CN105552484A - 一种小型化宽带威尔金森功分移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化宽带威尔金森功分移相器，包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、威尔金森功分单元、移相单元和相差调节单元，威尔金森功分单元用于将输入端口处的能量一分为二，并且输出相位相等；移相单元用于对威尔金森功分单元的第一输出端的输出相位进行移相；相差调节单元用于对威尔金森功分单元的第二输出相位进行调节以使得第一输出端口输出的相位与第二输出端口输出的相位之间的相位差在一定频带内较为稳定。本发明具有如下优点：利用集总元器件实现相移，将威尔金森功分移相网络尺寸大大减小，并利用复合左右手材料的工作原理，利用集总元器件实现，使得移相网络的相位带宽大大增加。

Description

一种小型化宽带威尔金森功分移相器
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种小型化宽带威尔金森功分移相器。
背景技术
威尔金森功分移相网络是目前非常常见的馈电网络，应用于各种系统的天线前段。网络中的馈电线相对波长是有一定要求的，这样在一些较低频段下，例如LTE低频段，其无法实现小型化设计。并且功分后的两支移相传输线会随着频率变化而产生偏移，此时工作带宽将受到一定限制。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种小型化宽带威尔金森功分移相器。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种小型化宽带威尔金森功分移相器，包括输入端口(IN)、第一输出端口(OUT1)、第二输出端口(OUT2)、威尔金森功分单元(1)、移相单元(2)和相差调节单元(3)，威尔金森功分单元(1)的输入端与输入端口(IN)连接，第一输出端与移相单元(2)连接，第二输出端与相差调节单元(3)连接，威尔金森功分单元(1)用于将输入端口(IN)处的能量一分为二，并且输出相位相等；移相单元(2)的一端与威尔金森功分单元(1)的第一输出端连接，另一端与第一输出端口(OUT1)连接，移相单元(2)用于对威尔金森功分单元(1)的第一输出端的输出相位进行移相；相差调节单元(3)一端与威尔金森功分单元(1)的第二输出端连接，另一端与第二输出端口(OUT2)连接，相差调节单元(3)用于对威尔金森功分单元(1)的第二输出端的输出相位进行调节以使得第一输出端口(OUT1)输出的相位与第二输出端口(OUT2)输出的相位之间的相位差在一定频带内为预设数值。
根据本发明实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器，利用集总元器件实现相移，将威尔金森功分移相网络尺寸大大减小，并利用复合左右手材料的工作原理，利用集总元器件实现，使得移相网络的相位带宽大大增加。
另外，根据本发明上述实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，相差调节单元(3)完全由集总元件配合做成，相差调节单元(3)的电路包括：第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)，威尔金森功分单元(1)的第二输出端依次通过第一电感(L1)、第一电容(C1)与第二输出端口(OUT2)串联；第二电容(C2)的一端与第一电感(L1)和第一电容(C1)之间的节点连接，另一端接地；第二电感(L2)的一端与第一电容(C1)与第二输出端口(OUT2)之间的节点连接，另一端接地。
进一步地，移相单元(2)包括第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L6)、第三电容(C3)和第四电容(C4)，威尔金森功分单元(1)的第一输出端依次通过第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L6)与第一输出端口(OUT1)串联；第三电容(C3)的一端与第三电感(L3)和第四电感(L4)之间的节点连接，另一端接地；第四电容(C4)的一端与第五电感(L5)和第六电感(L6)之间的节点连接，另一端接地。
进一步地，威尔金森功分单元(1)包括第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第七电感(C7)、第八电感(C8)和电阻(R1)，第七电感(L7)的一端与输入端口(IN)连接，另外一端与威尔金森功分单元(1)的第二输出端连接；第八电感(L8)的一端与输入端口(IN)连接，另外一端与威尔金森功分单元(1)的第一输出端连接；第五电容(C5)的一端与输入端口(IN)与第七电感(L7)之间的节点连接，另一端接地；第六电容(C6)的一端与第七电感(L7)和威尔金森功分单元(1)的第二输出端之间的节点连接，另一端接地；第七电容(C7)的一端与第八电感(L8)和威尔金森功分单元(1)的第一输出端之间的节点连接，另一端接地；电阻(R1)的一端与第七电感(L7)和第六电容(C6)之间的节点连接，另一端与第八电感(L8)第七电容(C7)之间的节点连接。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器的示意图；
