且提高各个端口间的隔离度。

为解决上述问题，本发明实施例提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种有源多路功分器，包括：输入衰减器用于接收射频信号。放大器，其输入端连接至输入衰减器，用于放大射频信号。设置为对称结构，用于将射频信号划分出多路支路信号；该无源功分器包括输入端与分路端，输入端连接至放大器的输出端，用于接收发达器输出的放大射频信号，分路端用于输出支路信号。输出衰减器，连接至无源功分器的分路端，用于对射频信号的输入信号与支路信号间的功率余量进行补偿。

优选的，所述无源功分器包括多个分路端，每个分路端均设置一个所述输出衰减器，形成支路信号传输通道。

优选的，所述输入衰减器与所述输出衰减器均为π型衰减器。

优选的，所述输入衰减器与所述输出衰减器均包括输入微带线，输出微带线，第一电阻，第二电阻，第三电阻与接地端，其中，所述第一电阻连接于所述输入微带线与所述输出微带线之间，所述第二电阻连接于所述输入微带线与所述接地端之间，所述第三电阻连接于所述输出微带线与所述接地端之间。

优选的，所述输入衰减器还包括输入转换接头，所述转换接头固定连接至所述输入微带线上；所述输入转换接头为同轴-微带转换接头或者波导-微带转换接头。

优选的，所述无源功分器包括一级或者多级功分器。

优选的，当所述无源功分器为多级功分器时，从无源功分器输入端口到每个输出端口的微带线电长度相等。

可以看出，采用本发明提供的有源多路功分器，通过放大输入信号补偿功率分配损耗，保持射频信号的输入功率与功率分配后每个输出端的输出功率在误差范围内相等，并且分路端的输出衰减器增加了支路信号间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明有源多路功分器的模块图；

图2是本发明有源多路功分器实施例的模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为有源多路功分器的模块图。该有源多路功分器包括输入衰减器1，放大器2，无源功分器3与输出衰减器4。

输入衰减器1用于输入射频信号。

放大器2，其输入端与连接至输入衰减器1，用于放大射频信号。放大器2的配置是根据无源功分器3的工作频率和放大器2的增益。放大器2的工作频段包含功分器的工作频率，且增益足够大能够补偿无源功分器3的全部分配损耗和传输线热损耗。

无源功分器3设置为对称结构，用于将射频信号划分出多路支路信号。该无源功分器3包括输入端与分路端，所述输入端连接至所述放大器的输出端，用于接收放大器2输出的放大射频信号，所述分路端用于输出所述支路信号。无源功分器3包括多个分路端，每个分路端均设置一个输出衰减器4，形成支路信号传输通道，支路信号传输通道之间相互隔离。输出衰减器4连接至无源功分器3的分路端，用于补偿射频信号输入与输出间的功率余量，具体为补偿分配多路支路信号所述产生的功率损耗，调节信号输入至输出过程中产生的功率衰减。

输入衰减器1与输出衰减器4均为π型衰减器。输入衰减器1与输出衰减器4均包括输入微带线，输出微带线，第一电阻，第二电阻，第三电阻与接地端，其中，第一电阻连接于输入微带线与输出微带线之间，第二电阻连接于输入微带线与接地端之间，第三电阻连接于输出微带线与接地端之间。其中，输入衰减器1还包括输入同轴接头，同轴接头固定连接至输入微带线上；输出衰减器4还包括输出同轴接头，输出同轴接头固定连接至输出微带线上。

在本实施方式中，无源功分器3的基础上增加放大器2、输入端衰减器和输出端衰减器组这几级电路，输入的射频信号经过放大器2放大后再经无源功分器3分配损耗和传输线热损耗减小，多余功率余量经过前后衰减器衰减补偿后，达到总的传输增益基本为0dB，输入端输入功率与功率分配后每个输出端的输出功率在误差范围内相等。

同时，每个分路端均设置一个输出衰减器4，每路射频信号由于端口反射要进入其它通道时由于衰减器的作用，反射信号要经过它本身通道中的衰减器和另一路通道的衰减器，经过两次衰减到达这个输出端时反射信号功率减小，加上无源功分器3的隔离度，使每个分路端各通道间能达到一个很高的隔离度。

在本实施例中，所述射频信号由输入端同轴接头进入，经过同轴到微带的转换到达微带电路，该结构采用将SMA头伸出来的内导体焊接在微带线上的方式。此过渡结构可替换为波导到微带的转换电路，应用于波导结构的系统中。而输入端π型衰减器和输出端π型衰减器组均采用高频电阻组合成π型网络实现。同时，放大器2还可包括放大器偏置电路、输入输出匹配电路以及隔直电路；放大器输出匹配电路可采用并联高频电容和高频电感实现；偏置电路根据放大器外围电路连接再加一些去耦电路如串联0欧姆电阻利于调试，并联去耦电容。

在本实施例中，由上述有源多路功分器组成的级联功分网络根据具体需要的功率分配路数可从基本的两路功分器设置为多级级联：主要是由输入端口电路、四分之一波长阻抗变换电路、输出端口电路组成，设计每一级输入电路微带线的长度使最终输出电路中相邻的每个输出端口几何距离相等，且从功分网络输入端口到每个输出端口的微带线电长度相等。

