CN107579327B - 一种频率和功分比双可调的可重构功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功率分配器技术领域，公开了一种频率和功分比双可调的可重构功分器，包括介质基板、地板、微带传输线、短路可调枝节、阻抗调谐枝节和隔离电阻；输入端口分流后，接有两头并联短路可调枝节的四分之一波长微带传输线，其后接有并联的阻抗调谐枝节，通过短路可调枝节和阻抗调谐枝节共同调节工作频率和功分比。与现有技术相比，本发明实现了功分器工作频率和功分比同时可重构的特性，可以广泛应用于相控阵雷达系统和可重构天线系统，仿真结果表明在0.9GHz‑1.2GHz的可调频段内，实现了功分比从2：1到10：1的连续可调。

Description

一种频率和功分比双可调的可重构功分器
技术领域
本发明属于功率分配器技术领域，尤其涉及一种频率和功分比双可调的可重构功分器。
背景技术
功分器，全称功率分配器，将一路射频信号分成相等的或者不等的两路或者多路输出信号能量；功分器是雷达和天线阵列馈电网络必不可少的元器件。功分器按路数可以分为：二路、三路和四路以及通过级联实现的多路功分器；按能量分配的比例可以分为：等分功分器和不等分功分器；按传输线类型可以分为：波导功分器、带状线功分器和微带功分器。功分器的主要技术参数为回波损耗、插入损耗和带宽等。随着天线技术和相控阵天线技术的不断发展，对功分器的可重构性质也提出了更高的要求。目前，相控阵实现波束扫描主要是采用移相器以及衰减器对相控阵的阵元进行幅相优化。如果采用可重构功分器，可以减少采用衰减器导致的能量损耗。设计频率和功分比可重构功分器主要有以下两个难点：(1)频率可重构电路的设计以及阻抗匹配；(2)连续大范围的不等分功分比的实现。传统高功分比的微带功分器在实现时，会遇到如下难点：设计高功分比不等分功分器需要两枝节的输入阻抗有较高的比值，而高阻抗线进行加工时，由于工艺水平的限制导致其线宽无法做到很窄，加工精度难以实现。Y.-Z.Zhu等人在《Iet Microwaves Antennas&Propagation》发表的《Shunt-stub Wilkinson power divider forunequal distribution ratio》中公开了一种使用并联开路枝节与并联短路枝节使得两路的输入阻抗形成比例从而实现任意功分比的结构，该功分器包括介质基板和印制在其下表面的地板，介质基板上面印制有微带功分电路，包括输入传输线，其后并联上下两条支路，上支路包括一条四分之一波长阻抗变换器，用于对枝节进行阻抗变换；阻抗变换器后接有并联短路枝节，用于实现在输入端的低输入阻抗；下支路包括一条四分之一波长阻抗变换器，用于对枝节进行阻抗变换；阻抗变换器后接有并联开路枝节，用于实现在输入端的高输入阻抗；该功分器在3GHz频率下实现了任意比不等分功分特性，分别构造了功分比为1：1、4：1以及6：1的功分电力路，并且在整个工作频带内S11性能较好，达到了-16.26dB。但是存在以下不足：虽然可以实现任意比功分，但是不可重构，需要重新设计并且加工投板才能实现不同的功分比。其次，其中心工作频率仅限于3GHz，只能工作在固定频点，没有宽带或者频率可重构特性。对于要求复杂的情况，使用其文中的设计方法可能需要一次设计和加工十几块板子，浪费人力物力。也无法用于对实时性有要求的系统进行馈电，比如：可重构天线阵列，限制了其推广应用。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的可重构功分器仅可以实现单独的频率可调或者功分比可调，不能同时实现工作频率和功分比同时可重构的特性，导致资源浪费，设计复杂。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种频率和功分比双可调的可重构功分器。
本发明是这样实现的，一种频率和功分比双可调的可重构功分器所述频率和功分比双可调的可重构功分器包括介质基板和印制在其下表面的地板；
所述介质基板的上表面印制有微带功分电路；
所述微带功分电路包括第一短路可调枝节、第二短路可调枝节、微带传输线、第一阻抗调谐枝节、第二阻抗调谐枝节和隔离电阻；
所述第一短路可调枝节、第二短路可调枝节后接直流偏置电路，用于和微带传输线共同组成可调移相电路；
所述第一阻抗调谐枝节、第二阻抗调谐枝节中接有直流偏置电路，用于实现功分比的调节以及端口的阻抗匹配；
所述隔离电阻，用于实现输出端口之间的隔离，使得输出端口的信号互不干扰。
