CN103107398A

CN103107398A - 一进四出的功率分配器

Info

Publication number: CN103107398A
Application number: CN2012101902691A
Authority: CN
Inventors: 蔡文才; 李宇峰
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: US20130120078A1; TW201320460A; CN103107398B; TWI505545B; US9019041B2

Abstract

一种一进四出的功率分配器。该一进四出的功率分配器工作在一特定频段，并包括：第一微带线功率分配器，具有一输入端及二输出端；第一四分之一波长微带线，其一端与第一微带线功率分配器的其中一输出端电耦接；第二微带线功率分配器，具有一输入端及二输出端，其输入端与第一四分之一波长微带线的另一端电耦接；第二四分之一波长微带线，其一端与第一微带线功率分配器的其中另一输出端电耦接；以及第三微带线功率分配器，具有一输入端及二输出端，其输入端与第二四分之一波长微带线的另一端电耦接。本发明可改善在特定频率处反射系数不佳问题，增加功率分配器的工作带宽，并可降低成本、节省人工工时及提高工作稳定性。

Description

一进四出的功率分配器

技术领域

本发明涉及一种一进四出的功率分配器，特别是指一种微带线结构的一进四出的功率分配器。

背景技术

参见图1所示，公知的一种一进四出的功率分配电路1是由三个一进二出的绕线式变压器（transformer）11、12、13和多个电阻（图未示）所构成，但采用绕线式变压器存在一些缺点：1、元件成本较高；2、焊接前需以人工整理绕线式功率分配器的引脚，方可进行焊接，因此只能采用人工焊接，无法使用SMT技术焊接，花费工时较长；3、绕线式变压器以人工焊接引脚，会因为不同人焊接而在特性上出现差异。

因此，为降低成本、焊接工时以及不同人焊接所可能产生的特性差异，公知的一种以微带线功率分配器（power divider）为设计基础的微带线结构的功率分配器应运而生。如图2所示，即为公知的一种采用3组单段的一输入二输出微带线结构的功率分配器21、22、23所构成的一进四出的功率分配器2，但是由图3模拟一进四出的功率分配器2呈现该一进四出的功率分配器2的S参数可以发现，其在工作频率50MHz及700MHz处的反射系数S（1，1）不佳，造成工作带宽不足，以致无法适用在50MHz~806MHz这一工作频段范围。

因此，需要提供一种一进四出的功率分配器来解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的目的，即在于提供一种一进四出的功率分配器，其可改善以微带线功率分配器为设计基础的微带线结构的一进四出的功率分配器的工作带宽。

为达到上述目的，本发明的一进四出的功率分配器工作在一特定频段，并包括：一第一微带线功率分配器、一第一四分之一波长微带线、一第二微带线功率分配器、一第二四分之一波长微带线以及一第三微带线功率分配器；该第一微带线功率分配器具有一输入端及二输出端；该第一四分之一波长微带线的长度为该特定频段其中的一个特定频率的信号的四分之一波长，且其一端与该第一微带线功率分配器的其中一输出端电耦接，其特性阻抗与该输出端的输出阻抗相同；该第二微带线功率分配器具有一输入端及二输出端，其输入端与该第一四分之一波长微带线的另一端电耦接，且该输入端的输入阻抗与该第一四分之一波长微带线的特性阻抗相同；该第二四分之一波长微带线的长度为该特定频率的信号的四分之一波长，且其一端与该第一微带线功率分配器的其中另一输出端电耦接，且其特性阻抗与该另一输出端的输出阻抗相同；该第三微带线功率分配器具有一输入端及二输出端，其输入端与该第二四分之一波长微带线的另一端电耦接，并且该输入端的输入阻抗与该第二四分之一波长微带线的特性阻抗相同。

较佳地，该第一微带线功率分配器、第二微带线功率分配器及第三微带线功率分配器皆是以Wilkinson功率分配器为设计基础的微带线结构的功率分配器。

较佳地，该第一微带线功率分配器、第二微带线功率分配器及第三微带线功率分配器皆包括一条与输入端连接的第一微带线，两条串接在输入端与其中一输出端之间的第二微带线及第三微带线，两条串接在输入端与其中另一输出端之间的第四微带线及第五微带线，以及一并接在第二微带线与第三微带线的接点和第四微带线与第五微带线的接点之间的输出电阻，且该第一、第三及第五微带线的特性阻抗为Z₀，该第二及第四微带线的特性阻抗为较佳地，Z₀为75欧姆。

