CN106410356A - 基于马刺线的小型化宽带功分器电路 - Google Patents

基于马刺线的小型化宽带功分器电路 Download PDF

Info

Publication number
CN106410356A
CN106410356A CN201611087891.4A CN201611087891A CN106410356A CN 106410356 A CN106410356 A CN 106410356A CN 201611087891 A CN201611087891 A CN 201611087891A CN 106410356 A CN106410356 A CN 106410356A
Authority
CN
China
Prior art keywords
port
line
spur
transmission path
power divider
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611087891.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106410356B (zh
Inventor
马明月
万晶
阎跃鹏
王魁松
梁晓新
王霄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN201611087891.4A priority Critical patent/CN106410356B/zh
Publication of CN106410356A publication Critical patent/CN106410356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106410356B publication Critical patent/CN106410356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，包括第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)和隔离电阻(R1)，隔离电阻(R1)设置于第二端口(2)与第三端口(3)之间，第一端口(1)到第二端口(2)的传输路径采用微带线，第一端口(1)到第三端口(3)的传输路径采用微带线，在第一端口(1)到第二端口(2)传输路径的微带线上设置有第一马刺线(20)，在第一端口(1)到第三端口(3)传输路径的微带线上设置有第二马刺线(30)，所述第一马刺线(20)及所述第二马刺线(30)用于缩小功分器的尺寸，减小插损，以及拓展功分器的带宽。基于马刺线增加微带线相对电长度，缩短实际长度，减小功分器尺寸，并且在传输路径等效引入阶跃阻抗线和枝节线增加拓宽功分器带宽原理，本发明使功分器尺寸比传统威尔金森更小，且带宽更宽，插损更小。

Description

基于马刺线的小型化宽带功分器电路
技术领域
本发明属于微波毫米波无线通信技术领域，具体涉及一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路。
背景技术
功分器是微波射频电路中一种重要的无源器件，随着通信技术的迅猛发展和通信行业竞争的加剧，对功分器的性能也提出了新的要求。传统的Wilkinson功分器，不仅具有良好的幅度相位特性而且端口匹配好、传输损耗小、设计简便，被广泛的用于功分器设计中。但是单节Wilkinson功分器的带宽不超过20％，狭窄的带宽限制它只能工作在单一的频段及其奇次谐波处，无法满足现代无线通信宽带的要求。近年来，为了增加带宽，多级级联、微带枝节线加载等技术(赵海，刘颖力，张怀武，胡嵩松，宽带Wilkinson功分器的设计仿真与制作，电子元件与材料，Vol.29，No.12，Dec.2010)被用来设计宽带功分器，但是他们都存在一个问题，上述技术的引入确实使功分器的带宽增加，但却增加了功分器的尺寸以及插损。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中增加带宽却牺牲尺寸以及增加插损的问题，本发明提供了一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，通过在威尔金森功分器基础上，增加马刺线，使电路满足尺寸减小，插损减小，带宽展宽的要求。
(二)技术方案
一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，包括第一端口1、第二端口2、第三端口3和隔离电阻R1，隔离电阻R1设置于第二端口2与第三端口3之间，第一端口1到第二端口2的传输路径采用微带线，第一端口1到第三端口3的传输路径采用微带线，其中，
在第一端口1到第二端口2传输路径的微带线上设置有第一马刺线20，在第一端口1到第三端口3传输路径的微带线上设置有第二马刺线30，所述第一马刺线20及所述第二马刺线30用于缩小功分器的尺寸，减小插损，以及拓展功分器的带宽。
