CN110380179A - 一种5g宽带威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波传输器件的技术领域，公开了一种5G宽带威尔金森功分器。5G宽带威尔金森功分器位于介质层上，5G宽带威尔金森功分器包括设置在介质层上的输入端口、输出端口一和输出端口二，输入端口与输出端口一之间具有输入输出匹配的分路线一，输入端口与输出端口二之间具有输入输出匹配的分路线二，沿分路线一与分路线二之间的信号传输方向依次设置有隔离电阻一、隔离电阻二和隔离电阻三。本发明的威尔金森功分器的工作频带为1.45GHz‑5.35GHz，有效提升了威尔金森功分器的带宽，可覆盖5G工作频带。
Description
技术领域
本发明涉及微波传输器件的技术领域，尤其涉及一种5G宽带威尔金森功分器。
背景技术
功率分配器，又称为功率合成器，简称功分器，被广泛应用于混频器、功率放大器、大规模MIMO阵列天线以及相控阵雷达天线等微波射频系统中。功分器是一种可以将一路输入信号功率等分或者不等分分配给多路输出的器件，同时该器件又可以反转作为功率合成器使用，应用于基站、直放站、室内分布系统等移动通信工程领域，对微波信号进行均值/非均值分配处理，是移动通信系统中必不可少的微波信号分配器件。
目前，常见的功分器主要有：T型功分器、Gysel功分器、Bagley多边形功分器和威尔金森功分器。随着传输线理论的完善和生产工艺水平的提高，目前国内外的生产厂商已生产出一系列的威尔金森功分器。由于传统的威尔金森功分器带宽有限，只有10％左右的带宽，
随着我国正式进入5G时代，工信部向中国电信、中国移动和中国联通正式发放5G商用牌照。由于高频段的划分越来越密集，使用越来越拥挤，仅能工作于窄带的威尔金森功分器已不能满足行业要求。
发明内容
为解决传统的威尔金森功分器带宽有限的技术问题，本发明提供一种5G宽带威尔金森功分器。
本发明采用以下技术方案实现：一种5G宽带威尔金森功分器，其位于所述介质层上，所述5G宽带威尔金森功分器包括设置在所述介质层上的输入端口、输出端口一和输出端口二，所述输入端口与所述输出端口一之间具有输入输出匹配的分路线一，所述输入端口与所述输出端口二之间具有输入输出匹配的分路线二，沿所述分路线一与分路线二之间的信号传输方向依次设置有隔离电阻一、隔离电阻二和隔离电阻三；
所述分路线一包括微带线一、微带线三和微带线五，所述微带线一的一端与所述输入端口耦合连接，所述微带线一的相对另一端与所述微带线三的一端耦合连接，所述微带线三的相对另一端与所述微带线五的一端耦合连接，所述微带线五的相对另一端与所述输出端口一耦合连接；
所述分路线二包括微带线二、微带线四和微带线六，所述微带线二的一端与所述输入端口耦合连接，所述微带线二的相对另一端与所述微带线四的一端耦合连接，所述微带线四的相对另一端与所述微带线六的一端耦合连接，所述微带线六的相对另一端与所述输出端口二耦合连接。
本发明通过在输入端口和两个输出端口之间设置多个相互对称且呈半环形的微带线，解决了传统的威尔金森功分器带宽有限的技术问题，得到了有效提升了威尔金森功分器的带宽，且覆盖5G工作频带的技术效果。
进一步地，所述微带线一、微带线三、微带线五和输出端口一依次分别与微带线二、微带线四、微带线六和输出端口二关于所述输入端口的中轴线对称。
进一步地，所述微带线一、微带线二、微带线三、微带线四、微带线五和微带线六的整体均呈半环形结构。
更进一步地，所述微带线一的宽度为0.65毫米，所述微带线一在水平方向上的长度为4.14毫米，所述微带线一在竖直方向上的长度为5.14毫米；
所述微带线二的宽度为0.65毫米，所述微带线二在水平方向上的长度为4.14毫米，所述微带线二在竖直方向上的长度为5.14毫米；
所述微带线三的宽度为0.9毫米，所述微带线三在水平方向上的长度为4.55毫米，所述微带线三在竖直方向上的长度为5.55毫米；
所述微带线四的宽度为0.9毫米，所述微带线四在水平方向上的长度为4.55毫米，所述微带线四在竖直方向上的长度为5.55毫米；
所述微带线五的宽度为1.2毫米，所述微带线五在水平方向上的长度为4.5毫米，所述微带线五在竖直方向上的长度为5.5毫米；
所述微带线六的宽度为1.2毫米，所述微带线六在水平方向上的长度为4.5毫米，所述微带线六在竖直方向上的长度为5.5毫米。
进一步地，所述隔离电阻一设置在所述微带线一和微带线三的连接处与微带线二和微带线四的连接处之间；所述隔离电阻二设置在所述微带线三和微带线五的连接处与微带线四和微带线六的连接处之间；所述隔离电阻三设置在所述微带线五和输出端口一的连接处与微带线六和输出端口二的连接处之间。
