CN105244591B

CN105244591B - 一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器

Info

Publication number: CN105244591B
Application number: CN201510753278.0A
Authority: CN
Inventors: 吴永乐; 焦凌霄; 刘元安; 王卫民
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: CN105244591A

Abstract

本发明公开了一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器，所述功率分配器包括：依次串联的第一端口、第一导体、第一电容、第三导体以及第二端口；依次串联的第一端口、第二导体、第二电容、第四导体以及第三端口；第一电阻、第二电阻以及第三电阻作为隔离电阻连接在上述两个串联结构之间；第一电容以及第二电容为可变电容，在应用所述功率分配器时，改变所述第一电容以及所述第二电容的电容值以改变所述功率分配器的工作频带。与现有技术相比，本发明的功率分配器电路结构简单、对称、紧凑、实用，能够实现源到负载的复数阻抗变换；本发明的功率分配器不仅实现了功率分配器工作频带的可调，而且实现了在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。

Description

一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器

技术领域

本发明涉及电气领域，具体说涉及一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器。

背景技术

在微波射频通信系统中，功率分配器是一种不可或缺的基本构成器件，它可以将一路信号的功率等分地或者不等分地分配到两路或者多路；同时，如果将其反接，功率分配器可以将一路或者多路信号合成到一路。因此，功率分配器也可用作功率合成器。

传统的无耗功率分配器能够实现输入输出端口的完全匹配，但是两个输出端口之间却不能实现隔离，这样当两个输出端口被用作输入时，总有一部分能量会在两个端口之间传递，而不是全部传输到合成端口。为了解决这个问题，威尔金森提出了使用隔离电阻的有耗功率分配器，即威尔金森功率分配器。

随着通信技术的进一步发展，现代通信系统向多功能、多标准化方向发展。这就需要构成系统的功率分配器具有工作频带的适应性，即功率分配器的工作频带可以随着通信频率的改变而自由调节。另外，随着无线通信系统的集成度不断提高，对功率分配器的功能性要求也不断提高。因此，需要一种新的功率分配器以适应不断发展的新通信系统。

发明内容

为了适应不断发展的新通信系统，本发明提供了一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器，所述功率分配器包括第一端口、第二端口、第三端口、第一导体、第二导体、第三导体、第四导体、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，其中：

所述第一端口、所述第一导体、所述第一电容、所述第三导体以及所述第二端口依次串联；

所述第一端口、所述第二导体、所述第二电容、所述第四导体以及所述第三端口依次串联；

所述第一电阻一端连接到所述第一信号导体与所述第一电容的连接点，另一端连接到所述第二信号导体与所述第二电容的连接点；

所述第二电阻一端连接到所述第三信号导体与所述第一电容的连接点，另一端连接到所述第四信号导体与所述第二电容的连接点；

所述第三电阻一端连接到所述第三信号导体与所述第二端口的连接点，另一端连接到所述第四信号导体与所述第三端口的连接点；

所述第一导体、所述第一电容以及所述第三导体分别与所述第二导体、所述第二电容以及所述第四导体具有相同的特征参数；

在所述功率分配器中所述第一导体、所述第一电容以及所述第三导体的串联结构与所述第二导体、所述第二电容以及所述第四导体的串联结构对称；

所述第一电容以及所述第二电容为可变电容，所述第一电容以及所述第二电容的容值始终保持一致，在应用所述功率分配器时，改变所述第一电容以及所述第二电容的电容值以改变所述功率分配器的工作频带。

在一实施例中，所述第一/二导体与所述第三/四导体具有不同的电学特性。

在一实施例中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体与所述第四导体被构造成在奇模和偶模激励状态下具有不同的特性阻抗。

在一实施例中，所述功率分配器还包括第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容以及第四隔直电容，其中：

所述第一隔直电容、所述第二隔直电容、所述第三隔直电容以及所述第四隔直电容分别将所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体与所述第四导体分割为两部分并将所述两部分串联连接；

