CN106356606A - 一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，包括由上及下依次叠加的微带电路层、介质层以及金属地层，所述微带电路层包括不等分威尔金森功分器、微带移相线、不等分威尔金森功率合成器以及匹配微带连接线，所述不等分威尔金森功分器和不等分威尔金森功率合成器通过微带移相线和匹配微带连接线连接。本发明实现的均衡器具有结构简单、体积小、均衡量大、结构新颖、驻波性能好的优点。

Description

一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器

技术领域

本发明属于微波毫米波功率器件技术领域，具体涉及一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器。

背景技术

大功率器件如行波管通常难以在较宽频带内保证增益平坦，需要加入额外的均衡网络实现功率器件终端的平坦输出。增益均衡器是一种可用于校正幅度畸变的网络，通常置于行波管与前级固态驱动模块之间，根据固态驱动模块输出功率与行波管平坦输出对应的输入曲线来确定均衡曲线。目前的均衡器一般采用无源结构，常用的有三种类型：微带型，波导型和同轴型。均衡器基本原理与陷波器类似，通过在主线上并联谐振枝节并加载电阻或者其他吸收材料吸收谐振能量，达到目标衰减同时保证驻波的目的。调节谐振单元的谐振频率来控制陷波的位置，控制电阻阻值达到调节陷波深度的作用，同时，根据实际目标曲线的要求，单个谐振单元一般难以满足目标，通过多个谐振单元级联并分别控制谐振频率和吸收量，可以设计出满足各种均衡曲线的均衡器。

传统的同轴式和波导式增益均衡器具有承受高功率、调节灵活、损耗小等优点，早期使用较多，但限于其体积大、调谐机械结构相对比较复杂、机械稳定性较差、难以与平面结构的微波毫米波电路集成等缺点，使用较少。微带均衡器属于平面传输线结构类型，具有电路灵活、体积小、重量轻、易与固态电路集成的优点，不足之处在于随着频率升高，损耗加大、色散严重、Q值不高，难以在窄带内实现较大均衡量。顺应微波毫米波器件宽带小型化的发展需求，以微带形式为代表的平面结构均衡器研究成为重点并取得大量成果。采用高介电常数的介质基板如陶瓷基板、多层电路如LCP技术等可从工艺上实现器件的小型化。复合左右手传输线结构、基片集成波导谐振器、缺陷地等各种电路形式在小型化方面取得突出成果。研究性能更好、体积更小的均衡器对军用到民用功率系统都具有重要的意义。

新型均衡器结构的研究一直是研究的重点，传统的均衡器都是基于谐振结构实现的，利用相位关系实现均衡器是一种有效的创新。根据微波功率合成时相位一致性对合成效率影响的原理，结合端口驻波性能良好的威尔金森功分器设计新型的小型化均衡器，为均衡器的研究提供一种新方法。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，该均衡器具有均衡量大、体积小、结构简单、端口反射小的优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，包括由上及下依次叠加的微带电路层、介质层以及金属地层，所述微带电路层包括不等分威尔金森功分器、微带移相线、不等分威尔金森功率合成器以及匹配微带连接线，所述不等分威尔金森功分器和不等分威尔金森功率合成器通过微带移相线和匹配微带连接线连接。

优选地，所述不等分威尔金森功分器包括输入主微带线、输入匹配调节口、第一隔离电阻以及与输入主微带线连接的第一功分支路、第二功分支路，第一隔离电阻位于功分支路后端跨接于两功分支路上，所述输入匹配调节口位于不等分威尔金森功分器的分路节点处，所述微带移相线的输入端连接于第一功分支路的后端，所述匹配微带连接线的输入端连接于第二功分支路的后端。

优选地，所述第一功分支路、第二功分支路均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，所述两个半环形结构开口相对对称设置。

优选地，所述不等分威尔金森功率合成器包括输出主微带线、输出匹配调节口、第二隔离电阻以及于输出主微带线连接的第一合成支路、第二合成支路，所述第二隔离电阻位于合成支路前端跨接于两合成支路上，所述输出匹配调节口位于不等分威尔金森功率合成器的合成节点处，所述微带移相线输出端连接于第一合成支路的前端，所述匹配微带连接线的输出端连接于第二合成支路的前端。

