CN109066044A - 一种超宽带威尔金森功分器 - Google Patents

一种超宽带威尔金森功分器 Download PDF

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楚然
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种超宽带威尔金森功分器，包括一个输入端口、两个相同的四分之一波长阻抗变换器组、两个相同的输出相位调节器组、两个输出端口以及隔离电阻，所述输入端口为一节微带线，所述的两个相同的多节四分之一波长阻抗变换器组与输入端口相连接，与输入端口的微带线成中心对称。所述两个相同的输出相位调节器分别由于四段微带线组成，分别与两个四分之一波长阻抗变换器的另一端口相连接，所述的两个输出端口分别由一段微带线组成，所述隔离电阻为贴片电阻，本发明的技术方案在1到15GHz频带范围内具有较高的隔离度，较低的端口驻波，较低的传输损耗，同时能改变两路输出信号的相位。

Description

一种超宽带威尔金森功分器
技术领域
本发明属于功分器技术领域，具体涉及一种超宽带威尔金森功分器。
背景技术
随着我国军事科技的迅速发展，对信息传输的隐蔽性，容量和传输速率提出很高的要求，超宽带微波射频器件成了研究重点。在微波系统中超宽带技术有着广阔的应用前景。
功分器既可以将信号多路等功率分配又可以反转作为功率合成器使用，是微波收发系统重要的组成部分，在功率分配中，一个输入信号被功分器分成两个(或多个)较小的功率信号。功分器一般是等分(3dB)形式，但也有不相等的功分比。在微波电路中，微波功分器是用于把输入信号分成两路或多路输出的重要功能器件，是组成微波系统和无线通信系统的核心器件之一。根据电路的不同一般分为简单T型功分器和隔离功分器两种。简单T型功分器输出端之间通常不安置隔离电阻，其电路特点较易实现多路功率分配，能在较大的带宽范围获得较好的功率分配比。由于这类功分器大多采用多节阻抗变换线来展宽功放带宽，导致它的尺寸通常比较长，不易实现集成。而且它的输出端口之间缺少隔离，因此在应用中受到很大局限。1960年，威尔金森首次提出了隔离功分器，后来我们称之为威尔金森功分器，此类型功分器在电路结构中的输出部分引入隔离电阻使输出各端口之间获得了比较好的隔离度，在无线通信、微波测量、雷达等领域中普遍应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超宽带威尔金森功分器，解决了现有威尔金森功分器输出端无法改变输出相位的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种超宽带威尔金森功分器，包括一个输入端口、第一输出端口、第二输出端口、两个相同的四分之一波长阻抗变换器组、两个相同的输出相位调节器和八个隔离电阻，所述输入端口采用微带线，两个四分之一波长阻抗变换器组的输入端分别与输入端口相连，且两个四分之一波长阻抗变换器组关于输入端口的微带线的中心轴对称，所述四分之一波长阻抗变换器组由八节串联的四分之一波长阻抗变换器构成，每一节线宽均不等，从输入端向输出端各节线宽分别为w1=0.41mm、w2=0.47mm、w3=0.56mm、w4=0.67mm、w5=0.77mm、w6=0.87mm、w7=0.97mm、w8=1.2mm，所述输出相位调节器由串联的输出相位调节器的输出端和1-4段相同的四分之一波长微带线组构成，一个输出相位调节器的输出端连接在一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第一输出端口之间，另一个输出相位调节器的输出端连接在另一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第二输出端口之间，隔离电阻耦合两个相同四分之一波长阻抗变换器的输出端之间，上述两个四分之一波长阻抗变换器的输出端分别位于两个四分之一波长阻抗变换器组上，且两个四分之一波长阻抗变换器的输出端关于输入端口的微带线的中心轴对称。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：通过增加了输出相位调节器，调节两个输出端口微带线的路径从而改变两路端口输出信号的相位。
附图说明
图1为本发明超宽带威尔金森功分器的结构示意图。
图2为本发明的尺寸示意图。
图3为功分器的S（1,1）参数仿真结果图
图4为功分器的S（2,1）参数仿真结果图
图5为功分器的S（2,3）参数仿真结果图
图6为功分器输入端口1的VSWR（1）参数仿真结果图
图7为功分器第一输出端口14的VSWR（2）参数仿真结果图
图8为功分器第二输出端口15的VSWR（3）参数仿真结果图
图中：1—输入端口、2—第一节四分之一波长阻抗变换器、3—第二节四分之一波长阻抗变换器、4—第三节四分之一波长阻抗变换器、5—第四节四分之一波长阻抗变换器、6—第五节四分之一波长阻抗变换器、7—第六节四分之一波长阻抗变换器、8—第七节四分之一波长阻抗变换器、9—第八节四分之一波长阻抗变换器、10—第一节四分之一波长相位调节器、11—第二节四分之一波长相位调节器、12—第三节四分之一波长相位调节器、13—第四节四分之一波长相位调节器、14—第一输出端口、15—第二输出端口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明所述的一种超宽带威尔金森功分器为两路功率分配器，这种功率分配器是一个三端口器件，包括输入端口1和第一输出端口14，第二输出端口15，本发明一种超宽带威尔金森功分器，威尔金森功分器在传统功分器的基础上加入了电阻隔离，提高了输出端口之间的隔离度。
使用网络的分析方法导出其散射矩阵。可以采用偶一奇模分析方法对等效传输线电路进行分析，所得到等分威尔金森功分器的散射矩阵为
= 。
所述的公式可以看第一输出端口14和第二输出端口15等分输入端口1功率，第一输出端口14和输出端口15完全隔离，实际上，这种单节的等分威尔金森功分器只有在中心频率才具有这样的优秀特性，因此只能使用窄带情况，这种单节等分威尔金森功分器的使用带宽做多只有百分之十几，要满足本专利的1～15G带宽，必须使用多节阻抗变换器来展宽威尔金森功分器的带宽。每一节都是由四分之一波长阻抗线构成，每一节的输出端都加电阻隔离。
结合图1和图2，一种超宽带威尔金森功分器，包括一个输入端口1、第一输出端口14、第二输出端口15、两个相同的四分之一波长阻抗变换器组、两个相同的输出相位调节器和八个隔离电阻，所述输入端口1采用微带线，所述输入端口1线宽为1.51mm，两个四分之一波长阻抗变换器组的输入端分别与输入端口1相连，且两个四分之一波长阻抗变换器组关于输入端口1的微带线的中心轴对称，所述四分之一波长阻抗变换器组由八节串联的四分之一波长阻抗变换器构成，每一节线宽均不等，依次如下：第一节四分之一波长阻抗变换器2线宽w1=0.41mm、第二节四分之一波长阻抗变换器3线宽w2=0.47mm、第三节四分之一波长阻抗变换器4线宽w3=0.56mm、第四节四分之一波长阻抗变换器5线宽w4=0.67mm、第五节四分之一波长阻抗变换器6线宽w5=0.77mm、第六节四分之一波长阻抗变换器7线宽w6=0.87mm、第七节四分之一波长阻抗变换器8线宽w7=0.97mm、第八节四分之一波长阻抗变换器9线宽w8=1.2mm，所述输出相位调节器组由1-4段相同的四分之一波长微带线组构成，一个输出相位调节器的输出端连接在一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第一输出端口14之间，另一个输出相位调节器的输出端连接在另一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第二输出端口15之间，所述第一节四分之一波长相位调节器10、第二节四分之一波长相位调节器11、第三节四分之一波长相位调节器12、第四节四分之一波长相位调节器13的线宽均为1.51mm，所述输出相位调节器组的特征阻抗为50Ω，隔离电阻耦合两个四分之一波长阻抗变换器的输出端之间，上述两个四分之一波长阻抗变换器的输出端分别位于两个四分之一波长阻抗变换器组上，且两个四分之一波长阻抗变换器的输出端关于输入端口1的微带线的中心轴对称。
本实施例中四分之一波长阻抗变换器采用切比雪夫阻抗变换器结构计。
所述切比雪夫阻抗变换器结构是为了牺牲带内的纹波来获得比较大的使用带宽。
针对功分损耗和输出端的隔离度，可以得到如图3、4、5、6、7、8的仿真结果。
从图中可以看出1～15G通带范围内，功分器的输出功率平坦度较好，仿真得到的平坦度＜1.17dB，信号的插入损耗不大于4.35 dB，输出端口的隔离度在通带范围较好，在整个波段内，隔离度＞16.34dB以上，输入端口VSWR＜1.75，两个输出端口的VSWR＜1.68。
本专利特别适用于通信雷达、无线通信、微波测试设备和频谱监测等系统，以及各种射频微波测试仪器的设计。采用本专利的超宽带功分器实现了1～15G的功率平均分配，并且保证整个频段内的功率平坦度，提高系统的性能，有极好的经济效益和应用前景。