其中，所述第一端口1到第二端口2传输路径与第一端口1到第三端口3的传输路径完全对称，以保证各路输出的幅值与相位的一致性。
其中，设置于第二端口2与第三端口3之间的所述隔离电阻R1用于增加隔离度。
其中，所述第一马刺线20、第二马刺线30可以是L型马刺线，波浪线马刺线，折线型马刺，或者对称、非对称结构的多个马刺线组合，马刺线在微带线中的位置可以根据具体的性能要求进行调整。
(三)有益效果
本发明提供的一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，其具有的积极效果在于：
(1)针对现有宽带功分器技术中尺寸增加的问题，马刺线的引入由于于减小Wilkinson功分器中的λ/4线尺寸，具有缩短微带线实际尺寸的作用。
(2)针对现有技术中多级级联功分器、加载枝节线功分器以及加载电容功分器等宽带功分器中存在的结构复杂以及插损问题，采用马刺线的宽带小型化功分器结构简单，线长短，传输损耗小。
(3)通过在输入输出微带线上增加马刺线，调整微带线长度和宽度，马刺线长度和宽度以及在微带线中的位置，可以控制Wilkinson功分器的工作中心频点以及带宽，实现各端口回波损耗、隔离度的性能同时提升。
附图说明
图1是现有的传统Wilkinson功分器原理图；
图2是L型马刺线尺寸图；
图3是L型马刺线的等效电路示意图；
图4是L型马刺线的简化等效电路示意图；
图5为阻抗为Z01，长度为L01的微带线的等效电路示意图；
图6是载有马刺线的微带线的电长度随着马刺线长度变化的曲线示意图；
图7是微带线末端载有马刺线的Wilkinson功分器等效电路示意图；
图8是本发明一实施例的基于马刺线的小型化宽带功分器示意图；
图9是本发明一实施例基于马刺线的小型化宽带功分器端口回波损耗、隔离度、插入损耗频谱特性示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
功分器是微波射频电路中一种重要的无源器件，传统的Wilkinson功分器，具有良好的幅度相位特性而且端口匹配好、传输损耗小、设计简便，被广泛的用于功分器设计中。
图1是现有的传统Wilkinson功分器电路结构示意图，其中第一端口1，第二端口2，第三端口3阻抗为Z0，第一端口1到第二端口2回路之间的长度为λ/4的微带线的阻抗为Z0，第一端口1到第三端口3回路之间的长度为λ/4的微带线的阻抗为Z0，隔离电阻R设置在第二端口2与第三端口3之间，阻抗为2Z0。这是一个等分的功率分配器，信号从第一端口1进入，经过四分之一波长传输线传输到第二端口2和第三端口3，由于两传输路径完全对称，功率分配也完全相等，如果输入信号功率为PdBm信号到达端口第二端口2和第三端口3都为(P-3)dBm。四分之一波长传输线作用为阻抗变换，使所有输出端口阻抗与Z0匹配，输出端口之间引入隔离电阻R，当一个输出端因阻抗失配等原因发生反射时，反射功率通过隔离电阻两条支路到达另一个输出端的两路信号之间存在π相位差而相互抵消，从而达到隔离输出端的目的。
由于无线通信技术中对于大带宽的要求，多级级联宽，加载枝节线，加载电容等技术被用于功分器的设计中，却存在虽然带宽增加，但插损以及尺寸也同时增加的问题。本发明在于提供一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，具有带宽可调范围大，尺寸小，性能优良等优点。
马刺线是一种微带线结构(R.N.Bates，“Design of microstrip spur-lineband-stop filters，”Microwaves，Optics and Acoustics，IEEE J.，vol.l，iss.6，pp.209-214，1977)。其中马刺线可以是L型马刺线，波浪线马刺线，折线型马刺，或者对称、非对称结构的多个马刺线组合。本发明的实施例用到的马刺线为L型马刺线。
图2是L型马刺线尺寸图，其中L型马刺线的参数如下：a为长度，b为末端不连续狭缝长度，s为狭缝宽度，端口位置与图2一致，第一端口1与第二端口2之间由微带线连接，第三端口3与第四端口4之间由微带线连接，第三端口末端有长度为b，宽度为s的不连续狭缝。
图3是L型马刺线等效电路图示意图，将马刺线的引入带来的电路效果等效为微带线耦合。等效电路由一个四端口的网络构成，第二端口2和第四端口4连接在一起，马刺线的引入在第二端口2至第一端口1之间带来阻抗，此阻抗等效为耦合微带线的阻抗Za，La为等效的耦合微带线的长度，La为马刺线长度a的函数，马刺线的引入在第四端口4至第三端口3之间带来阻抗，此阻抗等效为耦合微带线的阻抗Zb，Lb为等效的耦合微带线的长度，马刺线的引入在第三端口引入电容Cend，Cend为不连续狭缝的等效电容。其简化等效电路如图4所示。
图4是L型马刺线的简化等效电路示意图，其中Za，Zb分别是等效电路中两个耦合微带线的特征阻抗，Zoe是偶模特征阻抗，Zoo是奇模特征阻抗，La、Lb是等效电路两个耦合线微带线的长度，分别有La＝a，Lb＝La+Δl＝a+Δl，a是马刺线的长度，Δl是Cend等效的微带线的延长长度。