进一步，所述第一短路可调枝节、第二短路可调枝节与微带传输线共同组成可调移相电路，用于等效在0.9GHz到1.2GHz区间内特性阻抗为50Ω的阻抗变换器。
进一步，所述第一阻抗调谐枝节前端接有隔直电容，在两条长度相等的传输线中间接有变容二极管；变容二极管负极接有直流偏置电路，偏置电路接有偏置电感，用于隔离反射的高频信号。
进一步，所述第一阻抗调谐枝节末端接有隔交电感，其后端接有金属化过孔，用于实现直流接地以及交流开路。
进一步，所述第二阻抗调谐枝节末端接有变容二极管，变容二极管正极接有金属化过孔，用于实现直流接地以及交流接地；变容二极管负极接有直流偏置电路，偏置电路接有偏置电感，用于隔离反射的高频信号。
本发明的优点及积极效果为：阻抗调谐枝节采用了短路枝节以及开路枝节内接变容二极管的形式，使端口2支路与端口3支路的输入阻抗形成特定比例，通过改变变容二极管的偏置电压，改变二极管的容值，实现端口的匹配与不同的功分比。与现有技术相比，在保证端口匹配的前提下，使得功分比大范围连续可调，仿真结果表明在中心工作频率，实现了功分比从2：1到10：1的连续可调。
本发明的可调移相电路，克服了现有技术无法实现功分器的频率和功分比双可调的技术难题：使得工作频率和功分比独立调谐，可调移相电路独立负责调节功分器的中心工作频率，阻抗调谐枝节负责调节功分器的功率分配比。与现有的设计方法相比，实现了功分器的中心工作频率和功分比双可调。采用可重构结构，增加了电路的复用，使得成本降低；并且可以用于对可重构天线阵列进行馈电以及实现相控阵雷达的实时电扫描。
附图说明
图1是本发明实施例提供的频率和功分比双可调的可重构功分器结构示意图；
图中：1、介质基板；2、地板；3、第一短路可调枝节；4、第二短路可调枝节；5、微带传输线；6、直流偏置电路；6-1、隔直电容；6-2、偏置电感；7、第一阻抗调谐枝节；8、第二阻抗调谐枝节；9、隔离电阻；10、变容二极管；11、金属化过孔；12、隔交电感。
图2是本发明实施例提供的功分电路的结构布局图。
图3是本发明实施例提供的实施例1在中心工作频率为0.9GHz下，功分比分别为3：1、6：1和10：1的S参数仿真曲线图；
图中：(a)功分比分别为3：1；(b)功分比分别为6：1；(c)功分比分别为10：1。
图4是本发明实施例提供的实施例1在中心工作频率为1GHz下，功分比分别为3：1、6：1和10：1的S参数仿真曲线图；
图中：(a)功分比分别为3：1；(b)功分比分别为6：1；(c)功分比分别为10：1。
图5是本发明实施例提供的实施例1在中心工作频率为1.2GHz下，功分比分别为3：1、6：1和10：1的S参数仿真曲线图；
图中：(a)功分比分别为3：1；(b)功分比分别为6：1；(c)功分比分别为10：1。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的频率和功分比双可调的可重构功分器包括：介质基板1、地板2、第一短路可调枝节3、第二短路可调枝节4、微带传输线5、直流偏置电路6、第一阻抗调谐枝节7、第二阻抗调谐枝节8、隔离电阻9、变容二极管10、金属化过孔11、隔交电感12。
介质基板1和印制在其下表面的地板2，介质基板1的上表面印制有微带功分电路，第一短路可调枝节3、第二短路可调枝节4末端接有变容二极管10，其后接有金属化过孔11，变容二极管10负极接有直流偏置电路6，用于和微带传输线5共同组成可调移相电路；第一阻抗调谐枝节7前端接有隔直电容6-1，在两条长度相等的传输线中间接有变容二极管10，变容二极管10负极接有直流偏置电路6，偏置电路接有偏置电感6-2，用于隔离反射的高频信号，枝节末端接有隔交电感12后端接有金属化过孔11；第二阻抗调谐枝节8中末端接有变容二极管10，其后接有金属化过孔11，变容二极管10负极接有直流偏置电路6，用于实现功分比的调节以及端口的阻抗匹配；隔离电阻9，用于实现输出端口之间的隔离，使得输出端口的信号互不干扰。
