CN104022335A - 一种任意相差谢夫曼移相功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信领域，特别涉及一种可应用于相控阵双波束馈电网络的任意相差谢夫曼移相功分器，包括Wilkinson功分电路，谢夫曼移相电路以及馈线电路，其中，Wilkinson功分电路的输入端为微波信号输入端口，Wilkinson功分电路的一输出端与谢夫曼移相电路连接，另一输出端与馈线电路连接，两路输出端口分别为移相输出口和基准输出口。本发明通过调整谢夫曼移相电路的耦合线长度L和耦合线间距D，可实现在20%带宽内，基准输出口相位保持不变，移相输出口和基准输出口相位差为任意值的目的。利用本发明，可以设计输出端口相位差为任意相差的1分2功分器组，用于组成双波束馈线网络。
Description
技术领域
本发明涉及电子通信领域，特别涉及一种任意相差谢夫曼移相功分器，用于相控阵双波束接收天馈线系统，实现一路微波信号分为两路等幅不等相的双波束信号的微波功率分配装置，且相位差可设置为任意值。
背景技术
现代移动通信天线中，功分器在天线馈电网络里起着重要的作用。目前，为了实现不同端口之间存在一定的相位差的目的，一般都采用增加延迟线或者在输出端口后面接不同长度的电缆，该方法存在一定的不足，即在一定频段内，端口之间的相位差起伏较大，往往不能很好满足某些系统的指标要求。
目前，一相控阵雷达接收网络要求实现天线馈送双波束信号，需要功分器在20%的相对带宽内，输出端口间所输出信号的相位差在0～360°内按一定规律分布。而采用传统的馈电网络中，增加延迟线或者使用不同长度电缆的方法，当端口之间所需要的相位差变大的时候，频带内输出端口之间的相位差起伏也会越来越大，无法满足相控阵雷达天馈线系统要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种任意相差谢夫曼移相功分器，以解决使用传统增加延迟线或者使用不同长度电缆的方法导致的当端口之间所需要的相位差越大的时候，频带内输出端口之间相位差起伏会越来越大，而不能提供一种相位差起伏较小的任意相差的功分器的问题。
为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种任意相差谢夫曼移相功分器，包括Wilkinson功分电路，谢夫曼（Schiffman）移相电路以及馈线电路，其中，所述Wilkinson功分电路的输入端为微波信号输入端口，所述Wilkinson功分电路的一输出端与所述谢夫曼移相电路连接，所述Wilkinson功分电路的另一输出端与所述馈线电路连接; 所述谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口，所述馈电电路的输出端口为基准输出口；其中，根据所需的所述移相功分器输出两路信号相差的不同，将所述谢夫曼移相电路中的耦合线长度L以及耦合线间距D设计为不同值。
较佳地，所述Wilkinson功分电路的一输出端与一个所述谢夫曼移相电路连接。
较佳地，所述Wilkinson功分电路的一输出端与两个所述谢夫曼移相电路连接；其中，两个所述谢夫曼移相电路串联连接，两个所述谢夫曼移相电路中的一个谢夫曼移相电路与所述Wilkinson功分电路的一输出端连接，另一个谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口。
本发明通过将谢夫曼移相电路与Wilkinson功分电路的一输出端连接，通过调整所述谢夫曼电路中的耦合线长度L和耦合线间距D，即可对Wilkinson功分电路的一路信号进行移相，从而实现了通过预先设置不同的耦合线长度L和耦合线间距D使该移相功分器输出的两路信号为所需的任意值的目的。
进一步地，当Wilkinson功分电路的其中一个输出端连接1个谢夫曼移相电路时，可满足移相输出口和基准输出口的输出信号相位差为低于180°中任意值的需求；当Wilkinson功分电路的其中一个输出端连接2个谢夫曼移相电路时，可满足移相输出口和基准输出口的输出信号相位差为高于180°中任意值的需求，即所需两路信号相位差在0°到360°之间任意值时均可通过设置该2个谢夫曼移相电路的不同的耦合线间距D和耦合线长度L实现。
另外，该移相功分器结构简单，其所输出的两路信号实现了相位差起伏及幅度起伏均较低、隔离度较好的良好效果，较好地满足了相控阵雷达接收网络对任意相位差双波束信号的要求。
附图说明
图1为本发明的任意相差谢夫曼移相功分器的实施例1的电路示意图；
图2为图1实施例的仿真三端口驻波曲线图；
图3为图1实施例的仿真输出端口损耗曲线图；
图4为图1实施例的仿真输出端口相位差曲线图；
图5为图1实施例的仿真输出端口隔离曲线图；
图6为本发明的任意相差谢夫曼移相功分器的实施例2的电路示意图；
图7为图6实施例的仿真三端口驻波曲线图；