进一步地，所述输入端口为直线形微带线；所述输出端口一和输出端口二均采用整体呈L形的微带线。
更进一步地，所述输入端口在水平方向上的长度为6.79毫米，在竖直方向上的宽度为2毫米；所述输出端口一在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，所述输出端口一在竖直方向的长度为6毫米，并且在所述输出端口一的L形结构的转角处采用切角设计。
更进一步地，所述输出端口二在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，所述输出端口二在竖直方向的长度为6毫米，并且在输出端口二9的L形结构的转角处采用切角设计。
进一步地，所述隔离电阻一、隔离电阻二和隔离电阻三的阻值大小依次递减。
进一步地，所述介质层为罗杰斯板材。
本发明的有益效果为：
1.本发明的威尔金森功分器的工作频带为1.45GHz-5.35GHz，有效提升了威尔金森功分器的带宽，可覆盖5G工作频带。
2.本发明的威尔金森功分器采用环形结构，结构简单，且极大的缩小了功分器的体积，同时也降低了功分器微带线间的耦合影响。
3.本发明威尔金森功分器的工作频带宽、回波损耗大、插入损耗低、隔离度高、具有良好的功率分配性质，便于PCB电路集成。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的5G宽带威尔金森功分器的模型图；
图2为本发明实施例2提供的5G宽带威尔金森功分器的回波损耗仿真试验结果图；
图3为本发明实施例2提供的5G宽带威尔金森功分器的插入损耗仿真试验结果图；
图4为本发明实施例2提供的5G宽带威尔金森功分器的隔离度的仿真试验结果图。
主要符号说明：
1、输入端口；2、微带线一；3、微带线二；4、微带线三；5、微带线四；6、微带线五；7、微带线六；8、输出端口一；9、输出端口二；10、隔离电阻一；11、隔离电阻二；12、隔离电阻三。
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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请结合图1，5G宽带威尔金森功分器位于介质层上。本实施例中的介质层为罗杰斯板材。具体地，介质层采用介电常数为2.2的氧化铝陶瓷。5G宽带威尔金森功分器包括设置在介质层上的输入端口1、输出端口一8、输出端口二9、分路线一、分路线二、隔离电阻一10、隔离电阻二11和隔离电阻三12。
请结合图2，输入端口1可以为直线形微带线，输入端口1在水平方向上的长度为6.79毫米，在竖直方向上的宽度为2毫米。
输出端口一8可以采用整体呈L形的微带线。输出端口一8在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，输出端口一8在竖直方向的长度为6毫米，并且在输出端口一8的L形结构的转角处采用切角设计，可以使得输出端口一8具有更好的信号传输特性，获得更宽的工作频率。
输出端口二9可以采用整体呈L形的微带线，且输出端口二9与输出端口一8关于输入端口1的中轴线对称。输出端口二9在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，输出端口二9在竖直方向的长度为6毫米，并且在输出端口二9的L形结构的转角处采用切角设计，可以使得输出端口二9具有更好的信号传输特性，获得更宽的工作频率。
由于本实施例中的输出端口一8和输出端口二9的长度和宽度均相等，则该威尔金森功分器的功率分配是等分的，在其他实施例中，输出端口一8和输出端口二9的长度和宽度可以不相等，则该威尔金森功分器的功率分配是不等分的，工作人员可以针对不同应用情况进行选用。
分路线一设置在输入端口1与输出端口一8之间，即输入端口1与输出端口一8之间具有输入输出匹配的分路线一。分路线一包括微带线一2、微带线三4和微带线五6。
微带线一2整体呈半环形结构。微带线一2的宽度为0.65毫米，微带线一2在水平方向上的长度为4.14毫米，微带线一2在竖直方向上的长度为5.14毫米。本实施例中微带线一2的一端与输入端口1之间耦合连接。
微带线三4整体呈半环形结构。微带线三4的宽度为0.9毫米，微带线三4在水平方向上的长度为4.55毫米，微带线三4在竖直方向上的长度为5.55毫米。本实施例中微带线三4的一端与微带线一2的相对另一端耦合连接。