如图1和图2所示，本发明实施例的介质基板1优选材料为Rogers 5880，其介电常数εr＝2.2，介质板厚度h＝0.787mm，损耗角正切tanδ＝0.0009。结构中所采用的所有微带线的线宽均为W0，其优选值为2.4mm。构成第一短路可调枝节3的微带线长度为L3和L4，其优选值分别为20mm和33.55mm；微带传输线5的线长为L2,其优选值为77.3mm；构成第二短路可调枝节4的微带线长度为L5，L6和L7，其优选值分别为13mm，36.35mm和3mm。构成第一阻抗调谐枝节7的微带线长度为L8,L9,L10和L11，其优选值分别为27mm，3mm，3.4mm和20.6mm。构成第二阻抗调谐枝节8的微带线长度为L12，L13和L14，其优选值分别为30mm，3mm和20.6mm。结构中所有的金属化过孔直径为D，其优选值为2mm。所采用的变容二极管10分别为Ct，C1和C2，其中Ct和C2其优选型号为SMV1281，C1的优选型号为SMV1253。隔离电容为Cb，其优选值为13pF。偏置电感6-2为Lbias，其优选值为1nH。隔交电感Lb，其优选值为330nH。隔离电阻R，其优选值为350Ω。偏置电压分别为V1、V2和V3，其由所对应的工作频率和功分比共同决定。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
1、仿真条件和内容
利用商业仿真软件(Advanced Design SystemADS ver.2015.01)对实施例1的S参数在0.9GHz-1.2GHz范围内进行仿真计算，结果如图3-图5所示。
2.仿真结果
如图3所示，本发明实施例中的中心频率为0.9GHz，在中心频率出通过调节偏置电压V1、V2和V3，分别实现了|S21-S31|＝4.7dB,8dB，10.2dB,分别对应3：1，6：1和10：1的功分比。
如图4所示，本发明实施例中的中心频率为1GHz，在中心频率出通过调节偏置电压V1、V2和V3，分别实现了|S21-S31|＝4.8dB,7.9dB，10.1dB,分别对应3：1，6：1和10：1的功分比。
如图3所示，本发明实施例中的中心频率为1.2GHz，在中心频率出通过调节偏置电压V1、V2和V3，分别实现了|S21-S31|＝4.7dB,7.8dB，10.2dB,分别对应3：1，6：1和10：1的功分比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种频率和功分比双可调的可重构功分器，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板下表面印制有金属底板，上表面印制有微带功分电路，所述微带功分电路包括输入馈线、两个输出馈线、隔离电阻和功分调谐电路，所述输入馈线与每个输出馈线之间通过可调移相电路连接，所述隔离电阻两端分别置于两个输出馈线与可调移相电路的连接处，所述功分调谐电路与可调移相电路之间通过两个输出馈线连接，其中：
所述可调移相电路包括微带传输线、第一短路可调枝节和第二短路可调枝节，所述微带传输线两端分别连接第一短路可调枝节和第二短路可调枝节一端，所述第一短路可调枝节和第二短路可调枝节另一端分别连接有第一控制单元；
所述第一控制单元包括隔直电容、偏置电感、变容二极管和金属化过孔，所述隔直电容加载在第一短路可调枝节一端和变容二极管之间，所述偏置电感一端通过导线传送直流电压，其另一端接在隔直电容和变容二极管负极之间，所述变容二极管正极通过金属化过孔接金属底板；
所述功分调谐电路包括第一阻抗调谐枝节和第二阻抗调谐枝节，所述第一阻抗调谐枝节包括第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和第二传输线之间内嵌第二控制单元；所述第二阻抗调谐枝节一端连接至输出馈线，其另一端接有第三控制单元；
所述第二控制单元包括隔直电容、变容二极管、偏置电感、隔交电感、金属化过孔，所述第一传输线一端通过隔直电容与输出馈线连接，另一端接变容二极管正极，所述第二传输线一端接变容二极管负极，且该端与偏置电感一端相接，另一端连接隔交电感，所述隔交电感通过金属化过孔接地，用于实现直流接地以及交流开路。
2.如权利要求1所述的一种频率和功分比双可调的可重构功分器，其特征在于，所述输入馈线采用由两条直线微带组成的T型结构，该T型结构横向直线微带两端通过设置切角与微带传输线和第一短路可调枝节的连接端相连。
3.如权利要求1所述的一种频率和功分比双可调的可重构功分器，其特征在于，所述两个输出馈线采用由三条直线微带组成的准Z字结构，且关于输入馈线纵向直线微带镜像对称。
4.如权利要求1所述的一种频率和功分比双可调的可重构功分器，其特征在于，第一短路可调枝节和第二短路可调枝节平行折叠放置，所述第二阻抗调谐枝节采用由三条直线微带构成的准U型结构，所述第一传输线采用一条直线微带构成的I型结构，所述第二传输线采用由三条直线微带构成的准L型结构,且第一传输线和第二传输线长度相等。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109599648B (zh) * 2018-10-30 2020-06-12 成都频岢微电子有限公司 基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器