较佳地，该第一微带线功率分配器其中的一个输出端的输出阻抗等于该第三微带线的特性阻抗，其中另一输出端的输出阻抗等于该第五微带线的特性阻抗，且该第一、第二及第三微带线功率分配器的输入端的输入阻抗等于该第一微带线的特性阻抗。

较佳地，该一进四出的功率分配器还包括五个电阻，分别串接在该第一微带线功率分配器的输入端、该第二微带线功率分配器的两个输出端以及该第三微带线功率分配器的两个输出端。

较佳地，该特定频段为50MHz～806MHz，该特定频率为700MHz，且该第一及第二四分之一波长微带线的特性阻抗为75欧姆，且该电阻的阻值为15欧姆。

本发明的功效在于藉由在第一微带线功率分配器与第二微带线功率分配器之间加入第一四分之一波长微带线，以及在第一微带线功率分配器与第三微带线功率分配器之间加入第二四分之一波长微带线作为阻抗匹配，改善了在特定频率(700MHz)的反射系数不佳问题，增加了一进四出的功率分配器的工作带宽；并藉由在第一微带线功率分配器的输入端、第二微带线功率分配器的两个输出端以及第三微带线功率分配器的两个输出端分别串接一电阻，改善了在特定频率(50MHz)处阻抗过低而造成反射系数较差的现象，进一步增加了一进四出的功率分配器的工作带宽，使其能工作在更低的频段，藉此取代绕线式的变压器并工作在上述特定频段中，进而达到降低成本、节省人工工时及提高工作稳定性的功效和目的。

附图说明

图1是公知的采用绕线式变压器所构成的一种一进四出的功率分配电路；

图2是公知的一种采用3组单段的一输入二输出微带线结构功率分配器所构成的一进四出的功率分配器；

图3是模拟图2的一进四出的功率分配器所测得的S参数曲线图；

图4是本发明的一进四出的功率分配器的第一较佳实施例的电路示意图；

图5是模拟图4的第一实施例的一进四出的功率分配器所测得的S参数曲线图；

图6显示第一实施例的一进四出的功率分配器工作在特定频段50MHz~806MHz的输入阻抗及输出阻抗曲线图；

图7是本发明的一进四出的功率分配器的第二较佳实施例的电路示意图；

图8是第二实施例的一进四出的功率分配器的实体电路示意图；以及

图9是模拟第二实施例的一进四出的功率分配器所测得的S参数曲线图。

主要组件符号说明：

3 一进四出的功率分配器

31 第一微带线功率分配器

32 第一四分之一波长微带线

33 第二微带线功率分配器

34 第二四分之一波长微带线

35 第三微带线功率分配器

311、331、351 输入端

312、313、332、333、352、353 输出端

314、334、354 第一微带线

315 第二微带线

316 第三微带线

317 第四微带线

318 第五微带线

R₀ 输出电阻

R 电阻

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

参见图4所示，图4是本发明的一进四出的功率分配器的第一较佳实施例，本实施例的一进四出的功率分配器3制作在一印刷电路板上且工作在一特定频段，并包括一第一微带线功率分配器31、一第一四分之一波长微带线32、一第二微带线功率分配器33、一第二四分之一波长微带线34及一第三微带线功率分配器35。

第一微带线功率分配器31、第二微带线功率分配器33及第三微带线功率分配器35皆是以Wilkinson功率分配器为设计基础的微带线结构的功率分配器，并分别具有一输入端311、33l、351及二输出端312、313、332、333、352、353；且每一功率分配器3l、33、35(以功率分配器31为例)，包括一与输入端311连接的第一微带线314，两条串接在输入端311与其中一输出端312之间的第二微带线315及第三微带线316，两条串接在输入端311与其中另一输出端313之间的第四微带线317及第五微带线318，以及一并接在第二微带线315与第三微带线316的接点和第四微带线317与第五微带线318的接点之间的输出电阻R₀。

且在本实施例中，一进四出的功率分配器3工作的特定频段为50MHz～806MHz，而其中第二及第四微带线315、317的长度为特定频段其中的一个特定频率的信号的四分之一波长，且该特定频率为工作频段的中心频率428MHz，而该四分之一波长微带线的长度会因为微带线曲折次数增加而增加(如图8所示)，主要是在实际布线线时，为得到较小的布线面积，而使用曲折线的方式来布线，而这个布线方法会造成线与线的耦合效应，在较小的耦合效应下，需要较长的微带线的长度才能保持工作频率不变。第一微带线314主要是功率分配器3的输入微带线，一般在布线时尽量避免较长的线长，主要可避免功率分配器有过大的损耗，而第三微带线316与第五微带线318为功率分配器3的输出微带线，在设计上需越短越好。第一、第三及第五微带线314、316、318的特性阻抗为Z₀，第二及第四微带线315、317的特性阻抗为