Claims (6)

1.一种超宽带威尔金森功分器，其特征在于：包括一个输入端口（1）、第一输出端口（14）、第二输出端口（15）、两个相同的四分之一波长阻抗变换器组、两个相同的输出相位调节器和八个隔离电阻，所述输入端口（1）采用微带线，两个四分之一波长阻抗变换器组的输入端分别与输入端口（1）相连，且两个四分之一波长阻抗变换器组关于输入端口（1）的微带线的中心轴对称，所述四分之一波长阻抗变换器组由八节串联的四分之一波长阻抗变换器构成，每一节线宽均不等，从输入端向输出端各节线宽分别为w1=0.41mm、w2=0.47mm、w3=0.56mm、w4=0.67mm、w5=0.77mm、w6=0.87mm、w7=0.97mm、w8=1.2mm，所述输出相位调节器由串联的输出相位调节器的输出端和1-4段相同的四分之一波长微带线组构成，一个输出相位调节器的输出端连接在一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第一输出端口（14）之间，另一个输出相位调节器的输出端连接在另一个多节四分之一波长阻抗变换器组的输出端和第二输出端口（15）之间，隔离电阻耦合两个相同四分之一波长阻抗变换器的输出端之间，上述两个四分之一波长阻抗变换器的输出端分别位于两个四分之一波长阻抗变换器组上，且两个四分之一波长阻抗变换器的输出端关于输入端口（1）的微带线的中心轴对称。
2.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于：所述输入端口（1）线宽为1.51mm。
3.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于：所述输出相位调节器的微带线线宽为1.51mm。
4.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于：所述第一输出端口（14）和第二输出端口（15）均采用微带线，线宽为1.51mm。
5.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于：所述隔离电阻为贴片电阻。
6.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于：所述输出相位调节器的四分之一波长微带线组的特征阻抗为50Ω，能够调节四分之一个相位，每个四分之一波长微带线组包括两条八分之一波长微带线和一个子输出端，两条八分之一波长微带线连接子输出端两端。
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