Δl＝Cend×Vpo×Zoo (3)
其中Vpo是奇模的相速度。
图5为阻抗为Z01，长度为L01的微带线的等效电路示意图。
Za，Zb是等效电路中两个耦合微带线的特征阻抗，La、Lb是等效电路两个耦合微带线的长度。马刺线与长度为L01，阻抗为Z01的微带线在同频率下阻抗相等，需要满足如公式(4)所示的关系
其中，j是虚数单位，β是衰减系数，从公式中得出La＜L01，也就是说，也就是说，马刺线的实际长度a小于L01，实现了载有马刺线的微带线的尺寸的减小。
图6是载有马刺线的微带线的电长度随着马刺线长度变化的曲线，横轴为马刺线长度，用a表示，单位为μm；纵轴为微带线电长度，用θ表示，单位为deg；其中微带线总线长为505μm，马刺线宽度s＝4μm，末端狭缝长度b＝15μm。从图中可以看出，随着马刺线线长a的增加，电长度θ增加。也就是马刺线可以实现微带线电长度的延长，即实际线长的减小。实际线长的减小会减小传输路径上的损耗。
如前所述，已经对现有传统的Wilkinson功分器和马刺线的结构，等效电路和工作原理进行说明，接下来，将现有传统的Wilkinson功分器和马刺线所结合的功分器其结构、等效电路、特性等进行说明，以下只是举例马刺线在微带线末端的情况。
图7是微带线末端载有马刺线的Wilkinson功分器等效电路示意图。从等效电路可以看出，末端载有马刺线的微带线，等效于微带线末端串联阻抗为Za长度为La的阶跃阻抗线和阻抗为Zb长度为Lb的开路枝节线，如上文中所说Wilkinson功分器中加入阶跃阻抗线和枝节线是常用的增加功分器带宽的方法。Wilkinson中加入马刺线结构，最终实现尺寸的减小，插损减小和带宽展宽。
图8是本发明一实施例的基于马刺线的小型化宽带功分器示意图，其电路结构图和实物版图的仿真工具为ADS、Cadence。该功分器在砷化镓工艺上实现，在威尔金森功分器基础上，在第一端口1到第二端口2传输路径的微带线上靠近第二端口2的末端加入第一马刺线20，在第一端口1到第三端口3传输路径的微带线上靠近第三端口3的末端加入第二马刺线30，第一端口1到第二端口2传输路径与第一端口1到第三端口3传输路径完全对称，第一马刺线20与第二马刺线30完全相同且参数如下：长度为a＝70μm，末端狭缝长度为b＝16μm，狭缝宽度s＝5μm，传输路径上的微带线的长度参数为L1＝233μm，L2＝200μm，L3＝111μm，共长L1+L2+L3＝544μm。
图9是本发明一实施例基于马刺线的小型化宽带功分器端口回波损耗、隔离度、插入损耗频谱特性示意图。
其中横轴是频率，左侧纵轴三条曲线分别为第一端口1回波损耗dBS(1，1)、第二端口2回波损耗dBS(2，2)，第二端口2到第三端口3的隔离度dBS(2，3)，右侧纵轴是第一端口1到第二端口2的插入损耗dBS(2，1)。第一端口1回波损耗dBS(1，1)，第二端口2回波损耗dBS(2，2)，在28-70GHz频率范围内的模值都大于15dB，第二端口2到第三端口3的隔离度dBS(2，3)，在28-70GHz频率范围内的模值都大于15dB，第一端口1到第二端口2的插入损耗dBS(2，1)的模值小于3.4dB在，与图9保持一致。由于第一端口1到第三端口3传输路径与第一端口1到第二端口2传输路径完全对称，此处不再说明。通过调整微带线长度、宽度和马刺线长度、宽度、位置等参数，可轻松调整带宽和中心频点，实现各端口回波损耗、隔离度的性能同时提升。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和实施方式进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于马刺线的小型化宽带功分器电路，包括第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)和隔离电阻(R1)，隔离电阻(R1)设置于第二端口(2)与第三端口(3)之间，第一端口(1)到第二端口(2)的传输路径采用微带线，第一端口(1)到第三端口(3)的传输路径采用微带线，其特征在于，
在第一端口(1)到第二端口(2)传输路径的微带线上设置有第一马刺线(20)，在第一端口(1)到第三端口(3)传输路径的微带线上设置有第二马刺线(30)，所述第一马刺线(20)及所述第二马刺线(30)用于缩小功分器的尺寸，减小插损，以及拓展功分器的带宽。
2.根据权利要求1所述的基于马刺线的小型化宽带功分器电路，其特征在于，所述第一端口(1)到第二端口(2)传输路径与第一端口(1)到第三端口(3)的传输路径完全对称，以保证各路输出的幅值与相位的一致性。
3.根据权利要求1所述的基于马刺线的小型化宽带功分器电路，特征在于，设置于第二端口(2)与第三端口(3)之间的所述隔离电阻(R1)用于增加隔离度。
