CN107911094A - 一种多功能均衡器 - Google Patents

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张先锋
胡运辉
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Abstract

本发明公开了一种多功能均衡器，包括：用于对第一频率输入信号进行阻断、对第二频率输入信号进行导通的第一均衡电路模块；T型衰减网络；用于对第二频率输入信号进行阻断、对第一频率输入信号进行导通的第二均衡电路模块；T型衰减网络与第一均衡电路模块并联；输入端分别通过第一均衡电路模块和T型衰减网络连接输出端，T型衰减网络还与第二均衡电路模块相连接；微波信号分别通过第一均衡电路模块、T型衰减网络和第二均衡电路模块进行处理后，其幅度得到均衡。本发明的多功能均衡器，利用集总参数和分布参数相结合设计电路，实现了宽频率覆盖范围，大幅减小了插入损耗、提高均衡量，同时兼顾输入、输出驻波比。

Description

一种多功能均衡器
技术领域
本发明涉及均衡器的技术领域，尤其涉及一种多功能均衡器。
背景技术
射频微波传输通道，由于器件特性和频率差异的愿意，会在高频率、低频率处产生增益差，均衡器设置的目的是对组件增益幅度在高频率段以及低频率段进行均衡，以便于宽带应用，同时对高、低频率的输入动态进行均衡。
现有的均衡器中，往往只能兼顾特定的几个频率点，在特定的频率范围内，输入-输出反射损耗较小，但其设备在较大的频率范围内的输入-输出插入损耗仍然无法全面满足要求，此外，均衡器的设计既要考虑所需的均衡量又要兼顾输入驻波比。而现有技术中的均衡器，无法实现在宽频率范围内达到全面减小输入-输出插入损耗和输入-输出反射损耗，并兼顾输入、输出驻波比的目的。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能均衡器，旨在解决现有技术中的均衡器无法在宽频率范围内减小插入损耗、提高均衡量，并兼顾驻波比的问题。
本发明为实现上述目的，具体技术方案如下：
一种多功能均衡器，输入端通过多功能均衡器与输出端相连接，其中，所述多功能均衡器包括：
用于对第一频率输入信号进行阻断、对第二频率输入信号进行导通的第一均衡电路模块；
T型衰减网络；
用于对第二频率输入信号进行阻断、对第一频率输入信号进行导通的第二均衡电路模块；
所述T型衰减网络与第一均衡电路模块并联；
所述输入端分别通过所述第一均衡电路模块和T型衰减网络连接输出端，所述T型衰减网络还与第二均衡电路模块相连接。
所述的一种多功能均衡器，其中，所述T型衰减网络包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻;
所述第一电阻的一端连接输入端和第一均衡电路模块，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第一均衡电路模块和输出端，所述第三电阻的另一端连接所述第二均衡电路模块。
所述的一种多功能均衡器，其中，所述第一均衡电路模块包括：第一电容、第一电感和第二电感；
所述第一电容的一端连接输入端、第二电感的一端和第一电阻的一端，所述第一电容的另一端通过第一电感连接输出端、第二电感的另一端、第二电阻的另一端，所述第二电感的另一端连接输出端、第一电感的另一端和第二电阻的一端。
所述的一种多功能均衡器，其中，所述第二均衡电路模块包括：第二电容、第三电容和第三电感；
所述第二电容的一端连接第三电阻的另一端，所述第二电容的另一端连接第三电容的一端和第三电感的一端，所述第三电感的另一端接地，所述第三电容的另一端接地。
所述的一种多功能均衡器，其中，所述第一频率输入信号的频率范围为0.6-1.0GHz，第一频率输入信号处于低频率段内；所述第二频率输入信号的频率范围为1.0-2.0GHz，第二频率输入信号处于高频率段内。