CN109766616B (zh) * 2018-12-29 2023-04-07 京信通信技术(广州)有限公司 功率分配器件的参数确定方法、功率分配器件及装置
JP2020167445A (ja) * 2019-03-28 2020-10-08 株式会社村田製作所 フロントエンド回路および通信装置
CN110137653B (zh) * 2019-05-31 2021-05-28 佳木斯大学 一种低插损威尔金森功分器
CN111799899A (zh) * 2020-02-24 2020-10-20 四川大学 自带偏置电压的可重构整流天线
CN111834726B (zh) * 2020-07-28 2022-04-19 南京理工大学 一种能实现高功分比的宽带滤波功分器
CN112784512B (zh) * 2020-12-30 2024-05-03 中国航天科工集团八五一一研究所 超宽带射频功分馈电网络设计方法
CN114497943B (zh) * 2021-12-16 2023-05-09 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种超宽带可重构路由网络以及频带分配的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103367853A (zh) * 2013-07-04 2013-10-23 西安电子科技大学 双频带可重构功率分配器
US8981873B2 (en) * 2011-02-18 2015-03-17 Hittite Microwave Corporation Absorptive tunable bandstop filter with wide tuning range and electrically tunable all-pass filter useful therein
CN104466335A (zh) * 2014-11-29 2015-03-25 华南理工大学 一种具有滤波功能的电调功率分配器
CN104852112A (zh) * 2015-03-26 2015-08-19 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种频率和相位可重构的混合耦合器及其设计方法
CN205406692U (zh) * 2015-11-30 2016-07-27 华南理工大学 一种功率分配比例连续可重构的功率分配器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8981873B2 (en) * 2011-02-18 2015-03-17 Hittite Microwave Corporation Absorptive tunable bandstop filter with wide tuning range and electrically tunable all-pass filter useful therein
CN103367853A (zh) * 2013-07-04 2013-10-23 西安电子科技大学 双频带可重构功率分配器
CN104466335A (zh) * 2014-11-29 2015-03-25 华南理工大学 一种具有滤波功能的电调功率分配器
CN104852112A (zh) * 2015-03-26 2015-08-19 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种频率和相位可重构的混合耦合器及其设计方法
CN205406692U (zh) * 2015-11-30 2016-07-27 华南理工大学 一种功率分配比例连续可重构的功率分配器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Bandwidth Control and High In-Band Isolation";Pei-Ling Chi等;《IEEE Microwave and Wireless Components Letters 》;20160603;第26卷(第6期);全文 *

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