微带线五6整体呈半环形结构。微带线五6的宽度为1.2毫米，微带线五6在水平方向上的长度为4.5毫米，微带线五6在竖直方向上的长度为5.5毫米。本实施例中微带线五6的一端与微带线三4的相对另一端耦合连接。微带线五6的相对另一端与输出端口一8耦合连接。
分路线二设置在输入端口1与输出端口二9之间，即输入端口1与输出端口二9之间具有输入输出匹配的分路线一。分路线一包括微带线二3、微带线四5和微带线六7。
微带线二3整体呈半环形结构。微带线二3的宽度为0.65毫米，微带线二3在水平方向上的长度为4.14毫米，微带线二3在竖直方向上的长度为5.14毫米。本实施例中微带线二3的一端与输入端口1之间耦合连接。
微带线四5整体呈半环形结构。微带线四5的宽度为0.9毫米，微带线四5在水平方向上的长度为4.55毫米，微带线四5在竖直方向上的长度为5.55毫米。本实施例中微带线四5的一端与微带线二3的相对另一端耦合连接。
微带线六7整体呈半环形结构。微带线六7的宽度为1.2毫米，微带线六7在水平方向上的长度为4.5毫米，微带线六7在竖直方向上的长度为5.5毫米。本实施例中微带线六7的一端与微带线四5的相对另一端耦合连接。微带线六7的相对另一端与输出端口二9耦合连接。
本实施例中微带线一2、微带线三4和微带线五6依次分别与微带线二3、微带线四5和微带线六7关于输入端口1的中轴线对称。通过采用环形对称的微带线，结构简单，且极大的缩小了功分器的体积，同时也降低了功分器微带线间的耦合影响。
沿分路线一与分路线二之间的信号传输方向依次设置有隔离电阻一10、隔离电阻二11和隔离电阻三12。隔离电阻一10设置在微带线一2和微带线三4的连接处与微带线二3和微带线四5的连接处之间。隔离电阻一10的阻值为510欧姆。
隔离电阻二11设置在微带线三4和微带线五6的连接处与微带线四5和微带线六7的连接处之间。隔离电阻二11的阻值为187欧姆。
隔离电阻三12设置在微带线五6和输出端口一8的连接处与微带线六7和输出端口二9的连接处之间。隔离电阻三12的阻值为95.3欧姆。
本实施例中隔离电阻一10、隔离电阻二11和隔离电阻三12用于平衡输出端口一8和输出端口二9，还可以对输出端口一8和输出端口二9输出的射频信号进行隔离。同时，当其中一个输出端口出现开路或短路时，反射回的功率会被隔离电阻吸收，以实现对功分器的保护。
由此，本实施例的各个微带线的长度和宽带，以及各个隔离电阻的值是经过计算得出的。目的就是为了整个覆盖5G工作频段。三大运用商所使用的频率最高4.9GHz,最低2.6GHz，其比值接近于2，根据设计原理，选3节功分器，第一节归一化阻抗值为1.1124，之后运用软件计算，得出第一节的宽度长度值，同理第二节归一化阻抗值为1.4142，运用软件计算，得出第二节宽度长度值，第三节归一化阻抗值1.7979，运用软件计算，得出第三节宽度长度值。本发明的功分器采用多节级联的方式，有效增加了带宽，解决了单节功分器带宽窄的问题。
实施例2
本实施例2区别于实施例1的地方在于，本实施例2是对实施例1中的5G宽带威尔金森功分器进行仿真试验。
请结合图2，可以反映出的是输入端口的反射系数，原理上希望值越小越好，从仿真结果可以看出在工作频带范围内的回波损耗值均小于-20dB。
请结合图3，反映的是信号经过器件后的衰减量。由于是二等分功分器，损耗原理上希望是3dB,从仿真结果来看，在工作频带范围内基本在-3dB左右。
请结合图4，反映的是隔离度结果，原理上希望隔离度足够大，这里，从仿真结果可以看出在工作频带范围内在20dB以上。
由此，从仿真图中的仿真结果可以看出，本发明功分器工作频带为1.45GHz-5.35GHz，可以覆盖了三大运营商的5G频段。本发明功分器工作频带宽、回波损耗大、插入损耗低、隔离度高、具有良好的功率分配性质，便于PCB电路集成。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明的威尔金森功分器的工作频带为1.45GHz-5.35GHz，有效提升了威尔金森功分器的带宽，可覆盖三大运营商的5G工作频带。
2.本发明的威尔金森功分器采用环形结构，结构简单，且极大的缩小了功分器的体积，同时也降低了功分器微带线间的耦合影响。
3.本发明威尔金森功分器的工作频带宽、回波损耗大、插入损耗低、隔离度高、具有良好的功率分配性质，便于PCB电路集成。
以上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 (10)