所述第一导体、所述第三导体与所述第二导体、所述第四导体的被分割位置保持对称。

在一实施例中，所述第一导体和所述第二导体被组合构造成第一耦合传输线并且所述第三导体和所述第四导体被组合构造成第二耦合传输线。

在一实施例中：

所述第一电阻被安装在所述第一耦合传输线的上下导体之间的缝隙中；

所述第二电阻和所述第三电阻被安装在所述第二耦合传输线的上下导体之间的缝隙中。

在一实施例中，所述第一端口、所述第二端口以及所述第三端口被构造成具有可变的复数端口阻抗，其中：

所述第二端口与所述第三端口的端口阻抗相同。

在一实施例中，所述功率分配器还包括一端接地的第三电容、第四电容、第五电容以及第六电容，其中：

所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的非接地端分别连接到所述第一导体与所述第一端口的连接点、所述第二导体与所述第一端口的连接点、所述第三导体与所述第二端口的连接点以及所述第四导体与所述第三端口的连接点上；

所述第三电容与所述第四电容为参数相同的可变电容，所述第三电容与所述第四电容的容值始终保持一致，并且所述第三电容与所述所述第四电容的安装位置以及相关电路结构保持对称；

所述第五电容与所述第六电容为参数相同的可变电容，所述第三电容与所述第四电容的容值始终保持一致，并且所述第五电容与所述所述第六电容的安装位置以及相关电路结构保持对称；

在应用所述功率分配器时，当输入输出匹配以及隔离条件恶化时，调节所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的容值以改善输入输出匹配以及输出端口隔离。

在一实施例中，所述功率分配器还包括分别串联在所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的非接地端的第五隔直电容、第六隔直电容、第七隔直电容以及第八隔直电容。

在一实施例中，在应用所述功率分配器的过程中有：

所述第一端口具有阻抗R_S+jX_S，所述第二端口和所述第三端口分别具有阻抗R_L+jX_L；

所述第一导体和所述第二导体的集合体具有偶模特性阻抗Z_e1、奇模特性阻抗Z_o1和电长度θ₁；

所述第三导体和所述第四导体的集合体具有偶模特性阻抗Z_e2、奇模特性阻抗Z_o2和电长度θ₂；

所述第一电容和所述第二电容分别具有容值C₂，所述第三电容和所述第四电容分别具有容值C₁，所述第五电容和所述第六电容分别具有容值C₃；

所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻分别具有阻值R₁、R₂、R₃；

当所述功率分配器的隔离条件满足且输入输出匹配理想时，其所有的电路参数满足下列约束关系：

其中：

Im{A_e}＝Im{D_e}＝0；

Re{B_e}＝Im{C_e}＝0；

2{R₁sin(θ₂)Z_o2[cos(θ₁)-C₂ωsin(θ₁)Z₀₁]

其中，A_e、B_e、C_e、D_e分别代表偶模激励下的电路参数，B_o、D_o分别代表奇模激励下的电路参数，ω为电角度，Re{}和Im{}分别代表取实部和虚部。

与现有技术相比，本发明的功率分配器电路结构简单、对称、紧凑、实用，能够实现源到负载的复数阻抗变换；本发明的功率分配器不仅实现了功率分配器工作频带的可调，而且实现了在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的电路结构图；

图2是根据图1所示的功率分配器在偶模激励下的部分等效电路图；

图3是根据图1所示的功率分配器在奇模激励下的部分等效电路图；

图4根据本发明一实施例的版图结构；

图5-图8分别是根据本发明一实施例基于无耗传输线和理想元件模型的输入端口回转损耗、功率分配量、输出端口回转损耗以及输出端口隔离度曲线图；

图9-图12分别是根据本发明一实施例基于有耗微带线的输入端口回转损耗、功率分配量、输出端口回转损耗以及输出端口隔离度曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了适应不断发展的新通信系统，本发明提出了一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器。本发明的功率分配器基于威尔金森功率分配器的结构构造。如图1所示，功率分配器包含三个端口(端口D1、D2以及D3)、4个信号导体(导体L1、L2、L3以及L4)、6个电容(电容C1、C2、C3、C4、C5以及C6)以及3个电阻(电阻R1、R2以及R3)。

