CN104064845A - 一种基于电阻式的超宽带六路功分器 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于电阻式的超宽带六路功分器，包括薄膜电阻，匹配微带线，连接盘；输入信号依次经过微带线、薄膜电阻进入连接盘；连接盘将输入信号均分为六路分别输出到六个支路，然后由各支路输出；连接盘为半圆形连接盘。本发明合理选择电阻值，并设计了专用的多路互联盘，同时实现了六路功分器0.1GHz～8GHz的超宽带和20mm×16mm的小型化，且性能优良，在全频带内幅度一致性优于2.1dB,输入驻波优于1.8，任一端口输出驻波优于1.52，隔离度优于14dB。

Description

一种基于电阻式的超宽带六路功分器

技术领域

本发明为一种基于电阻式的超宽带六路功分器，属于微波电路技术领域。

背景技术

在公开刊物及公开渠道上了解到的超宽带功分器主要有以下：多级Wilkinson功分器、分支线功分器和一些特殊功分器。但这些功分器尺寸较大，无法满足小型化整机集成的要求(尺寸要求至少小于20mm×60mm)，而且性能上也很难实现从0.15GHz到8GHz的跨越。

(1)Wilkinson功分器

经查新，在公开刊物及公开渠道上了解到的超宽带功分器，主要为Wilkinson形式。比如孙长友在《电子元件与材料》上发表了《宽带多节Wilkinson功率分配器的研制》。工作频带1.5～12GHz，2路功分尺寸为35mm×40mm，若要扩展为6路，一般需级联6个35mm×40mm的电路单元。频带和尺寸都无法满足我们的使用要求。赵兰等在第十三届全国微波能应用学术会议暨2007年国际工业微波节能高峰论坛上发表的《宽带Wilkinson功分器的研制》。工作频带4～12GHz，2路功分尺寸为20mm×16mm，若要扩展为6路，一般需级联6个20mm×16mm的电路单元。频带和尺寸同样无法满足我们的使用要求。

传统的两分Wilkinson功分器是由一对1/4波长特性阻抗为的传输线构成，Z0＝50Ω是功分器的匹配阻抗。

Wilkinson功分器具有隔离度高、功分端口相位一致性好、结构简单、能够实现各个端口同时匹配的优点。但是单节的Wilkinson功分器理论带宽只有百分之三十，要达到超宽带功分器要求的带宽，必须用多节Wilkinson功分器来展宽带宽。作为功分器的多节Wilkinson耦合器由一些四分之一波长线段组成，在每节末尾有电阻性终端。

该形式能够扩展带宽，通常能够做到1～8GHz，但依然无法实现0.1GHz～8GHz的频带跨越。而且电路需多级级联，尺寸很大。比如亚光微波生产的一分二功分器，尺寸为80mm×24mm量级，若要做到一分6路，一般还需级联5个80mm×24mm的电路单元。尺寸过大，满足不了温湿度探测仪接收机整机集成的要求。

(2)分支线功分器

传统的分支线功分器是由两对1/4波长，特性阻抗为和Z0的传输线构成，Z0＝50Ω是功分器的匹配阻抗。

该电路形式能通过多级级联方式扩展带宽，通常能够做到1～8GHz，但无法实现0.1GHz～8GHz的频带跨越。电路需多级级联，尺寸很大。比如narda公司生产的一款分支线功分器，尺寸为13mm×30mm量级，若要做到一分6路，一般还需级联5个13mm×30mm的电路单元。尺寸过大，满足不了温湿度探测仪接收机整机集成的要求。

(3)其他

还有一些比较特殊的功分器。比如《一种用于超宽带雷达馈电网络中的超宽带功分器》，专利号为CN201120474350.3。该专利采用三条微带线和一个扇形微带线枝节，以及一条槽线和两个扇形槽线枝节，制作超宽带功分器。《超宽带多路功分器》，专利号为CN201310005878.X该专利制作的超宽带多路功分器，包括具有开口端和封闭端的柱状体，还包括位于柱状体封闭端的盘状电路和围绕柱状体侧面的筒状电路。上述专利电路形式与本专利有本质区别，且电性能无法满足大气微波温湿度仪-微波接收机的需求。

更重要的是现有的多路功分器，均未仔细考虑多路互联的电路实现形式。造成多路功分器各路一致性不是很好，且驻波性能不佳。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种基于电阻式的超宽带六路功分器，实现了宽频带跨越、20mm×16mm尺寸小型化的多路功分器。

本发明的技术解决方案是：

一种基于电阻式的超宽带六路功分器包括：薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7，连接盘D；

输入信号依次经过微带线TL1、薄膜电阻R1进入连接盘D；

连接盘D将输入信号均分为六路分别输出到R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的支路，然后由各支路输出；