优选地，所述第一合成支路、第二合成支路均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，所述两个半环形结构开口相对对称设置。

优选地，所述微带移相线采用弓形弯曲结构，且长度为中心频率的四分之三波长。

优选地，所述匹配微带连接线长度为中心频率的四分之一波长。

优选地，所述输入主微带线和输出主微带线均采用输入/输出特性阻抗为50欧姆的微带线。

本发明的有益效果是：本发明采用不等分威尔金森功分器将输入的信号功率按设定的比值分为两路，两路信号通过隔离电阻进行隔离。一路信号进入微带移相线，然后输入到不等分威尔金森功率合成器的输入端；另一路信号直接进入匹配微带连接线，然后输入到不等分威尔金森功率合成器的另一输入端。两路信号在不等分威尔金森功率合成器的输出端反向合成输出，功率合成器的隔离电阻在隔离两路信号的同时起到吸收多余能量的作用。该结构未采用谐振单元的形式，不会因谐振单元级联而造成体积较大，均衡量的大小通过功分器的功率分配比调节，设计中的电阻不直接控制均衡量，避免了传统谐振枝节均衡量因对吸收电阻阻值敏感而电阻加工误差对测试影响明显的问题。同时，微带移相线采用折叠弯曲形式可进一步缩小体积，整体结构紧凑。总体而言，该均衡器具有结构简单、体积小、均衡量大、结构新颖、驻波性能好的优点。

附图说明

图1是本发明基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器的爆炸结构示意图。

附图标记说明：1、输入主微带线；2、输入匹配调节口；3、第一功分支路；4、微带移相线；5、第一合成支路；6、输出主微带线；7、输出匹配调节口；8、第二合成支路；9、第二隔离电阻；10、匹配微带连接线；11、第一隔离电阻；12、第二功分支路；20、介质层；30、金属地层；100、微带电路层；200、介质层；300、金属地层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器的爆炸结构示意图，共三层，包括由上及下依次叠加的微带电路层100、介质层200以及金属地层300，微带电路层100包括不等分威尔金森功分器、微带移相线4、不等分威尔金森功率合成器以及匹配微带连接线10，不等分威尔金森功分器和不等分威尔金森功率合成器通过微带移相线4和匹配微带连接线10连接。

不等分威尔金森功分器包括输入主微带线1、输入匹配调节口2、第一隔离电阻11以及与输入主微带线1连接的第一功分支路3、第二功分支路12，第一隔离电阻11位于功分支路后端跨接于两功分支路上，输入匹配调节口2位于不等分威尔金森功分器的分路节点处，微带移相线4的输入端连接于第一功分支路3的后端，匹配微带连接线10的输入端连接于第二功分支路12的后端。在本实施例中，第一功分支路3、第二功分支路12均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，宽度按公分比及匹配条件确定。两个半环形结构开口相对对称设置。

不等分威尔金森功率合成器包括输出主微带线6、输出匹配调节口7、第二隔离电阻9以及于输出主微带线6连接的第一合成支路5、第二合成支路8，第二隔离电阻9位于合成支路前端跨接于两合成支路上，输出匹配调节口7位于不等分威尔金森功率合成器的合成节点处，微带移相线4输出端连接于第一合成支路5的前端，匹配微带连接线10的输出端连接于第二合成支路8的前端。在本实施例中，第一合成支路5、第二合成支路8均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，两个半环形结构开口相对对称设置。

在本实施例中，微带移相线4采用弓形弯曲结构，且长度为中心频率的四分之三波长，宽度由匹配公式计算求得。匹配微带连接线10长度为中心频率的四分之一波长。输入主微带线1和输出主微带线6均采用输入/输出特性阻抗为50欧姆的微带线。

介质层200包括介质基板20，呈板状。

金属地层300包括金属接地板30，呈板状。

本发明提供的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器的工作过程是：主传输微带线输入信号经不等分威尔金森功分器分为两路，两路信号通过第一隔离电阻进行隔离。一路信号经过微带移相线后到达不等分威尔金森功率合成器输入端，另一路枝节直接连接到不等分威尔金森功率合成器另一输入端，合成器的两输入信号在输入口达到相位相反并通过第二隔离电阻进行隔离。合成器输出端口处两路信号反相抵消，形成陷波特性。功分器出发的两路信号在移相线末端连接第二隔离电阻处同相叠加，多余的能量被第二隔离电阻吸收。整个电路为对称结构，输入输出可交换，均衡量由功分比控制，陷波频率主要由移相线长度调节。

通过场仿真可以清晰的显示能量流动图，能量由输入主微带线1输入，传输到输入匹配调节口2时分为两路，大部分能量进入分配比高的第二功分支路12，小部分能进入分配比小的第一功分支路3。两条支路的能量经过四分之一长度的功分器后到达第一隔离电阻11处，然后继续沿着各自的路径向前传输。第一隔离电阻上经过的能量十分少，表明隔离电阻的隔离效果良好。

第一功分支路3的能量传输到微带移相线4，经过四分之三个波长的路径到达第一合成支路5，第二功分支路12的能量进入匹配微带连接线10，经四分之一波长路径传输到第二合成支路8。由于从第二合成支路8到达合成器合成节点的能量大，一部分能量传输到输出主微带线6，另一部分能量沿着第一合成支路5传输到第二隔离电阻9处。从功分器分出的两路信号在输出主微带线6处达到中心频率反向叠加输出，形成陷波；在第二隔离电阻9处微带移相线4和第一合成支路5的连接点处达到同相叠加，能量很大因而被一旁的第二隔离电阻9吸收。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：包括由上及下依次叠加的微带电路层(100)、介质层(200)以及金属地层(300)，所述微带电路层(100)包括不等分威尔金森功分器、微带移相线(4)、不等分威尔金森功率合成器以及匹配微带连接线(10)，所述不等分威尔金森功分器和不等分威尔金森功率合成器通过微带移相线(4)和匹配微带连接线(10)连接。

2.根据权利要求1所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述不等分威尔金森功分器包括输入主微带线(1)、输入匹配调节口(2)、第一隔离电阻(11)以及与输入主微带线(1)连接的第一功分支路(3)、第二功分支路(12)，第一隔离电阻(11)位于功分支路后端跨接于两功分支路上，所述输入匹配调节口(2)位于不等分威尔金森功分器的分路节点处，所述微带移相线(4)的输入端连接于第一功分支路(3)的后端，所述匹配微带连接线(10)的输入端连接于第二功分支路(12)的后端。

3.根据权利要求2所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述第一功分支路(3)、第二功分支路(12)均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，所述两个半环形结构开口相对对称设置。

4.根据权利要求1所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述不等分威尔金森功率合成器包括输出主微带线(6)、输出匹配调节口(7)、第二隔离电阻(9)以及于输出主微带线(6)连接的第一合成支路(5)、第二合成支路(8)，所述第二隔离电阻(9)位于合成支路前端跨接于两合成支路上，所述输出匹配调节口(7)位于不等分威尔金森功率合成器的合成节点处，所述微带移相线(4)输出端连接于第一合成支路(5)的前端，所述匹配微带连接线(10)的输出端连接于第二合成支路(8)的前端。

5.根据权利要求4所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述第一合成支路(5)、第二合成支路(8)均采用半环形结构，且长度均为中心频率的四分之一波长，所述两个半环形结构开口相对对称设置。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述微带移相线(4)采用弓形弯曲结构，且长度为中心频率的四分之三波长。

7.根据权利要求1-5任一所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述匹配微带连接线(10)长度为中心频率的四分之一波长。

8.根据权利要求1-5任一所述的基于威尔金森功分器的小型化移相均衡器，其特征在于：所述输入主微带线(1)和输出主微带线(6)均采用输入/输出特性阻抗为50欧姆的微带线。