有益效果：
本发明的一种多功能均衡器，采用集总参数和分布参数相结合的电路设计，实现了宽频率覆盖范围，并大幅减小了插入损耗、提高均衡量，同时兼顾输入、输出驻波比，满足了工业化生产过程中的使用需求。
附图说明
图1为本发明的公共能均衡器的结构示意图。
图2为本发明的多功能均衡器的具体结构示意图。
图3为本发明的多功能均衡器的仿真模型图。
图4为本发明的多功能均衡器的输入-输出反射损耗仿真幅频曲线图。
图5为本发明的多功能均衡器的输入-输出插入损耗仿真幅频曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种多功能均衡器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。
请参阅图1-图5，图1为本发明的公共能均衡器的结构示意图；图2为本发明的多功能均衡器的具体结构示意图；图3为本发明的多功能均衡器的仿真模型图；图4为本发明的多功能均衡器的输入-输出反射损耗仿真幅频曲线图；图5为本发明的多功能均衡器的输入-输出插入损耗仿真幅频曲线图。如图所述，
一种多功能均衡器，输入端10通过多功能均衡器与输出端20相连接，其中，所述多功能均衡器包括：
用于对第一频率输入信号进行阻断、对第二频率输入信号进行导通的第一均衡电路模块Z1；
T型衰减网络Z0；
用于对第二频率输入信号进行阻断、对第一频率输入信号进行导通的第二均衡电路模块Z2；
所述T型衰减网络Z0与第一均衡电路模块Z1并联；
所述输入端10分别通过所述第一均衡电路模块Z1和T型衰减网络Z0连接输出端20，所述T型衰减网络Z0还与第二均衡电路模块Z2相连接。
微波信号分别通过第一均衡电路模块、T型衰减网络和第二均衡电路模块进行处理后，微波信号的幅度得到均衡。
第一频率输入信号处于较低的频率段内，第二频率输入信号处于较高的频率段内。通过设置第一均衡电路模块来对低频率输入信号进行阻断，第一均衡电路模块的揩振点处于低频率范围内，对低频率段的输入信号形成低频阻断，并对高频率段的输入信号进行导通。
通过设置第二均衡电路模块来对高频率输入信号进行阻断，第二均衡电路模块的揩振点处于高频率范围内，对高频率段的输入信号形成高频阻断，并对低频率段的输入信号进行导通。
在具体实施方案中，所述第一频率输入信号的频率范围为0.6-1.0GHz，第一频率输入信号处于低频率段内；所述第二频率输入信号的频率范围为1.0-2.0GHz，第二频率输入信号处于高频率段内。其中，频率范围为0.6-1.0GHz的频率输入信号为低频率输入信号，其输入信号处于低频率段内；频率范围为1.0-2.0GHz的频率输入信号为低频率段，其输入信号处于高频率段内。
在具体实施例中，所述T型衰减网络Z0包括：第一电阻Ra、第二电阻Rb、第三电阻R1；
所述第一电阻Ra的一端连接输入端10和第一均衡电路模块Z1，所述第一电阻Ra的另一端连接所述第二电阻Rb的一端和第三电阻R1的一端，所述第二电阻Rb的另一端连接第一均衡电路模块Z1和输出端20，所述第三电阻R1的另一端连接所述第二均衡电路模块Z2。
所述T型衰减网络Z0包括：第一电阻Ra、第二电阻Rb和第三电阻R1，三个电阻通过特定的连接关系组成T型电阻器Z0，所述第一电阻Ra的一端连接输入端10和第一均衡电路模块Z1，所述第一电阻Ra的另一端连接所述第二电阻Rb的一端和第三电阻R1的一端，所述第二电阻Rb的另一端连接第一均衡电路模块Z1和输出端20，所述第三电阻R1的另一端连接所述第二均衡电路模块Z2。更具体的实施例中，所述T型电阻器Z0一端连接与输入端10相连接，另一端与输出端20相连接。对输入的微波信号进行处理，并将处理后的微波信号发送至输出端20。