1.一种5G宽带威尔金森功分器，其位于所述介质层上，其特征在于，所述5G宽带威尔金森功分器包括设置在所述介质层上的输入端口、输出端口一和输出端口二，所述输入端口与所述输出端口一之间具有输入输出匹配的分路线一，所述输入端口与所述输出端口二之间具有输入输出匹配的分路线二，沿所述分路线一与分路线二之间的信号传输方向依次设置有隔离电阻一、隔离电阻二和隔离电阻三；
所述分路线一包括微带线一、微带线三和微带线五，所述微带线一的一端与所述输入端口耦合连接，所述微带线一的相对另一端与所述微带线三的一端耦合连接，所述微带线三的相对另一端与所述微带线五的一端耦合连接，所述微带线五的相对另一端与所述输出端口一耦合连接；
所述分路线二包括微带线二、微带线四和微带线六，所述微带线二的一端与所述输入端口耦合连接，所述微带线二的相对另一端与所述微带线四的一端耦合连接，所述微带线四的相对另一端与所述微带线六的一端耦合连接，所述微带线六的相对另一端与所述输出端口二耦合连接。
2.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微带线一、微带线三、微带线五和输出端口一依次分别与微带线二、微带线四、微带线六和输出端口二关于所述输入端口的中轴线对称。
3.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微带线一、微带线二、微带线三、微带线四、微带线五和微带线六的整体均呈半环形结构。
4.如权利要求3所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，
所述微带线一的宽度为0.65毫米，所述微带线一在水平方向上的长度为4.14毫米，所述微带线一在竖直方向上的长度为5.14毫米；
所述微带线二的宽度为0.65毫米，所述微带线二在水平方向上的长度为4.14毫米，所述微带线二在竖直方向上的长度为5.14毫米；
所述微带线三的宽度为0.9毫米，所述微带线三在水平方向上的长度为4.55毫米，所述微带线三在竖直方向上的长度为5.55毫米；
所述微带线四的宽度为0.9毫米，所述微带线四在水平方向上的长度为4.55毫米，所述微带线四在竖直方向上的长度为5.55毫米；
所述微带线五的宽度为1.2毫米，所述微带线五在水平方向上的长度为4.5毫米，所述微带线五在竖直方向上的长度为5.5毫米；
所述微带线六的宽度为1.2毫米，所述微带线六在水平方向上的长度为4.5毫米，所述微带线六在竖直方向上的长度为5.5毫米。
5.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述隔离电阻一设置在所述微带线一和微带线三的连接处与微带线二和微带线四的连接处之间；所述隔离电阻二设置在所述微带线三和微带线五的连接处与微带线四和微带线六的连接处之间；所述隔离电阻三设置在所述微带线五和输出端口一的连接处与微带线六和输出端口二的连接处之间。
6.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口为直线形微带线；所述输出端口一和输出端口二均采用整体呈L形的微带线。
7.如权利要求6所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口在水平方向上的长度为6.79毫米，在竖直方向上的宽度为2毫米；所述输出端口一在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，所述输出端口一在竖直方向的长度为6毫米，并且在所述输出端口一的L形结构的转角处采用切角设计。
8.如权利要求6所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述输出端口二在水平方向上的长度和宽度分别为6毫米和1毫米，所述输出端口二在竖直方向的长度为6毫米，并且在输出端口二9的L形结构的转角处采用切角设计。
9.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述隔离电阻一、隔离电阻二和隔离电阻三的阻值大小依次递减。
10.如权利要求1所述的5G宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述介质层为罗杰斯板材。
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