如图1所示，D1、L1、C1、L3以及D2依次串联；D1、L2、C2、L4以及D3依次串联。这样从D1输入的一路信号就会被分配成两路分别从D2和D3输出。同样，从D2和D3输入的两路信号就会被合并成一路从D1输出。

R1、R2以及R3为三个阻值不同的隔离电阻。R1一端连接到L1和C1的连接点，另一端连接到L2和C2的连接点；R2一端连接到L3和C1的连接点，另一端连接到L4和C2的连接点；R3一端连接到L3和D2的连接点，另一端连接到L4和D4的连接点。R1、R2以及R3共同作用以隔离D2和D3。

进一步的，在本实施例中的功率分配器为实现功率平均分配的功率分配器。因此L1与L2具有相同的特征参数(物理特性相同的两个信号导体)，L3与L4具有相同的特征参数(物理特性相同的两个信号导体)，并且C1和C2具有相同的特征参数(物理特性相同的两个电容)。在具体的连接方式上，L1、C1以及L3的串联方式与L2、C2以及L4的串联方式完全相同。即在功率分配器中，L1、C1以及L3的串联结构与L2、C2以及L4的串联结构为对称的构造。

进一步的，在图1所示的电路中，C1与C2为可同步调节的可变电容。并且，在调节容值的过程中，C1与C2的容值始终保持一致。这样，在应用功率分配器时，改变C1与C2的电容值就可以改变功率分配器的工作频带。从而实现随着通信频率的改变而自由调节功率分配器的工作频带的目的。

另外，在图1所示的实施例中，L1/L2与L3/L4具有不同的电学特性。并且，L1、L2、L3以及L4在奇模和偶模激励状态下具有不同的特性阻抗(这是满足本实施例功率分配器匹配的必要条件)。为实现上述特性，在本实施例中，采用L1以及L2共同组合构成一条耦合传输线A；采用L3以及L4共同组合构成一条耦合传输线B(因为耦合传输线在不同的激励状态下具有两种不同的特性阻抗，并且同一条耦合传输线中的两个信号导体之间有电磁场能量的耦合且同一条耦合传输线中的两个信号导体具有相同的特征参数)。

耦合传输线A与B具有不同的电长度，分别为θ₁和θ₂。在奇模激励下，耦合传输线A和B分别具有奇模特性阻抗Z_o1和Z_o2；在偶模激励下，耦合传输线A和B分别具有偶模特性阻抗Z_e1和Z_e2。

耦合传输线在奇、偶模激励下所表现出的不同特性阻抗，为本实施例的功率分配器的匹配提供了足够的参数自由度。同时，采用耦合传输线还简化了电路结构，缩小了电路体积，并降低了电路构造难度。另外，基于耦合传输线构造的电路可以更好地实现电路的对称平衡(L1、C1以及L3的串联结构与L2、C2以及L4的串联结构的对称)。

为尽可能缩小电路体积并实现电路的对称平衡，在本实施例中，R1被安装在耦合传输线A的上下导体(L1和L2)之间的缝隙中。R2以及R3被安装在耦合传输线B的上下导体(L3和L4)之间的缝隙中。R1连接到L1以及L2的一侧的端口上，R2和R3分别连接到L3以及L4的两端。

在本实施例中，端口D1、D2以及D3被构造成具有可变的复数端口阻抗。D1、D2以及D3的端口阻抗可以因工作频带的不同而变化，从而扩展功率分配器的适应性。同时，调整D1、D2以及D3的端口阻抗还可以实现源-负载端口的阻抗变换功能。这样，当功率分配器的上下两级输入输出端口不同时，不需要级联额外的阻抗变换电路就能实现完美的输入输出匹配。另外，在本实施例的阻抗调节过程中，维持D2以及D3的端口阻抗相同从而保证电路的对称平衡并实现1：1的功率分配。

当外部输入环境发生变化(功率分配器的工作频带变化)，原有的输入输入平衡可能会被打破。此时功率分配器的输入输出就无法实现完美匹配。针对这一问题，在本实施例的功率分配器电路中构造有可变电容C3、C4、C5以及C6。

如图1所示，C3一端接地，另一端连接到L1与D1的连接点上；C4一端接地，另一端连接到L2与D1的连接点上；C5一端接地，另一端连接到L3与D2的连接点上；C6一端接地，另一端连接到L4与D3的连接点上。

C3与C4具有相同的特征参数，C5与C6具有相同的特征参数。C3与C4的安装位置以及相关电路结构保持对称并且C5与C6的安装位置以及相关电路结构保持对称。这样就保证了电路整体的均等功率分配。

当输入输出匹配以及隔离条件恶化时，调节C3、C4、C5以及C6的容值以改善输入输出匹配。在调节过程中，保持C3与C4、C5与C6的统一调节(C3与C4、C5与C6容值相同)。

在应用图1所示的功率分配器的过程中，当输入输出理想匹配和隔离条件满足时有：

D1具有阻抗R_S+jX_S，D2和D3分别具有阻抗R_L+jX_L；

L1和L2组合构成的耦合传输线A具有偶模特性阻抗Z_e1、奇模特性阻抗Z_o1和电长度θ₁；

L3和L4组合构成的耦合传输线B具有偶模特性阻抗Z_e2、奇模特性阻抗Z_o2和电长度θ₂；

C1和C2分别具有容值C₂，C3和C4分别具有容值C₁，C5和C6分别具有容值C₃；

R1、R2以及R3分别具有阻值R₁、R₂、R₃。

由于图1所示的电路上下对称，从D1到D3的部分电路与从D1到D2的部分电路完全相同。因此仅以从D1到D2的部分电路(图1所示的电路的等效电路的上半部分)为例。

在偶模激励状态下，D1的阻抗等效为原来的两倍，三个隔离电阻R1、R2以及R3全部开路，信号导体表现出偶模特性阻抗。从D1到D2的部分电路的等效电路如图2所示。

D11、L11、C11、L13以及D12依次串联。接地电容C13、C15分别连接到L11与D11、L13与D12之间的连接点。L11对应图1中的L1，阻抗为偶模特性阻抗Z_e1；L13对应图1中的L3，阻抗为偶模特性阻抗Z_e2；D11对应图1中的D1，阻抗为2R_S+j2X_S。C13、C11、C15以及D12与图1中所示的C3、C1、C5以及D2对应且保持一致的参数值。

在奇模激励下，D1短路，三个隔离电阻中间短路，形成三个具有原有阻值二分之一阻值的接地电阻，信号导体表现出奇模特性阻抗。从D1到D2的部分电路的等效电路如图3所示。

L21接地，L21、C21、L23以及D22依次串联。接地电容C25连接到L23与D22之间的连接点。接地电阻R21、R22、R23分别连接到L21与C21之间、L23与C21之间、L23与D22之间的连接点。

L21对应图1中的L1，阻抗为奇模特性阻抗Z_o1；L23对应图1中的L3，阻抗为奇模特性阻抗Z_o2；R21、R22、R23分别对应图1中所示的R1、R2、R3，阻值分别为R₁/2、R₂/2、R₃/2。C21、C25以及D22与图1中所示的C1、C5以及D2对应且保持一致的参数值。