4.根据权利要求1所述的基于马刺线的小型化宽带功分器电路，其特征在于，所述第一马刺线(20)、第二马刺线(30)可以是L型马刺线，波浪线马刺线，折线型马刺，或者对称、非对称结构的多个马刺线组合，马刺线在微带线中的位置可以根据具体的性能要求进行调整。
CN201611087891.4A 2016-11-30 2016-11-30 基于马刺线的小型化宽带功分器电路 Active CN106410356B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611087891.4A CN106410356B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 基于马刺线的小型化宽带功分器电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611087891.4A CN106410356B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 基于马刺线的小型化宽带功分器电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106410356A true CN106410356A (zh) 2017-02-15
CN106410356B CN106410356B (zh) 2020-08-18

Family

ID=58083468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611087891.4A Active CN106410356B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 基于马刺线的小型化宽带功分器电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106410356B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767408A (zh) * 2018-07-27 2018-11-06 辽宁普天数码股份有限公司 一种超小型化威尔金森功分器
CN112332058A (zh) * 2020-12-11 2021-02-05 昆山鸿永微波科技有限公司 一种具有宽带或双带特性的功分器
CN113437942A (zh) * 2021-07-27 2021-09-24 中国科学院微电子研究所 一种宽带功分器和宽带功率放大器
CN114899571A (zh) * 2022-05-18 2022-08-12 西北核技术研究所 一种新型高功率威尔金森合成器
CN115000665A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 哈尔滨工程大学 一种Wilkinson功分器功分频带精准校正方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001156506A (ja) * 1999-11-30 2001-06-08 Mitsubishi Electric Corp 電力分配器
CN101299478A (zh) * 2008-06-13 2008-11-05 中国科学院光电技术研究所 一种Wilkinson功率分配器
CN101976748A (zh) * 2010-10-27 2011-02-16 华东交通大学 一种新型双通带带通滤波器
CN102544675A (zh) * 2012-01-13 2012-07-04 重庆邮电大学 一种双频不等分功分器
CN105977598A (zh) * 2016-05-11 2016-09-28 北京邮电大学 集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001156506A (ja) * 1999-11-30 2001-06-08 Mitsubishi Electric Corp 電力分配器
CN101299478A (zh) * 2008-06-13 2008-11-05 中国科学院光电技术研究所 一种Wilkinson功率分配器
CN101976748A (zh) * 2010-10-27 2011-02-16 华东交通大学 一种新型双通带带通滤波器
CN102544675A (zh) * 2012-01-13 2012-07-04 重庆邮电大学 一种双频不等分功分器
CN105977598A (zh) * 2016-05-11 2016-09-28 北京邮电大学 集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TONY LANEVE等: ""A Novel Reduced-Size Uniplanar Wilkinson Power Divider Using ACPS Series Stubs"", 《IEEE MTT-S INTERNATIONAL MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST, 2003》 *
