CN105244583A - 一种新型的超带宽微带威尔金森功分器 - Google Patents

Abstract

一种新型的超带宽微带威尔金森功分器，属于微波工程领域。包括一个输入端口和n个输出端口，所述相邻的两个输出端口之间设置m个隔离电阻，所述输入端口与n个输出端口之间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线；第k路输出端口与k+1路输出端口之间的隔离电阻R_ki和第k-1路输出端口与k路输出端口之间的隔离电阻R_(k-1)i之间有间隔L，且0＜L＜1/4λ，i＝1,2,3…,m，k＝2,3…,n-1。本发明功分器可实现1～8GHz内功率的平均分配，且各端口匹配良好，各输出端口间良好隔离，回波损耗低，输出相幅一致性高。

Description

一种新型的超带宽微带威尔金森功分器

技术领域

本发明属于微波工程领域，具体涉及一种新型的超带宽微带威尔金森功分器。

背景技术

功率分配器(简称功分器)是指能将一路输入信号分成相同或不相同的两路或多路输出信号的器件，其可实现多路电磁信号的分配/合并，是射频电路中不可或缺的功能单元，除常用的二路功分器外，在天线阵列馈电网络、功率合成电路中常需要其他分路数的功分器，比如三路功分器。在对功率容量要求不高的场合，微带线三路功分器因具有重量轻、成本低、结构简单等优点，已广泛应用于移动通信、航空航天、雷达探测等领域。

根据电路不同，功分器可分为简单T型功分器与隔离功分器两种。简单T型功分器的各输出端之间无隔离电阻，能在较大的宽带下实现良好的功率分配比，但其隔离度较差。隔离功分器各输出端之间有隔离电阻，具有较高的隔离度。威尔金森功分器是一种常见的隔离功分器，其能实现等幅度、同相位功率分配，但其驻波特性有待提高。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的超带宽微带威尔金森功分器，该功分器可实现1～8GHz内功率的平均分配，且各端口匹配良好，各输出端口间良好隔离，回波损耗低，输出相幅一致性高。

本发明的技术方案如下：

一种新型的超带宽微带威尔金森功分器，其特征在于，包括一个输入端口和n个输出端口，所述相邻的两个输出端口之间设置m个隔离电阻，所述输入端口与n个输出端口之间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线；假设第一路输出端口与第二路输出端口之间的隔离电阻为R_1i，第二路输出端口与第三路输出端口之间的隔离电阻为R_2i，第k路输出端口与k+1路输出端口之间的隔离电阻为R_ki，其中，i＝1,2,3…,m，k＝2,3…,n-1；第k路输出端口与k+1路输出端口之间的隔离电阻R_ki和第k-1路输出端口与k路输出端口之间的隔离电阻R_(k-1)i之间有间隔L，且0＜L＜1/4λ。

进一步地，第一节阻抗变换器和最后一节阻抗变换器为弯曲结构，以保证n路输出的相位一致性。

一种新型的超带宽微带三路威尔金森功分器，其特征在于，包括输入端口1、第一输出端口2、第二输出端口3和第三输出端口4，所述相邻的第一输出端口2和第二输出端口3之间设置m个隔离电阻R_i，相邻的第二输出端口3和第三输出端口4之间设置m个隔离电阻R_i′；所述输入端口与第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线；所述第一输出端口2和第二输出端口3之间设置的隔离电阻R_i与第二输出端口3和第三输出端口4之间设置的隔离电阻R_i′之间有间隔L，且0＜L＜1/4λ，i＝1,2,3,…,m，保持隔离电阻相互错开的结构，以提高驻波特性。

进一步地，第一节阻抗变换器和最后一节阻抗变换器为弯曲结构，以保证三路输出的相位一致性。

进一步地，所述威尔金森功分器的输入端口和输出端口均采用50欧姆的微带传输线。

进一步地，所述多节阻抗变换器为切比雪夫多节阻抗变换器。

本发明的有益效果为：本发明新型的超带宽微带威尔金森功分器中，采用传统的多节阻抗变换线来扩展带宽，使功分器在超宽频带下仍有一定的隔离度；第二输出端口与第三输出端口之间的隔离电阻与第一输出端口和第二输出端口之间的隔离电阻之间有一定的间隔，采用错开不对称的结构，提高了驻波特性，提升了功分器的性能；本发明功分器可实现1～8GHz内功率的平均分配，且各端口匹配良好，各输出端口间良好隔离，回波损耗降低，输出相幅一致性高。

附图说明

图1为传统的微带形式的等分威尔金森功分器示意图；

图2为传统的微带形式的等分威尔金森功分器的等效传输线电路图；

图3为本发明新型的超带宽微带三路威尔金森功分器的拓扑结构电路图；

图4为本发明提出的新型的超带宽微带三路威尔金森功分器的仿真模型图；

图5为传统的1-8GHZ微带三路威尔金森功分器的输入端口驻波S11参数仿真结果；

图6为本发明实施例的1-8GHZ微带三路威尔金森功分器的输入端口驻波S11参数仿真结果；

图7为本发明实施例的1-8GHZ微带三路威尔金森功分器的23、34端口隔离度仿真结果；

图8为本发明实施例的1-8GHZ微带三路威尔金森功分器的2、3、4端口输出相位一致性仿真结果；

图9为本发明实施例的1-8GHZ微带三路威尔金森功分器的各路插损仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步介绍。