图8为图6实施例的仿真输出端口损耗曲线图；
图9为图6实施例的仿真输出端口相位差曲线图；
图10为图6实施例的仿真输出端口隔离曲线图。
标号说明：1-Wilkinson功分电路，2-谢夫曼移相电路，3-馈线电路，Vin-输入口，Vb-基准输出口，Vm-移相输出口。
具体实施方式
以下结合本发明的优选实施例对本发明做进一步的描述。
一相控阵雷达需要若干1分2的等幅不等相功分器，要求在工作频段内，相位差起伏小于5°，幅度差起伏在0.5dB以内。常规的延迟线电路形式或者采用不同长度电缆的电路形式无法满足相位差要求，为了在0°到360°实现任意相差功分器，因此本发明提出任意相差谢夫曼移相功分器，该移相功分器包括Wilkinson功分电路1，谢夫曼移相电路2以及馈线电路3。其中， Wilkinson功分电路1的输入端即为微波信号的输入口Vin， Wilkinson功分电路1的一输出端与谢夫曼移相电路2连接，谢夫曼移相电路的输出端口即为移相输出口 Vm 。Wilkinson功分电路1的另一输出端与馈线电路3连接，馈电电路3的输出端口即为基准输出口Vb。
该移相功分器可根据所需两路信号相差的不同，将谢夫曼移相电路2中的耦合线长度L以及耦合线间距D设计为不同值，从而实现输出的两路信号相差满足任意值的目的。
优选地，本发明的移相功分器具体实施有以下两种可选方式，即根据所需的移相功分器的两路信号相差的不同，设计的移相功分器可包含一个或两个谢夫曼移相电路2，具体实施例说明如实施例1和实施例2。
实施例1：
参阅图1，为本发明的任意相差谢夫曼移相功分器的优选实施例1。如图1所示，该功分器由1个1分2的Wilkinson功分电路、1个谢夫曼移相电路和1个一般的馈线电路组成。其中，Wilkinson功分电路的输入端为微波信号输入端口Vin， Wilkinson功分电路的一输出端与谢夫曼移相电路连接，另一输出端与所述馈线电路连接。谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口Vm，馈电电路的输出端口为基准输出口Vb。
实施例1中的1分2的Wilkinson二分器采用传统理论设计，其两个输出端口具有较高的隔离度，调整谢夫曼移相电路的时不会影响另外一路电路中的信号。
谢夫曼移相电路中的耦合线长度L以及耦合线间距D决定着输出端口的电特性。耦合线长度L决定输入信号相移值的大小，而耦合线间距D决定了输入信号相移的相位起伏。所需的相移值越大，该移相电路中的耦合线长度L越短，耦合线间距间距D越窄。当输出端口相位差小于130°时候，D取0.6 mm，输出端口相差为0°时候，L取15.53mm，相差每增加1°，L值减少0.02mm；当输出端口相位差大于130°，小于160°，D取0.4 mm，输出端口相差为130°时候，L取12.87mm，相差每增加1°，L值减少0.01mm；当输出端口相位差大于160°，小于180°，D取0.2 mm，输出端口相差为130°时候，L取12.35 mm，相差每增加1°，L值减少0.008mm。从而实现输出端口输出0°到180°的任意相差信号。
实施例1实现了输出端口相位差为120°。
图2是实施例1的仿真三端口驻波曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本方案1中的120°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，三个端口驻波VSWR在通带内小于1.5。
图3是实施例1的仿真输出端口插入损耗曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例中的120°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，输入口到两个输出口的插入损耗范围为-3.6dB～-3.4dB。
图4是实施例1的仿真输出端口相位差曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表相位差幅度变量，单位度。如图所示，本实施例中的120°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，输入口到两个输出口的相位差小于±1°。
图5是实施例1的仿真输出端口隔离曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表端口隔离幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例中的120°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，两个输出端口隔离小于-18dB，在整个工作频带内具有良好的性能。
实施例2：