杨月寒: ""马刺线在微带电路中的研究与应用"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767408A (zh) * 2018-07-27 2018-11-06 辽宁普天数码股份有限公司 一种超小型化威尔金森功分器
CN108767408B (zh) * 2018-07-27 2023-09-19 辽宁普天数码股份有限公司 一种超小型化威尔金森功分器
CN112332058A (zh) * 2020-12-11 2021-02-05 昆山鸿永微波科技有限公司 一种具有宽带或双带特性的功分器
CN113437942A (zh) * 2021-07-27 2021-09-24 中国科学院微电子研究所 一种宽带功分器和宽带功率放大器
CN114899571A (zh) * 2022-05-18 2022-08-12 西北核技术研究所 一种新型高功率威尔金森合成器
CN114899571B (zh) * 2022-05-18 2024-05-14 西北核技术研究所 一种新型高功率威尔金森合成器
CN115000665A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 哈尔滨工程大学 一种Wilkinson功分器功分频带精准校正方法
CN115000665B (zh) * 2022-05-27 2024-02-06 哈尔滨工程大学 一种Wilkinson功分器功分频带精准校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106410356B (zh) 2020-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106410356A (zh) 基于马刺线的小型化宽带功分器电路
KR100883529B1 (ko) 이중대역-ｃｒｌｈ 전송 선로를 이용한 전력 분배기 및전력 합성기
CN105789787B (zh) 一种频率和带宽均可重构的宽带平衡带通滤波器
CN108470968B (zh) 一种端接等复阻抗横跨定向耦合器
CN103311613B (zh) 一种无需匹配网络、高共模抑制的平衡微带双工器
CN108417957B (zh) 一种负群时延Gysel功分器及其设计方法
CN112563712B (zh) 具有谐波抑制功能的端接复阻抗定向耦合器及设计方法
CN109742497B (zh) 一种传输线四端口无反射滤波器
CN111786068B (zh) 一种具有谐波抑制功能的宽带定向耦合器
CN104953224A (zh) 基于理想反相器的宽带不等分六端口平衡网络
CN111029703A (zh) 一种小型化混合环耦合器及其设计方法
CN115333500A (zh) 一种带内平坦、频率选择性高的无反射宽带带通滤波器
CN108011168B (zh) 一种可端接复数阻抗的新型Wilkinson功率分配器
CN113437465B (zh) 基于电感加载耦合线的宽带小型化同向定向耦合器及设计方法
KR101882411B1 (ko) 초광대역 하모닉 성분을 억제하는 소형 대역 통과 전력 분배기
CN112838840A (zh) 一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑
KR20140013248A (ko) 4 포트로 구성된, 2-섹션 3-ｄＢ 하이브리드 커플러
CN104882650A (zh) 一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器
CN113258243B (zh) 一种具有平稳输出相位的宽带小型化混合环
CN210778927U (zh) 一种具有窄带陷波特性的超宽带差分功分器
CN104882653B (zh) 一种采用改进型耦合馈线的平衡滤波器
CN204651446U (zh) 一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器
Feng et al. Wideband power dividers with improved upper stopband using coupled lines
Zhou et al. Design of broadband impedance transformer using coupled microstrip transmission lines
CN203300772U (zh) 一种无需匹配网络、高共模抑制的平衡微带双工器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant