CN105932391B - 多阶平衡式-单端反相功分器 - Google Patents

多阶平衡式-单端反相功分器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多阶平衡式‑单端反相功分器，其特征在于，包括：基板以及设置于该基板上的一第一微带线、至少三个依次串联第二微带线、至少三个依次串联的第三微带线、一第四微带线、一第二电阻、一第三电阻、一第六微带线、至少一个第一电阻、第一端口、第二端口、第三端口、第四端口；其中，该第一端口与第二端口构成平衡端口，第三端口与第四端口分别构成单端口。相本发明提供的多阶平衡式‑单端反相功分器中，实现了宽带的平衡式‑单端反相功分器功能，并且其工作带宽随着阶数的增加而增加，且带宽的增加同时具有较好的匹配度、隔离度以及共模抑制度。

Description

多阶平衡式-单端反相功分器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种多阶平衡式-单端反相功分器。
背景技术
随着射频通信电路的不断发展，各种微波组件，馈电网络以及整机对功分器的要求也越来越高。传统的单端式功分器相较于平衡式功分器具有一些不足之处，即只能用于外接单端电路并且对环境噪声没有抑制。平衡式功分器具有传输差模信号及抑制共模信号的优点，被广泛应用于射频/微波通信电路，但是也只能与平衡式器件连接。为了提高设计的灵活性，研究者们提出了平衡式与单端式混合输入输出的功分器设计，其不仅能同时与单端式和平衡式器件连接，同时能对共模噪声保持高抑制性。因此平衡式-单端功分器的设计与研发已变得尤为重要。
另一方面，不同的通信子系统对功分器的工作带宽有不同的要求。因此宽带的功分器可兼容多个不同频段的通信子系统，提高了其应用的灵活性。目前公开发表的平衡式-单端反相功分器的工作带宽较窄为7.7％。
因此，现有技术存在缺陷，亟需改进。
发明内容
本发明提供一种多阶平衡式-单端反相功分器；以解决现有技术中的平衡式-单端反相功分器工作带宽较窄的技术问题。
本发明实施例提供一种多阶平衡式-单端反相功分器，包括：基板以及设置于该基板上的一第一微带线、至少三个依次串联第二微带线、至少三个依次串联的第三微带线、一第四微带线、一第二电阻、一第三电阻、一第六微带线、至少一个第一电阻；并且，该至少三个依次串联第二微带线从首端到尾端的相邻两个第二微带线之间形成第二连接节点G1-Gn-1，该至少三个依次串联第三微带线从首端到尾端的相邻两个第三微带线之间形成第三连接节点K1-Kn-1；第二连接节点Gm与第三连接节点Km之间通过两个串联的第五微带线连接，n为大于2的自然数，m的取值为1到n-1；并且，第二连接节点G1与第三连接节点K1之间的两个第五微带线的公共节点与该第六微带线连接，其他串联的第五微带线的公共节点分别与一所述第一电阻的一端连接，该第一电阻的另一端接地；
该至少三个依次串联的第二微带线的首端与所述第一微带线的一端连接，并在该连接节点处形成第一端口；
该至少三个依次串联的第三微带线的首端与所述第一微带线的另一端连接，并在该连接节点处形成第二端口；
该至少三个依次串联的第二微带线的尾端、第二电阻以及第四微带线的一端依次连接，并在该第二微带线的尾端与第二电阻的接节点处形成第三端口；
该至少三个依次串联的第三微带线的尾端、第三电阻以及第四微带线的另一端依次连接，并在第三微带线的尾端与第三电阻的连接节点处形成第四端口；
其中，该第一端口与第二端口构成平衡端口，第三端口与第四端口分别构成单端口。
在本发明所述的多阶平衡式-单端反相功分器中，所述第一微带线与所述第四微带线的电长度均为π，所述第二微带线、所述第三微带线以及所述第五微带线的电长度均为π/2。
在本发明所述的多阶平衡式-单端反相功分器中，该第二微带线的数量为3个，该第三微带线的数量为3个。
相较于现有技术的，本发明提供的多阶平衡式-单端反相功分器中，每一第二微带线以及与该第二微带线最接近的一个第三微带线、最接近的两个串联的第五微带线以及连接在该两个第五微带线的公共节点上的第六微带线/第一电阻组成了一阶拓扑结构，利用该多阶拓扑结构，实现了宽带的平衡式-单端反相功分器功能，并且其工作带宽随着阶数的增加而增加，且带宽的增加同时具有较好的匹配度、隔离度以及共模抑制度。
附图说明
图1是本发明一优选实施例中的多阶平衡式-单端反相功分器的整体结构示意图。
图2是该多阶平衡式-单端反相功分器为三阶时的结构示意图。
图3A-图3C是图2所述实施例中的多阶平衡式-单端反相功分器的差模、共模和输出端口相位差的响应图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，在本发明的一优选实施例中，该多阶平衡式-单端反相功分器，包括：基板以及设置于该基板上的一第一微带线10、至少三个依次串联第二微带线20、至少三个依次串联的第三微带线30、一第四微带线40、一第二电阻80、一第三电阻70、一第六微带线60、至少一个第一电阻90；并且，该至少三个依次串联第二微带线20从首端到尾端的相邻两个第二微带线20之间形成第二连接节点G1-Gn-1，该至少三个依次串联第三微带线30从首端到尾端的相邻两个第三微带线30之间形成一第三连接节点K1-Kn-1；第二连接节点Gm与第三连接节点Km之间分别通过两个串联的第五微带线50连接，n为大于2的自然数，m的取值为1到n-1；并且，第二连接节点G1与第三连接节点K1之间的两个第五微带线50的公共节点与该第六微带线60连接，其他串联的第五微带线50的公共节点分别与一所述第一电阻90的一端连接，该第一电阻90的另一端接地。
该至少三个依次串联的第二微带线20的首端与所述第一微带线10的一端连接，并在该连接节点处形成第一端口。
该至少三个依次串联的第三微带线30的首端与所述第一微带线10的另一端连接，并在该连接节点处形成第二端口。
该至少三个依次串联的第二微带线20的尾端、第二电阻80以及第四微带线40的一端依次连接，并在该第二微带线20与第二电阻80的接节点处形成第三端口。
该至少三个依次串联的第三微带线30的尾端、第三电阻70以及第四微带线40的另一端依次连接，并在第三微带线30与第三电阻70的连接节点处形成第四端口。
其中，该第一端口与第二端口构成平衡端口，第三端口与第四端口分别构成单端口。
具体地，第一微带线10与所述第四微带线40的电长度均为π，所述第二微带线20、所述第三微带线30以及所述第五微带线50的电长度均为π/2。
其中，该第一微带线10可以在输入端A的第一端口与第二端口处产生差分信号，并对共模噪声有很好的抑制作用；通过该至少三个第二微带线20以及该至少三个第三微带线30将输入端口A的差分信号平均分配到第三端口和第四端口，并且第一微带线10、第四微带线40及第五微带线50使第三端口和第四端口之间的信号具有反相的特性。同时第二电阻、第三电阻、该至少一个第一电阻90以及该多个第五微带线可以实现第三端口与第四端口之间的隔离；最接近该第一端口的第五微带线50、最接近该第二端口的第五微带线50以及该两个第五微带线50连接的第六微带线60可以提高共模抑制。因此，相较于现有技术的，本发明提供的多阶平衡式-单端反相功分器中，每一第二微带线20以及与该第二微带线20最接近的一个第三微带线30、最接近的两个第五微带线50以及连接在该两个第五微带线50的公共节点上的第六微带线60/第一电阻组90成了拓扑结构，利用该多阶拓扑结构，实现了宽带的平衡式-单端反相功分器功能，并且其工作带宽随着阶数的增加而增加，该工作带宽包括差模匹配带宽、输出端口隔离带宽以及共模抑制带宽，且带宽的增加同时具有较好的匹配度、隔离度以及共模抑制度。
为了简化说明，本发明列举一个该多阶平衡式-单端反相功分器为三阶时的例子，该第二微带线20的数量为3个，该第三微带线30的数量为3个。其设计步骤分为两步：
第一步，3阶平衡式-单端反相功分器电路结构如图2所示：
有公式(1)-(2)：
R2＝Z0 (2)
其中Z0为端口阻抗，Z21为最接近该第一微带线10和第二微带线20和第三微带线30的特性阻抗，Z22为微带线结构中间的第二微带线20和第三微带线30的特性阻抗，Z23为尾端的第二微带线20和第三微带线30的特性阻抗。
第二步，通过第一微带线10的特性阻抗Z1，第六微带线60特性阻抗Z5、该最接近第一微带线10的两个第五微带线50的特性阻抗Z3、位于第二靠近第一微带线10的两个第五微带线50的特性阻抗Z31、第四微带线40的特性阻抗Z4以及第一电阻90的阻值R1对带宽和幅度影响的变化规律，这些参数的取值可以被确定。Z1的变化规律：随着Z1的增大，匹配的幅度增大，隔离和共模抑制的带宽不变；
Z3的变化规律：随着Z3的增大，匹配和共模抑制的幅度减小，隔离的带宽不变；
Z31的变化规律：随着Z31的增大，匹配的幅度减小，隔离和共模抑制的带宽不变；
Z5的变化规律：随着Z5的增大，共模抑制的带宽减小，匹配和隔离的带宽不变；
Z4的变化规律：随着Z4的增大，匹配和隔离的幅度增大，共模抑制的带宽不变；
R1的变化规律：随着R1的增大，隔离的幅度先增大后减小，匹配和共模抑制的带宽不变。
根据以上的分析，提供了一个工作在中心频率为1.8GHz的多阶平衡式-单端反相功分器，多阶平衡式-单端反相功分器为三阶。该其20-dB的差模匹配、隔离以及共模抑制的带宽分别为64.6％、47.8％、74.2％。图3A-图3C为该多阶平衡式-单端反相功分器的差模、共模和输出端口相位差的响应图。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种多阶平衡式-单端反相功分器，其特征在于，包括：基板以及设置于该基板上的一第一微带线、至少三个依次串联的第二微带线、至少三个依次串联的第三微带线、一第四微带线、一第二电阻、一第三电阻、一第六微带线、至少一个第一电阻；并且，该至少三个依次串联的第二微带线从首端到尾端的相邻两个第二微带线之间形成第二连接节点G1-Gn-1，该至少三个依次串联的第三微带线从首端到尾端的相邻两个第三微带线之间形成第三连接节点K1-Kn-1；第二连接节点Gm与第三连接节点Km之间通过两个串联的第五微带线连接，n为大于2的自然数，m的取值为1到n-1；并且，第二连接节点G1与第三连接节点K1之间的两个第五微带线的公共节点与该第六微带线连接，其他串联的第五微带线的公共节点分别与一所述第一电阻的一端连接，该第一电阻的另一端接地；其中，所述第五微带线和所述第六微带线的电长度均为π/2；
该至少三个依次串联的第二微带线的首端与所述第一微带线的一端连接，并在该连接节点处形成第一端口；
该至少三个依次串联的第三微带线的首端与所述第一微带线的另一端连接，并在该连接节点处形成第二端口；
该至少三个依次串联的第二微带线的尾端、第二电阻以及第四微带线的一端依次连接，并在该第二微带线的尾端与第二电阻的接节点处形成第三端口；
该至少三个依次串联的第三微带线的尾端、第三电阻以及第四微带线的另一端依次连接，并在第三微带线的尾端与第三电阻的连接节点处形成第四端口；
其中，该第一端口与第二端口构成平衡端口，第三端口与第四端口分别构成单端口。
2.根据权利要求1所述的多阶平衡式-单端反相功分器，其特征在于，所述第一微带线与所述第四微带线的电长度均为π，所述第二微带线、所述第三微带线的电长度均为π/2。
3.根据权利要求1所述的多阶平衡式-单端反相功分器，其特征在于，该第二微带线的数量为3个，该第三微带线的数量为3个。
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A wideband microstrip balanced-to-single-ended out-of-phase power divider;Jianpeng Lu et al;《2016 IEEE MTT-S International Wireless Symposium (IWS)》;20160316;文章第1-3页及附图1-5

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