根据微波分析的基本理论，若期望得到理想的输入输出匹配，需要满足下述方程组：

其中：A_e、B_e、C_e、D_e分别代表偶模激励下的电路ABCD参数；B_o、D_o分别代表奇模激励下的电路ABCD参数。这些参数的具体表达式为：

Im{A_e}＝Im{D_e}＝0； (3)

Re{B_e}＝Im{C_e}＝0； (4)

2{R₁sin(θ₂)Z_o2[cos(θ₁)-C₂ωsin(θ₁)Z₀₁]

其中，ω为电角度，Re{}和Im{}分别代表取实部和虚部。

本发明的功率分配器，通过使用电容值可变的可变电容器，不仅实现了功率分配器工作频带的可调，而且实现了在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。本发明的功率分配器电路结构简单、对称、紧凑、实用，能够实现源到负载的复数阻抗变换。

接下来通过本发明的一个具体应用实例来描述根据本发明一实施例的功率分配器的运行情况。首先根据图1所示的电路结构构造本实施例的功率分配器的版图。采用微带线构造功率分配器的端口以及信号导体。如图4所示，微带线D41、D42、D43分别为对应图1所示的D1、D2、D3的三个端口。L₁、W₁为D41的长宽，L₂、W₂为D42的长宽，L₃、W₃为D43的长宽，且L₂＝L₃、W₂＝W₃。

为了隔除直流电压对微带线上射频信号的影响，对应每个信号导体(图1中的L1、L2、L3、L4)的微带线被分成两部分，并在两部分中间串联隔直电容。如图4所示，对应图1中的L1、L2、L3、L4的微带线分别被分成L1a和L1b、L2a和L2b、L3a和L3b、L4a和L4b。L1a与L1b、L2a与L2b、L3a与L3b、L4a与L4b之间分别串联隔直电容C43、C44、C45、C46。

L1a与L2a连接到D41；L1b与L3b、L2b与L4b之间分别串联可变电容C31(对应图1的C1)和C32(对应图1的C2)；L3a与L4a分别连接到D42与D43；接地可变电容C33、C34、C35、C36(对应图1的C3、C4、C5、C6)分别连接到L1a与D41、L2a与D41、L3a与D42、L4a与D43间的连接点上；在L1b靠近C31的一端与L2b靠近C32的一端之间构造隔离电阻R31(对应图1的R1)；在L3b靠近C31的一端与L4b靠近C32的一端之间构造隔离电阻R32(对应图1的R2)；在L3a靠近D42的一端与L4a靠近D43的一端之间构造隔离电阻R33(对应图1的R3)。

在本实施例中，采用电调的变容二极管作为可变电容器(C33、C34、C31、C32、C35以及C36为变容二极管)。因此在变容二极管一端接有直流偏置电压。具体的，针对接地电容：

在C33靠近L1a的一端(非接地端)接有直流偏置电压V1；

在C34靠近L2a的一端(非接地端)接有直流偏置电压V2；

在C35靠近L3a的一端(非接地端)接有直流偏置电压V5；

在C36靠近L4a的一端(非接地端)接有直流偏置电压V6。

针对非接地电容：

令C31一端接地，另一端接到直流偏置电压V3；

令C32一端接地，另一端接到直流偏置电压V4.

由于C31连接L1b以及L3b，C32连接L2b以及L4b。为方便架构电路，在本实施例中，令：L1b、L2b分别连接到V3；L3b、L4b接地。

这样，通过分别调节V1、V2、V3、V4、V5以及V6的电压就可以调节C33、C34、C31、C32、C35、C36的容值。

进一步的，为了防止直流信号进入微带线，在本实施例的变容二极管的偏置电路中同样设置隔直电容。具体的，在C33与L1a、C34与L2a、C35与L3a、C36与L4a之间分别设置隔直电容C41、C42、C47、C48。