且在本实施例中Z₀为75欧姆。本实施例中的印刷电路板的绝缘基板材质是使用FR4，FR4的介电系数通常落于4～4.7之间，在此取其中间值4.4。计算微带线长宽，除介电系数外，还需要绝缘基板厚度(实施例为O.8mm)、正切损耗(实施例为0.0245)、金属层厚度(实施例为O.035mm)及计算所需的参考频率点。在以TRL(传输线)计算软件(例如serenade)计算时，输入上述参数即可求得上述微带线的长宽。但在不同材质的绝缘基板上，其设计方法不变，只有计算得到的微带线尺寸会有所不同。藉此，使得第一微带线功率分配器31、第二微带线功率分配器33及第三微带线功率分配器35的输入端311、331、351的输入阻抗以及二输出端312、313、332、333、352、353的输出阻抗与第一、第三及第五微带线314、316、318的特性阻抗Z₀相同，即75欧姆。

第一四分之一波长微带线32的一端与第一微带线功率分配器31的其中一输出端312电耦接，其长度为上述特定频段其中的一个特定频率，即700MHz的信号的四分之一波长(以700MHz为中心频率计算得到的四分之一波长微带线)，且其特性阻抗与第一微带线功率分配器31的输出端312的输出阻抗(或第三微带线316的特性阻抗Z₀)相同，即75欧姆。且第二微带线功率分配器33的输入端331与第一四分之一波长微带线32的另一端电耦接，且其输入端33l的输入阻抗(或第一微带线334的特性阻抗Z₀)与第一四分之一波长微带线32的特性阻抗相同。

第二四分之一波长微带线34的一端与第一微带线功率分配器31的其中另一输出端313电耦接，其长度与第一四分之一波长微带线32相同，为上述特定频段其中的该特定频率，即700MHz的信号的四分之一波长，且其特性阻抗与第一微带线功率分配器31的另一输出端313的输出阻抗（或第五微带线318的特性阻抗Z₀）相同，即75欧姆。且第三微带线功率分配器35的输入端351与第二四分之一波长微带线34的另一端电耦接，且其输入端351的输入阻抗（或第一微带线354的特性阻抗Z₀）与第二四分之一波长微带线34的特性阻抗相同。

且在此实施例中，第一四分之一波长微带线32的总长度需包含第三微带线316，同理，第二四分之一波长微带线34的总长度需包含第五微带线318。

因此，藉由加入第一四分之一波长微带线32在第一微带线功率分配器31与第二微带线功率分配器33之间，以及加入第二四分之一波长微带线34在第一微带线功率分配器31与第三微带线功率分配器35之间作为阻抗匹配，参见图5所示，使用Microwave Office来作分析模拟，从本实施例的一进四出的功率分配器3工作在特定频段50MHz~806MHz所得到的S参数，可以发现在特定频率700MHz附近的反射系数S（1，1）都小于-8dB，与上述公知的一进四出的功率分配器2相比，有效增加了本实施例的一进四出的功率分配器3的工作带宽。不过也可看见其在工作频率50MHz的反射系数仍然大于-8dB，原因在于，由图6所示的本实施例的一进四出的功率分配器3工作在特定频段50MHz~806MHz的输入阻抗及输出阻抗，可以发现本实施例的一进四出的功率分配器3工作在50MHz时的特性阻抗呈现低阻抗，较难与75欧姆阻抗匹配，因而造成本实施例工作在50MHz时的反射系数特性不佳。

因此，如图7所示，本发明的一进四出的功率分配器的第二较佳实施例，是在原先第一实施例的一进四出的功率分配器3的第一微带线功率分配器31的输入端311、第二微带线功率分配器33的两个输出端332、333以及第三微带线功率分配器35的两个输出端352、353分别串接一个电阻R来增加一进四出的功率分配器3的输入及输出阻抗，且电阻R的阻值约在10欧姆左右，在本实施例中是以15欧姆为例，当然电阻R的阻值并非限定在10欧姆左右，主要是以最低工作频率例如本实施例的50MHz的反射系数的高低来决定其阻值，来对应地适当调整电阻R的阻值。且本实施例的一进四出的功率分配器的实体电路示意图如图8所示。