参阅图6，为本发明的任意相差谢夫曼移相功分器的优选实施例2。
实施例2的功分器结构如图6所示。该功分器由1个1分2的Wilkinson功分电路、2个谢夫曼移相电路和1个一般的馈线电路组成。其中，Wilkinson功分电路的输入端为微波信号输入端口Vin、， Wilkinson功分电路的一输出端与2个谢夫曼移相电路连接，另一输出端与所述馈线电路连接。2个谢夫曼移相电路串联连接，两个谢夫曼移相电路中的一个谢夫曼移相电路与所述Wilkinson功分电路的一输出端连接，另一个谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口Vm，馈电电路的输出端口为基准输出口Vb。
实施例2中的1分2的Wilkinson二分器采用传统理论设计，其两个输出端口具有较高的隔离度，调整谢夫曼移相电路的时不会影响另外一路电路中的信号。
谢夫曼移相电路中的耦合线长度L以及耦合线间距D决定着输出端口的电特性。耦合线长度L决定输入信号相移值的大小，而耦合线间距D决定了输入信号相移的相位起伏。当所需的相位差超过180°的时候，对于只具有一个谢夫曼移相电路的移相功分器，其谢夫曼移相电路的耦合线间距将小于0.1mm，工程上难以保证，因此需要引入2个谢夫曼移相电路实现大相位差。通过调整2个串接的谢夫曼移相电路耦合线间距D和耦合线长度L，即可实现两输出端口信号相差在180°到360°间的任意值。
当然，本实施例的移相功分器可实现输出信号相差为在0°到360°之间任意值，考虑到多增加一个谢夫曼移相电路后，电路调制过程复杂，且输出信号相差起伏也会增加，因此需要0°到180°相差信号时，优选实施例1中提供的移相功分器。
实施例2通过调整2个谢夫曼移相电路中的耦合线间距D和耦合线长度L，实现两输出端口信号的300°相位差。
图7是实施例2的仿真三端口驻波曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图所示，本实施例中的300°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，三个端口驻波VSWR在通带内小于1.5。
图8是实施例2的仿真输出端口插入损耗曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表插入损耗幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例中的300°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，输入口到两个输出口的插入损耗范围为-3.7dB ～ -3.4dB。
图9是实施例2的仿真输出端口相位差曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表相位差幅度变量，单位度。如图所示，本实施例中的300°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，输入口到两个输出口的相位差小于±2°。
图10是实施例2的仿真输出端口隔离曲线图。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表端口隔离幅度变量，单位dB。如图所示，本实施例中的300°相差功分器工作频带为4.8 GHz～6.0 GHz，两个输出端口隔离小于-18dB，在整个工作频带内具有良好的性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种任意相差谢夫曼移相功分器，其特征在于，包括Wilkinson功分电路、谢夫曼移相电路以及馈线电路，其中，所述Wilkinson功分电路的输入端为微波信号输入端口，所述Wilkinson功分电路的一输出端与所述谢夫曼移相电路连接，所述Wilkinson功分电路的另一输出端与所述馈线电路连接; 所述谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口，所述馈电电路的输出端口为基准输出口。
2.根据权利要求1所述的一种任意相差谢夫曼移相功分器，其特征在于，所述Wilkinson功分电路的一输出端与一个所述谢夫曼移相电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种任意相差谢夫曼移相功分器，其特征在于，所述Wilkinson功分电路的一输出端与两个所述谢夫曼移相电路连接；
其中，两个所述谢夫曼移相电路串联连接，两个所述谢夫曼移相电路中的一个谢夫曼移相电路与所述Wilkinson功分电路的一输出端连接，另一个谢夫曼移相电路的输出端口为移相输出口。
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