图2是本发明一个实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器的三端口网络S参数图；
图3是本发明一个实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器的天线仿真结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器。
图1是本发明一个实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器的示意图。请参考图1，一种小型化宽带威尔金森功分移相器，包括输入端口IN、第一输出端口OUT1、第二输出端口OUT2、威尔金森功分单元1、移相单元2和相差调节单元3。
威尔金森功分单元1的输入端与输入端口IN，第一输出端与移相单元2连接，第二输出端与相差调节单元3连接，威尔金森功分单元1用于将输入端口IN处的能量一分为二，并且输出相位相等。
移相单元2的一端与威尔金森功分单元1的第一输出端连接，另一端与第一输出端口OUT1连接。移相单元2用于对威尔金森功分单元1的第一输出端的输出相位进行移相。
相差调节单元3一端与威尔金森功分单元1的第二输出端连接，另一端与第二输出端口OUT2连接。相差调节单元3用于对威尔金森功分单元1的第二输出端的输出相位进行调节以使得第一输出端口OUT1输出的相位与第二输出端口OUT2输出的相位之间的相位差在一定频带内为预设数值。
根据本发明实施例的威尔金森功分移相器，利用集总元器件实现相移，将威尔金森功分移相网络尺寸大大减小，并利用复合左右手材料的工作原理，利用集总元器件实现，使得移相网络的相位带宽大大增加。
在本发明的一个实施例中，相差调节单元3完全由集总元件组合做成，其等效的便是近年来较为火热的复合左右手材料，将此材料放置于微波传输线内，在不影响能量传输的前提下，可使得微波信号的相位随频率进行特定的变化，在设定的中心频点F0的传输相位为零，在带宽内，低频段F0-F1其传输相位为负值，高频段F0+F1其传输相位为正值。通过此特性，第二和第三输出端口的相位差在带宽内便可稳定。相差调节单元3的电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1和第二电容C2。威尔金森功分单元1的第二输出端依次通过第一电感L1、第一电容C1与第二输出端口OUT2串联。第二电容C2的一端与第一电感L1和第一电容C1之间的节点连接，另一端接地。第二电感L2的一端与第一电容C1与第二输出端口OUT2之间的节点连接，另一端接地。
在本发明的一个实施例中，移相单元2包括第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3和第四电容C4。威尔金森功分单元1的第一输出端依次通过第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5、第六电感L6与第一输出端口OUT1串联。第三电容C3的一端与第三电感L3和第四电感L4之间的节点连接，另一端接地。第四电容C4的一端与第五电感L5和第六电感L6之间的节点连接，另一端接地。
具体地，对于微波传输线来说，电感本身具备有一定的移相作用，所以这里在传输线中加入了电感对微波信号的相位进行一定变化，由于微波传输线本身的阻抗特性特点，所以这里还需要加入电容，以使得传输线的阻抗得以维持，保证微波能量的传输。相对于普通一定长度的相移传输线来说，在相同性能的情况下，可以做到极小的尺寸。
在本发明的一个实施例中，威尔金森功分单元1包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第七电感C7、第八电感C8和电阻R1。第七电感L7的一端与输入端口IN连接，另外一端与威尔金森功分单元1的第二输出端连接。第八电感L8的一端与输入端口IN连接，另外一端与威尔金森功分单元1的第一输出端连接。第五电容C5的一端与输入端口IN与第七电感L7之间的节点连接，另一端接地。第六电容C6的一端与第七电感L7和威尔金森功分单元1的第二输出端之间的节点连接，另一端接地。第七电容C7的一端与第八电感L8和威尔金森功分单元1的第一输出端之间的节点连接，另一端接地。电阻R1的一端与第七电感L7和第六电容C6之间的节点连接，另一端与第八电感L8第七电容C7之间的节点连接。
具体地，普通威尔金森功分器，为了实现阻抗匹配，需要输出两个端的传输线长度为四分之一倍波长。本专利中，采用类似上面移相器的方法，实现将威尔金森功分器用集总元件代替，在同样的性能下，尺寸也可以做的极小。