同时，为了防止射频信号进入直流电源或者造成不必要的射频接地，在本实施例的变容二极管的偏置电路中也设置了隔除射频信号的电感。具体的，在C33与V1、C34与V2、L1b与V3、L2b与V4、L3b与地、L4b与地、C35与V5、C36与V6之间分别设置有电感L31、L32、L33、L34、L35、L36、L37、L38。

在本实施例中，工作的初始中心频点为f₀＝2GHz，输入端口D41的端口阻抗为(10+j5)Ω，两个输出端口D42和D43的端口阻抗分别为(15+j10)Ω。

根据式1-式8的约束关系可以得到如下一组电路参数：Z_e1＝60Ω，Z_o1＝41.8Ω，θ₁＝40°，Z_e2＝70Ω，Z_o2＝56Ω，θ₂＝30°，R1＝60Ω，R2＝130Ω，R3＝967Ω。在初始工作中心频率下，三对可变电容的初始容值分别为C₁＝3pF，C₂＝1.3pF，C₃＝3pF。

基于上述参数构造图4电路板图上的详细参数。本实施例使用的高频电路板材为罗杰斯RO4350B，该板材的介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037，板厚为0.76mm。图4版图设计中的微带线尺寸参数的取值分别为：

L1a和L2a长宽一致，长宽分别为W_L1＝W_L2＝1.58mm，L_L1a＝L_L2a＝8.2mm；

L1b和L2b长宽一致，且宽度与L1a和L2a一致，长为L_L1b＝L_L2b＝2mm；

L1a和L2a、L1b和L2b之间的间距S_L12＝0.49mm；

L3a和L4a长宽一致，长宽分别为W_L3＝W_L4＝1.11mm，L_L3a＝L_L4a＝7mm；

L3b和L4b长宽一致，且宽度与L3a和L4a一致，长为L_L3b＝L_L4b＝1.7mm；

L3a和L4a、L3b和L4b之间的间距S_L12＝1.1mm。

所有隔直电容(C41、C42、C43、C44、C45、C46、C47、C48)的电容值均设置为1000pF，所有电感(L31、L32、L33、L34、L35、L36、L37、L38)的电感值均设置为10nH。

需要说明的是，在标准50欧姆测试系统中，该实例的三个端口D41、D42以及D43均为标准50欧姆传输线。因此，设置所有端口宽度为W1＝W2＝W3＝1.66mm，长度为L1＝L2＝L3＝10mm。

在调节本实施例的功率分配器的工作频带时，先调节可变电容C31、C32的容值(同时统一调节V3和V4)，使得功率分配器的工作频带发生显著的偏移，然后微调可变电容C33和C34、C35和C36的容值(同时统一调节V1和V2，并同时统一调节V5和V6)，得到该频带下的良好的输入输出匹配。

接下来利用实验数据说明图4所示实施例的运行效果。当采用无耗传输线和理想原件模型时，图4所示的实施例的可变电容取不同容值时功率分配器的输入端口(D41)匹配情况、功率分配情况、输出端口(D42、D43)匹配情况、输出端口隔离情况分别如图5-图8所示。

图5中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为回转损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图5可以看出当三组电容(C31和C32、C33和C34、C35和C36)的容值(C₁、C₂、C₃)取合适值时，端口D41处的回转损耗能够在不同的频带上达到15dB以上。

图6中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为插入损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图6可以看到，当三组电容值取合适值时，插入损耗(功率分配量)能够在不同的频带上达到3dB。

图7中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为回转损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图7可以看到，当三组电容值取合适值时，端口D42和D43(端口D42和D43完全等效)处的回转损耗能够在不同的频带上达到15dB以上。

图8中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为输出隔离(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图7可以看到，当三组电容值取合适值时，端口D42和D43之间的隔离度能够在不同的频带上达到15dB以上。

图5-8显示了，调节变容二极管的容值，本实施例的功率分配器可以在0.4-3.0GHz的范围内实现工作频带的可调节，同时满足在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。