在本实施例中，设置输入端π型衰减器A和输出端π型衰减器组B₁，B₂，…，B_n是为了补偿放大器增益消耗在功分网络的分配损耗和微带线热损耗后剩下的余量，前后的衰减量可根据具体的电路指标要求调整高频电阻值调节；并且输出端的π型衰减器组可在功分器良好隔离性的基础上进一步增大输出端口间的隔离度。具体的来说：首先根据输出端高隔离度的要求，比较未加衰减器的功分器的隔离度与要求的隔离度，得到其差值，由增加衰减器后任一端口的反射信号到达另一端口都需要分别经过两个支路上的衰减器，可以确定输出衰减器的值为这个差值的一半，如输出隔离度要求为25dB，而未加衰减器时为15dB，则此时输出衰减器的值应该为5dB。然后根据放大电路增益、功分网络的分配损耗以及已选定的输出衰减器的值，通过功率叠加确定输入衰减器的值，使从输入端到输出端总的功率线性叠加的结果为0dB。

图2所示是有源多路功分器实施例的模块图。该实施例是应用于毫米波隐匿物体成像系统中的接收机模块，包括4GHz有源多路功分器40和2GHz有源多路功分器50。4GHz有源多路功分器40用于将频综单元60输出的4GHz本振信号分配成48路，然后放大输出给一次变频单元10混频器的本振输入端。2GHz有源多路功分器50用于将频综单元60输出的2GHz本振信号分配成48路，然后放大输出给二次变频单元20混频器的本振输入端。二次变频单元20降低信号频率并完成模拟信号至数字信号的转换后，将转换后的信号传输至数字处理机30，数字处理机30接收频综单元60与二次变频单元20的信号并处理信号。

本实施例中，4GHz的有源多路功分器为输入输出等功率有源8路功分器。微带线的制作材料为铜，微带线为50欧姆，介电常数为3.5，基板厚度为0.762mm；50欧姆微带线宽度选为1.68mm。输入端π型衰减器用1个33欧姆的微波电阻和2个160欧姆的微波电阻实现，输出端π型衰减器组用8个30欧姆的微波电阻和16个180欧姆共8组微波电阻实现。放大器2的工作频率为3-4GHz，增益为21dB，放大器输出匹配电路选用的并联电容为0.5pF，并联电感为2.2nH。无源功分器3采用三级共8路输出，阻抗变换电路微带线宽度选为0.96mm，第一级一分二功分器输出电路微带线长度为27mm，第二级为11.665mm，第三级为4mm。

2GHz的有源多路功分器为输入输出等功率有源8路功分器。微带线的制作材料为铜，微带线为50欧姆，介电常数为3.5，基板厚度为0.762mm；50欧姆微带线宽度选为1.678mm。输入端π型衰减器用1个47欧姆的微波电阻和2个130欧姆的微波电阻实现，输出端π型衰减器组用8个33欧姆的微波电阻和16个180欧姆共8组微波电阻实现。放大器2的工作频率为1.6-2.2GHz,增益为22.5dB，放大器输出匹配电路选用的并联电容为1.8pF，并联电感为16nH。无源功分器3采用三级共8路输出，阻抗变换电路微带线宽度选为0.935mm，第一级一分二功分器输出电路微带线长度为28mm，第二级为12.5mm，第三级为4mm。

本发明所公开的有源多路功分器与功分方法，在无源功分器基础上增加放大器、输入衰减器与输出衰减器，通过放大器和衰减器配合对功分器的分配损耗进行补偿，达到输入功率和功分后输出的功率在误差范围内保持相等。

专业人员还可以进一步应能意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的设备分组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明实施例。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有源多路功分器，其特征在于，包括：

输入衰减器，用于接收射频信号；

放大器，其输入端连接至所述输入衰减器，用于放大所述射频信号；

无源功分器，设置为对称结构，用于将所述射频信号分配为幅相一致的多路支路信号；该无源功分器包括输入端与分路端，所述输入端连接至所述放大器的输出端，用于接收放大器输出的放大射频信号，所述分路端用于输出所述支路信号；

输出衰减器，连接至所述无源功分器的分路端，用于对所述射频信号的输入信号与支路信号间的功率余量进行补偿。

2.根据权利要求1所述的有源多路功分器，其特征在于：所述无源功分器包括多个分路端，每个分路端均设置一个所述输出衰减器，形成支路信号传输通道。

3.根据权利要求1所述的有源多路功分器，其特征在于：所述输入衰减器与所述输出衰减器均为π型衰减器。

4.根据权利要求3所述的有源多路功分器，其特征在于：所述输入衰减器与所述输出衰减器均包括输入微带线，输出微带线，第一电阻，第二电阻，第三电阻与接地端，其中，所述第一电阻连接于所述输入微带线与所述输出微带线之间，所述第二电阻连接于所述输入微带线与所述接地端之间，所述第三电阻连接于所述输出微带线与所述接地端之间。

5.根据权利要求4所述的有源多路功分器，其特征在于：所述输入衰减器还包括输入转换接头，所述转换接头固定连接至所述输入微带线上；所述输入转换接头为同轴-微带转换接头或者波导-微带转换接头。

6.根据权利要求4所述的有源多路功分器，其特征在于：所述无源功分器包括一级或者多级功分器。

7.根据权利要求6所述的有源多路功分器，其特征在于：当所述无源功分器为多级功分器时，从无源功分器输入端口到每个输出端口的微带线电长度相等。

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