藉此，从图9所示的模拟本实施例的一进四出的功率分配器工作在特定频段50MHz~806MHz所得到的S参数，可以发现反射系数S（1，1）从50MHz到806MHz都在-10dB以下，特性相当不错，而且传输系数S（2，1）也未小于-10dB。

综上所述，上述实施例利用在第一微带线功率分配器31与第二微带线功率分配器33之间加入第一四分之一波长微带线32，以及在第一微带线功率分配器31与第三微带线功率分配器35之间加入第二四分之一波长微带线34，作为阻抗匹配，改善了在特定频率700MHz处的反射系数不佳的问题，增加了一进四出的功率分配器3的工作带宽；并藉由在第一微带线功率分配器31的输入端311、第二微带线功率分配器33的两个输出端332、333以及第三微带线功率分配器35的两个输出端352、353分别串接电阻R，改善了在频率50MHz处阻抗过低而造成反射系数较差的现象，进一步增加了一进四出的功率分配器3的工作带宽，并使其能工作在更低的频段。此外本发明藉由改善微带线架构的一进四出的功率分配器的特性，使其可以取代绕线式的变压器并工作在上述特定频段中，进而达到降低成本、节省人工工时及提高工作稳定性的功效和目的。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，应当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是根据本发明权利要求书的范围及发明说明书内容所作的简单的等同变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种一进四出的功率分配器，该一进四出的功率分配器工作在一特定频段，并包括：

一第一微带线功率分配器，该第一微带线功率分配器具有一输入端及二输出端；

一第一四分之一波长微带线，该第一四分之一波长微带线的长度为该特定频段其中的一个特定频率的信号的四分之一波长，且该第一四分之一波长微带线的一端与该第一微带线功率分配器的其中一输出端电耦接，该第一四分之一波长微带线的特性阻抗与该输出端的输出阻抗相同；

一第二微带线功率分配器，该第二微带线功率分配器具有一输入端及二输出端，该第二微带线功率分配器的输入端与该第一四分之一波长微带线的另一端电耦接，且该输入端的输入阻抗与该第一四分之一波长微带线的特性阻抗相同；

一第二四分之一波长微带线，该第二四分之一波长微带线的长度为该特定频率的信号的四分之一波长，且该第二四分之一波长微带线的一端与该第一微带线功率分配器的其中另一输出端电耦接，且该第二四分之一波长微带线的特性阻抗与该另一输出端的输出阻抗相同；以及

一第三微带线功率分配器，该第三微带线功率分配器具有一输入端及二输出端，该第三微带线功率分配器的输入端与该第二四分之一波长微带线的另一端电耦接，并且该输入端的输入阻抗与该第二四分之一波长微带线的特性阻抗相同。

2.根据权利要求1所述的一进四出的功率分配器，其中该第一微带线功率分配器、该第二微带线功率分配器及该第三微带线功率分配器皆是以Wilkinson功率分配器为设计基础的微带线结构的功率分配器。

3.根据权利要求1或2所述的一进四出的功率分配器，其中该第一微带线功率分配器、该第二微带线功率分配器及该第三微带线功率分配器皆包括一条与输入端连接的第一微带线，两条串接在输入端与其中一输出端之间的第二微带线及第三微带线，两条串接在输入端与其中另一输出端之间的第四微带线及第五微带线，以及一并接在该第二微带线与该第三微带线的接点和该第四微带线与该第五微带线的接点之间的输出电阻，且该第一、第三及第五微带线的特性阻抗为Z₀，该第二及第四微带线的特性阻抗为

4.根据权利要求3所述的一进四出的功率分配器，其中Z₀为75欧姆。

5.根据权利要求3所述的一进四出的功率分配器，其中该第一微带线功率分配器其中的一个输出端的输出阻抗等于该第三微带线的特性阻抗，其中另一输出端的输出阻抗等于该第五微带线的特性阻抗，且该第一、第二及第三微带线功率分配器的输入端的输入阻抗等于该第一微带线的特性阻抗。

6.根据权利要求1或2所述的一进四出的功率分配器，还包括五个电阻，该五个电阻分别串接在该第一微带线功率分配器的输入端、该第二微带线功率分配器的两个输出端以及该第三微带线功率分配器的两个输出端。

7.根据权利要求1或2所述的一进四出的功率分配器，其中该特定频段为50MHz~806MHz，且该特定频率为700MHz。

8.根据权利要求6所述的一进四出的功率分配器，其中该特定频段为50MHz~806MHz，该特定频率为700MHz，且该第一及第二四分之一波长微带线的特性阻抗为75欧姆，且该电阻的阻值为15欧姆。