更具体的实施方式中， 根据最大衰减量计算得到第三电阻R1的阻值。在最低频率，桥臂并联谐振、支臂串联谐振，此时均衡器表现为纯阻网络并呈最大衰减状态，根据所需的最大衰减确定第一电阻Ra、第二电阻Rb和第三电阻R1的阻值。
R1=2×（A×Rin×Rout）1/2/（1-A）；
Ra=（1+A）×Rin/（1-A）- R1；
Rb=（1+A）×Rout/（1-A）- R1；
上述公式中，Rin为输入电阻值，Rout为输出电阻值，A为最大衰减量；对于50欧姆的系统，系统基准电阻R0=50欧姆，则Rin=Rout=50欧姆。
设定最大均衡量A为10dB，即取A=0.1。经计算得到，R1=34.8Ω；Ra= Rb =26.1Ω。
在实际设计时，要记入分布参数的影响，对集总元件数值进行修正，电磁仿真软件中的仿真模型如图3所示，其中包括金属微带线30，焊盘40，以及接地孔50。由于微带线也具有阻值，因此，需要结合微带线的阻值，对所接入的各电路元器件的具体数值进行分析计算，并对电路的具体设计结构、电路中各电子元器件的数值进行修正。
在具体实施方式中，所述第一均衡电路模块Z1包括：第一电容C11、第一电感L11和第二电感L12；
所述第一电容C11的一端连接输入端10、第二电感L12的一端和第一电阻Ra的一端，所述第一电容C11的另一端通过第一电感L11连接输出端20、第二电感L12的另一端、第二电阻Rb的另一端，所述第二电感L12的另一端连接输出端20、第一电感L11的另一端和第二电阻Rb的一端。
在具体实施例中，所述第一均衡电路模块Z1包括第一电容C11、第一电感L11和第二电感L12 三个集总原器件。其中第一电容C11和第一电感L11组成串联谐振电路，谐振点处于高频率范围内，能够充分降低输入-输出插入损耗；第一电容C11、第一电感L11和第二电感L12三个器件共同组成并联揩振电路，揩振点处于低频率范围内，能够对低频率段的输入信号形成低频阻断。
在具体的实施方式中，所述第二均衡电路模块Z2包括：第二电容C22、第三电容C21和第三电感L21；
所述第二电容C22的一端连接第三电阻R1的另一端，所述第二电容C22的另一端连接第三电容C21的一端和第三电感L21的一端，所述第三电感L21的另一端接地，所述第三电容C21的另一端接地。
在具体实施方式中，所述第二均衡电路模块Z2包括：第二电容C22、第三电容C21和第三电感L21三个集总原器件。其中第三电感L21、第二电容C22组成串联谐振电路，谐振点处于低频率范围内，对地形成短路；第二电容C22、第三电容C21、第三电感L21三个器件共同组成并联揩振电路，其揩振点处于高频率范围内，对高频率段的输入信号形成高频阻断。
在更具体的实施方式中，第一均衡电路模块Z1与第二均衡电路模块Z2互为倒量关系，即：Z1×Z2= R0 2。
电路网络的特性阻抗Zc= R0。
电路设计时，应使第一均衡电路模块Z1的设计在高频率段呈串联谐振，在低频率段呈并联谐振，根据倒量关系，第一均衡电路模块Z1的并联谐振对应第二均衡电路模块Z2的串联谐振；第一均衡电路模块Z1串联谐振对应第二均衡电路模块Z2的并联谐振，即：
fL=1/(2π×（L11+ L12）1/2×C11 1/2）（并联谐振频率）；
fH=1/(2π×（L11×C11）1/2）（串联谐振频率）；
根据串联谐振频率计算得到第一电感L11和第一电容C11的数值；
取C11=1.5pF，fH=1.5GHz，得：
L11=1/（4π2×fH 2×C11）=7.5nH；
根据并联谐振频率计算得到第二电感L12的数值；
取fL=1.0GHz，
L12=1/（4π2×fL 2×C11）- L11=9.375 nH。
根据倒量关系计算得到第二电容C22、第三电容C21和第三电感L21的数值。
L21= R0 2× C11=3.75nH；
C21= L11 /R0 2 =7.5×10-9/2500=3pF；
C22= L12/R0 2=9.38×10-9/2500=3.75pF。