连接盘D为半圆形连接盘。

所述半圆形连接盘D为半径R＝2mm的半圆形连接盘。

所述R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的六个支路输出的电长度一致。

所述的薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7阻值相同，为35.7Ω。

所述的薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7的宽度与匹配微带线宽度相同。

所述匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7为50欧姆特征阻抗匹配微带线。

本发明与现有公开方法相比的优点在于：

(1)本发明实现了0.1GHz～8GHz超宽带多路和小型化功分器，并且在全频带内幅度一致性优于2.1dB，输入驻波优于1.8，任一端口输出驻波优于1.52，隔离度优于14dB，满足了在0.1～8GHz带宽范围内使用的特殊需求，同时尺寸为20mm×16mm，满足了同时把6路射频通道集成到一个整机里的需求；另外本发明采用半圆形连接盘用于多路互联，改善了驻波和一致性，经过大量实验发现取半径R＝2mm时，驻波最好，输出驻波从R＝5mm时的2.25，大幅提高到1.52，驻波发生质地改变。

(2)本发明考虑到大规模产品化要求，采用薄膜电阻，电阻阻值精确，无需手工焊接，使得电路一致性较高，通用性较强，可靠性较高。

附图说明

图1为本发明超宽带功分器原理图。

图2为电阻型超宽带功分器版图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1、2所示，本发明一种基于电阻式的超宽带六路功分器包括：薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7，连接盘D；

输入信号依次经过微带线TL1、薄膜电阻R1进入连接盘D；

连接盘D将输入信号均分为六路分别输出到R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的支路(R2、TL2组成一个支路，R3、TL3组成一个支路，以此类推，R7、TL7组成一个支路)，然后由各支路输出；

对于微波电路而言，为了满足各端口匹配的要求，理想的模式是从电路任一端口看入，特性阻抗都为Z₀。为扩展电路应用范围，我们希望电路7个端口中任一端口都是互易的。图2中薄膜电阻值均相同为R，从节点往2、3、4、5、6、7端口看去的输入阻抗为因此从1端口看入的该功分器的特性阻抗为要使特性阻抗为Z0,得出此时，任一端口匹配，能够得到好的驻波和隔离度。

通过简单的电压传输来看，信号输入1端口输入的电压为V1，通过分压计算在信号输出2、3、4、5、6、7端口所获得的电压就为V2＝V3＝V4＝V5＝V6＝V7＝V1/6，根据功率可以计算得到信号输出2、3端口得到的能量均为信号输入1端口能量的1/36，折合为15.6dB损耗。因此该电阻性功率分配器有大量的能量损耗在传输过程中。但通过牺牲损耗，获得了功分器正常工作必须的驻波和隔离度。经仿真，驻波为1.4,隔离度为15.6dB。而该接收机通过提高后级放大器增益可以补偿功分器的损耗，因此15.6dB的损耗可以满足接收机的使用需求。

电路采用陶瓷基片A493绘制。该基片介电常数ε_r＝9.9，基板物理性能稳定，适合电路的精确化设计。为保证传输线特性阻抗为50Ω，传输线线宽取W＝1mm；

薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7可以精确调阻，使得电阻值的精确性得到提高。根据前述推导，薄膜电阻的取Z₀＝50Ω，则R＝35.7Ω。取方阻为50Ω；薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7的宽度与匹配微带线宽度相同，电阻宽度取为匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7的宽度：1mm,电阻长度为0.7mm。匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7为50欧姆特征阻抗匹配微带线。

R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的六个支路输出的电长度一致。

七个电阻的连接处做了特别的设计，为了保证六个路输出的电长度一致，设计了一个连接盘D，连接盘D为半圆形连接盘，大量试验证明，半圆形连接盘的半径对输出驻波有影响，当半圆形连接盘D的半径取R＝2mm时，驻波最好，一致性也较优。

最终的测试结果满足指标要求。测试结果如下表所示：

表1性能测试表

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于包括：薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7，连接盘D；

输入信号依次经过微带线TL1、薄膜电阻R1进入连接盘D；

连接盘D将输入信号均分为六路分别输出到R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的支路，然后由各支路输出；

连接盘D为半圆形连接盘。

2.根据权利1所述的一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于：所述半圆形连接盘D为半径R＝2mm的半圆形连接盘。

3.根据权利1所述的一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于：所述R2、TL2，R3、TL3，R4、TL4，R5、TL5，R6、TL6，R7、TL7组成的六个支路输出的电长度一致。

4.根据权利1所述的一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于：所述的薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7阻值相同，为35.7Ω。

5.根据权利1所述的一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于：所述的薄膜电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7的宽度与匹配微带线宽度相同。

6.根据权利1所述的一种基于电阻式的超宽带六路功分器，其特征在于：所述匹配微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7为50欧姆特征阻抗匹配微带线。