当采用有耗耦合微带线模型时，图4所示的实施例的可变电容取不同容值时功率分配器的输入端口匹配情况、功率分配情况、输出端口匹配情况、输出端口隔离情况分别如图9-图12所示。

图9中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为回转损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图9可以看出当三组电容值取合适值时，端口D41处的回转损耗能够在不同的频带上达到15dB以上。

图10中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为插入损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图10可以看到，当三组电容值取合适值时，插入损耗(功率分配量)能够在不同的频带上达到3dB。

图11中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为回转损耗(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图11可以看到，当三组电容值取合适值时，端口D42和D43(端口D42和D43完全等效)处的回转损耗能够在不同的频带上达到15dB以上。

图12中横坐标为工作频率(单位GHz)，纵坐标为输出隔离(单位dB)。不同的坐标线代表不同的可变电容取值组合。由图12可以看到，当三组电容值取合适值时，端口D42和D43之间的隔离度能够在不同的频带上达到15dB以上。

图9-12显示了，调节变容二极管的容值，此功率分配器的实施例可以在0.4-2.7GHz的范围内(有耗微带线相比理想情况，性能有所恶化)实现工作频带的可调节，同时满足在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。

综上，本发明的威尔金森功率分配器，通过使用电容值可变的可变电容器，不仅实现了功率分配器工作频带的可调，而且实现了在不同工作频带内的输入输出匹配和输出隔离。本发明的功率分配器电路结构简单、对称、紧凑、实用，能够实现源到负载的复数阻抗变换。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种可调频带复数阻抗匹配功率分配器，其特征在于，所述功率分配器包括第一端口、第二端口、第三端口、第一导体、第二导体、第三导体、第四导体、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，其中：

所述第一电阻一端连接到所述第一导体与所述第一电容的连接点，另一端连接到所述第二导体与所述第二电容的连接点；

所述第二电阻一端连接到所述第三导体与所述第一电容的连接点，另一端连接到所述第四导体与所述第二电容的连接点；

所述第三电阻一端连接到所述第三导体与所述第二端口的连接点，另一端连接到所述第四导体与所述第三端口的连接点；

所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的一端接地；

所述第一电容以及所述第二电容为可变电容，所述第一电容以及所述第二电容的容值始终保持一致，在应用所述功率分配器时，改变所述第一电容以及所述第二电容的电容值以改变所述功率分配器的工作频带；

在应用所述功率分配器时，当输入输出匹配以及隔离条件恶化时，调节所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的容值以改善输入输出匹配以及输出端口隔离；

其中，所述第一端口、所述第二端口以及所述第三端口被构造成具有可变的复数端口阻抗，当所述功率分配器的隔离条件满足且输入输出匹配理想时，其所有的电路参数满足预设的约束关系。

2.根据权利要求1所述的功率分配器，其特征在于，所述第一导体与所述第三导体具有不同的电学特性，所述第二导体与所述第四导体具有不同的电学特性。

3.根据权利要求2所述的功率分配器，其特征在于，所述功率分配器还包括第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容以及第四隔直电容，其中：

4.根据权利要求2所述的功率分配器，其特征在于，所述第一导体和所述第二导体被组合构造成第一耦合传输线并且所述第三导体和所述第四导体被组合构造成第二耦合传输线。

5.根据权利要求3所述的功率分配器，其特征在于，所述第一导体和所述第二导体被组合构造成第一耦合传输线并且所述第三导体和所述第四导体被组合构造成第二耦合传输线。

6.根据权利要求4所述的功率分配器，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的功率分配器，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的功率分配器，其特征在于，

所述第二端口与所述第三端口的端口阻抗相同。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率分配器，其特征在于，所述功率分配器还包括分别串联在所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容以及所述第六电容的非接地端的第五隔直电容、第六隔直电容、第七隔直电容以及第八隔直电容。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的功率分配器，其特征在于，在应用所述功率分配器的过程中有：

其中：

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