本发明提出的一种新型的超带宽微带三路威尔金森功分器，此种功分器在传统功分器的基础上加入了隔离电阻，提高了各输出端口之间的隔离度。微带线形式的等分威尔金森功分器结构如图1所示。采用特征阻抗Z₀归一化所有阻抗，其等效传输线电路如图2所示。采用奇-偶模分析法对等效传输线电路分析，得到其S参数矩阵如下：

$\[s\]=\frac{-1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{ccc}0& j& j\\ j& 0& 0\\ j& 0& 0\end{array}\right]---\left(1\right)$

由散射矩阵可知，端口1输入的功率平均分配到端口2和端口3，输出端口2和输出端口3之间有良好的隔离。实际上，这种单节的等分威尔金森功分器只有在中心频率才具有优良的特性，因此只适用于窄带情况。

实施例

图3为本发明实施例新型的超带宽微带三路威尔金森功分器的拓扑结构电路图，包括输入端口1、第一输出端口2、第二输出端口3和第三输出端口4，所述相邻的第一输出端口2和第二输出端口3之间设置7个隔离电阻，相邻的第二输出端口3和第三输出端口4之间设置7个隔离电阻；所述输入端口与第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线，且第一节阻抗变换器和最后一节阻抗变换器为弯曲结构，以保证三路输出的相位一致性；所述第一输出端口2和第二输出端口3之间设置的隔离电阻R_i与第二输出端口3和第三输出端口4之间设置的隔离电阻R_i′之间有1/8λ的间隔，i＝1,2,3,…,7，保持隔离电阻相互错开的结构，以提高驻波特性。

进一步地，所述超带宽微带三路威尔金森功分器能实现1-8GHZ的超宽带宽。

为了实现1-8GHZ的超宽带宽，本实施例中采用7节阻抗变换线(如图3所示)，每节的长度为1/4λ，每节阻抗线都加隔离电阻，以提高各路输出之间的隔离度；其中第一输出端口2和第二输出端口3之间的隔离电阻与第二输出端口3和第三输出端口4之间对应的隔离电阻之间有1/8λ的间隔，2、3路之间的隔离电阻与3、4路之间的隔离电阻保持错开的结构，在保证隔离度的前提下，提高了输入端口的驻波特性，移动的距离可根据HFSS软件扫参仿真得出；第一节和最后一节阻抗变换线采用不同程度弯曲的结构，以提高输出相位一致性。7节阻抗如下表：

Z1

Z2

Z3

Z4

Z4

Z6

Z7

126Ω

117Ω

106Ω

86Ω

75Ω

64Ω

57Ω

在HFSS中建立实施例功分器的仿真模型，其中基板采用厚度为0.508mm，介电常数为3.55的RogersRO4003板材，模型结构平面图如图4所示。

传统的威尔金森三路功分器采用上下隔离电阻对齐的结构，其仿真输入端口驻波特性如图5所示。本发明新型超带宽微带三路威尔金森功分器仿真输入端口驻波特性如图6所示。由图5和图6可知，本发明新型超带宽微带三路功分器的回波损耗降低了2.2dB左右，提高了其驻波特性，在超带宽功分器领域达到了显著的提高。

S参数仿真结果如图7、8、9所示，由图7、8、9可知，在1-8GHZ的通带内，本发明功分器输出功率平坦度较好，插入损耗小于5.6dB，隔离度大于22dB，回波损耗小于-16.7dB，相位一致性良好。

本发明提出的超带宽微带三路功分器可实现1～8GHz内功率的平均分配，具有较好的平坦度，较高的隔离度，较好的相位一致性，且驻波特性有显著提高，从整体上改善了传统超带宽威尔金森功分器的性能，有很好的实用价值和市场前景，可广泛应用于微波通信、微波测试设备和频谱监测系统中。

Claims (6)

1.一种新型的超带宽微带威尔金森功分器，其特征在于，包括一个输入端口和n个输出端口，所述相邻的两个输出端口之间设置m个隔离电阻，所述输入端口与n个输出端口之间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线；第k路输出端口与k+1路输出端口之间的隔离电阻R_ki和第k-1路输出端口与k路输出端口之间的隔离电阻R_(k-1)i之间有间隔L，且0＜L＜1/4λ，i＝1,2,3…,m，k＝2,3…,n-1。

2.根据权利要求1所述的新型的超带宽微带威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口和输出端口均采用50欧姆的微带传输线。

3.根据权利要求1所述的新型的超带宽微带威尔金森功分器，其特征在于，所述多节阻抗变换器为切比雪夫多节阻抗变换器。

4.一种新型的超带宽微带三路威尔金森功分器，其特征在于，包括输入端口(1)、第一输出端口(2)、第二输出端口(3)和第三输出端口(4)，所述相邻的第一输出端口(2)和第二输出端口(3)之间设置m个隔离电阻，相邻的第二输出端口(3)和第三输出端口(4)之间设置m个隔离电阻；所述输入端口与第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口间均设置有多节阻抗变换器，每一节阻抗变换器为四分之一波长阻抗线；所述第一输出端口(2)和第二输出端口(3)之间设置的隔离电阻R_i与第二输出端口(3)和第三输出端口(4)之间设置的隔离电阻R_i′之间有间隔L，且0＜L＜1/4λ，i＝1,2,3,…,m。

5.根据权利要求4所述的新型的超带宽微带三路威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口和输出端口均采用50欧姆的微带传输线。

6.根据权利要求4所述的新型的超带宽微带三路威尔金森功分器，其特征在于，所述多节阻抗变换器为切比雪夫多节阻抗变换器。