如图2所示，为整个网络的计算结果S参数曲线图，通过精确设计4、5、6的数值，网络可工作于LTE低频段，即700MHz～960MHz，并且输出两端口能量幅值相等，相位反相即相差180°。能量从1馈入，从2和3输出，S1,1表示1的能量比值，在频段内均小于-10dB。S2,1和S3,1分别表示2和3输出的能量比值，频段内在-3.02dB～-3.46dB，可见其损耗值小于-0.5dB，并且两端口输出值基本相等。如图3所示，为整个网络的计算结果2和3输出相位差值曲线图，在频段内整个相位差为159°～-148°。
本发明中的威尔金森功分移相器，由于利用集总原件从电路原理上替代了标准微波传输线，实现了其的小型化设计，并且其性能优异。其中更利用了混合左右手传输线等效电路，实现了输出双端口在频带内的相差稳定性，即扩宽了整个网络的相位带宽。本发明设计灵活，结构尺寸小，应用广泛，完全可以替代目前绝大多数系统中的功分移相网络。本发明的设计十分灵活，通过精确设计原理图中的电容、电感、电阻的数值，也可实现两端口之间任意稳定的相位差；并且也可设计成两端口输出能量幅值不等的功分网络。利用目前的集成电路设计，小型化高性能的威尔金森功分移相网络可以方便实现。
另外，本发明实施例的小型化宽带威尔金森功分移相器的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种小型化宽带威尔金森功分移相器，其特征在于，包括输入端口(IN)、第一输出端口(OUT1)、第二输出端口(OUT2)、威尔金森功分单元(1)、移相单元(2)和相差调节单元(3)，
威尔金森功分单元(1)的输入端与输入端口(IN)连接，第一输出端与移相单元(2)连接，第二输出端与相差调节单元(3)连接，威尔金森功分单元(1)用于将输入端口(IN)处的能量一分为二，并且输出相位相等；
移相单元(2)的一端与威尔金森功分单元(1)的第一输出端连接，另一端与第一输出端口(OUT1)连接，移相单元(2)用于对威尔金森功分单元(1)的第一输出端的输出相位进行移相；
相差调节单元(3)一端与威尔金森功分单元(1)的第二输出端连接，另一端与第二输出端口(OUT2)连接，相差调节单元(3)用于对威尔金森功分单元(1)的第二输出端的输出相位进行调节以使得第一输出端口(OUT1)输出的相位与第二输出端口(OUT2)输出的相位之间的相位差在一定频带内为预设数值。
2.根据权利要求1所述的小型化宽带威尔金森功分移相器，其特征在于，相差调节单元(3)完全由集总元件配合做成，相差调节单元(3)的电路包括：第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电容(C1)和第二电容(C2)，
威尔金森功分单元(1)的第二输出端依次通过第一电感(L1)、第一电容(C1)与第二输出端口(OUT2)串联；
第二电容(C2)的一端与第一电感(L1)和第一电容(C1)之间的节点连接，另一端接地；
第二电感(L2)的一端与第一电容(C1)与第二输出端口(OUT2)之间的节点连接，另一端接地。
3.根据权利要求1所述的小型化宽带威尔金森功分移相器，其特征在于，移相单元(2)包括第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L6)、第三电容(C3)和第四电容(C4)，
威尔金森功分单元(1)的第一输出端依次通过第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第六电感(L6)与第一输出端口(OUT1)串联；
第三电容(C3)的一端与第三电感(L3)和第四电感(L4)之间的节点连接，另一端接地；
第四电容(C4)的一端与第五电感(L5)和第六电感(L6)之间的节点连接，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的小型化宽带威尔金森功分移相器，其特征在于，威尔金森功分单元(1)包括第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第七电感(C7)、第八电感(C8)和电阻(R1)，
第七电感(L7)的一端与输入端口(IN)连接，另外一端与威尔金森功分单元(1)的第二输出端连接；
第八电感(L8)的一端与输入端口(IN)连接，另外一端与威尔金森功分单元(1)的第一输出端连接；
第五电容(C5)的一端与输入端口(IN)与第七电感(L7)之间的节点连接，另一端接地；
第六电容(C6)的一端与第七电感(L7)和威尔金森功分单元(1)的第二输出端之间的节点连接，另一端接地；
第七电容(C7)的一端与第八电感(L8)和威尔金森功分单元(1)的第一输出端之间的节点连接，另一端接地；
电阻(R1)的一端与第七电感(L7)和第六电容(C6)之间的节点连接，另一端与第八电感(L8)第七电容(C7)之间的节点连接。
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