实际设计时，还要计入分布参数的影响，对集总元件取值进行修正，并对电路中元件的取值进行修正。
完成多功能均衡器的设计后，利用HFSS对多功能均衡器的输入输出数据进行仿真模拟，得到图4中的输入-输出反射损耗仿真幅频曲线和图5中的输入-输出插入损耗仿真幅频曲线图。从图4中可以得到多功能均衡器的输入-输出反射损耗小于-18.9dB，其中，输入驻波比为1.26；从图5中可以得到多功能均衡器在1.5GHz的输入频率下的输入-输出插入损耗小于0.3dB，多功能均衡器在0.97GHz的输入频率下的输入-输出插入损耗的最大均衡量为5.0dB；在0.6GHz至2.0GHz的频率范围内均能够取得良好的均衡效果。
综上所述，本发明公开了一种多功能均衡器，包括：用于对第一频率输入信号进行阻断、对第二频率输入信号进行导通的第一均衡电路模块；T型衰减网络；用于对第二频率输入信号进行阻断、对第一频率输入信号进行导通的第二均衡电路模块；所述T型衰减网络与第一均衡电路模块并联；所述输入端分别通过所述第一均衡电路模块和T型衰减网络连接输出端，所述T型衰减网络还与第二均衡电路模块相连接；微波信号分别通过第一均衡电路模块、T型衰减网络和第二均衡电路模块进行处理后，微波信号的幅度得到均衡。本发明的一种多功能均衡器，利用集总参数和分布参数相结合的电路设计，实现了宽频率覆盖范围，并大幅减小了插入损耗、提高均衡量，同时兼顾输入、输出驻波比，解决了现有技术中的均衡器无法在宽频率范围内减小插入损耗、提高均衡量，并兼顾驻波比的问题，满足了工业化生产过程中的使用需求。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种多功能均衡器，输入端通过多功能均衡器与输出端相连接，其特征在于，所述多功能均衡器包括：
用于对第一频率输入信号进行阻断、对第二频率输入信号进行导通的第一均衡电路模块；
T型衰减网络；
用于对第二频率输入信号进行阻断、对第一频率输入信号进行导通的第二均衡电路模块；
所述T型衰减网络与第一均衡电路模块并联；
所述输入端分别通过所述第一均衡电路模块和T型衰减网络连接输出端，所述T型衰减网络还与第二均衡电路模块相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能均衡器，其特征在于，所述T型衰减网络包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻；
所述第一电阻的一端连接输入端和第一均衡电路模块，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第一均衡电路模块和输出端，所述第三电阻的另一端连接所述第二均衡电路模块。
3.根据权利要求2所述的一种多功能均衡器，其特征在于，所述第一均衡电路模块包括：第一电容、第一电感和第二电感；
所述第一电容的一端连接输入端、第二电感的一端和第一电阻的一端，所述第一电容的另一端通过第一电感连接输出端、第二电感的另一端、第二电阻的另一端，所述第二电感的另一端连接输出端、第一电感的另一端和第二电阻的一端。
4.根据权利要求2所述的一种多功能均衡器，其特征在于，所述第二均衡电路模块包括：第二电容、第三电容和第三电感；
所述第二电容的一端连接第三电阻的另一端，所述第二电容的另一端连接第三电容的一端和第三电感的一端，所述第三电感的另一端接地，所述第三电容的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种多功能均衡器，其特征在于，所述第一频率输入信号的频率范围为0.6-1.0GHz，第一频率输入信号处于低频率段内；所述第二频率输入信号的频率范围为1.0-2.0GHz，第二频率输入信号处于高频率段内。
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