CN110994102B - 一种分配路数和分配比可重构功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分配路数和分配比可重构功分器，包括n个分支线耦合器、2n+1个π型等效传输线、2n+1个端口微带线和n‑1条连接微带线；第一级分支线耦合器的射频信号输入接口连接射频信号输入端口微带线P1，其余分支线耦合器的射频信号输入接口均各通过一条连接微带线连接在上一个分支线耦合器的一个射频信号输出接口上；分支线耦合器的其余射频信号输出接口各通过一个π型等效传输线连接一条端口微带线；π型等效传输线的变容二极管上还并联有直流偏置电压接入模块。本发明的功率分配器分配路数和分配比同时可调，且分配比例在一定范围内连续可调，具有易于实现的优点，解决了传统功分器的难以实现分配路数和分配比同时可调的问题。

Description

一种分配路数和分配比可重构功分器

技术领域

本发明属于射频与微波通信技术领域，具体涉及一种分配路数和分配比可重构功分器，主要应用于阵列天线、混频器以及实时功率分配与合成。

背景技术

作为射频电路前端的重要组成部分，功率分配器的研究与设计正越来越受到人们的重视。功率分配器简称为功分器，在大规模阵列天线系统和相控阵列雷达系统以及功率合成器中，都需要使用多个功率分配比例不同的功分器。而由于射频功分器的工作原理决定了其体积较大的缺点，多个射频功分器级联的应用会进一步使得射频前端体积庞大，且生产成本增加。而功率分配路数和分配比多功能可重构功分器可以用一个器件代替多个器件，所以它能降低成本，提高性能和集成度，使通信系统的设备尺寸小型化。

目前，关于分配比可重构功分器的研究主要是关于功率分配比的离散可重构。不但结构复杂，而且分配比例离散，应用受限。而分配比连续可重构功分器可调范围低，实用性低。同时由于传统微带线功分器都是单一的调节分配路数和分配比的功分器，没有做成多功能的一体化功分器。所以多个单功能的射频功分器级联的应用的功分器制造成本过高。

发明内容

本发明的目的是提出一种分配路数和分配比可重构功率分配器，能实现分配路数可调且每一路分配比例连续可调。

本发明通过下述技术方案实现：

一种分配路数和分配比可重构功分器，包括金属接地板和介质基板，所述介质基板设置在金属接地板上，还包括分别设置在介质基板上的n个分支线耦合器、2n+1个π型等效传输线、2n+1个端口微带线和n-1条连接微带线，n为不小于1的整数；每个分支线耦合器具有一个射频信号输入接口和3个射频信号输出接口；第一级分支线耦合器的射频信号输入接口连接射频信号输入端口微带线P1，其余分支线耦合器的射频信号输入接口均各通过一条连接微带线连接在上一个分支线耦合器的射频信号输出接口上；所述分支线耦合器的其余射频信号输出接口射频信号输出接口是指分支线耦合器的未连接在射频信号输入端口微带线P1且未连接在上一级分支线耦合器上的射频信号输出接口；所述π型等效传输线包括微带线、2个隔离电容和2个变容二极管；所述微带线的两端各经一个隔离电容和一个变容二极管后接地，微带线的两端还一端连接所在π型等效传输线连接的分支线耦合器，另一端连接所在π型等效传输线连接的端口微带线；所述π型等效传输线的变容二极管上还并联有直流偏置电压接入模块。所述直流偏置电压接入模块连接外部电源时向变容二极管的两端施加反向直流偏置电压。

为了实现功分器的分配路数可重构，核心问题是将一个端口的功率传输到任意多个端口，为了实现该目标，可以有功率分配比可调和反射功率可调两种途径，本技术方案中的功率分配器正是一种功率分配比可调和反射功率可调两种途径可重构功率分配器，其各π型等效传输线构成了可调反射器，通过调整可调反射器的变容二极管上施加的电压，实现了分配路数和分配比同时可调，且分配比例在一定范围内连续可调，具有易于控制分配路数和分配比、易于实现的优点，解决了传统功分器的难以实现分配路数和分配比同时可调的问题。

做为本发明的进一步改进，所述分支线耦合器的个数为2个，分别为：第一3dB分支线耦合器、第二3dB分支线耦合器；所述π型等效传输线有5个，分别为：第一π型等效传输线、第四π型等效传输线、第二π型等效传输线、第五π型等效传输线和第三π型等效传输线；所述端口微带线有5个，分别为：端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6，所述连接微带线仅有一条，为第九微带线；

所述第一3dB分支线耦合器包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线，第一微带线的两端分别与第二微带线的左端、第三微带线的左端连接，第四微带线的两端分别与第二微带线的右端、第三微带线的右端连接，第二微带线的左端还与射频信号输入端口微带线P1的右端连接，第二微带线的右端还与第九微带线的左端连接，第三微带线的左端还通过第一π型等效传输线连接端口微带线P3，第三微带线的右端还还通过第四π型等效传输线连接端口微带线P4，端口微带线P3、端口微带线P4作为射频信号输出的输出端；

所述第二3dB分支线耦合器包括第五微带线、第六微带线、第七微带线和第八微带线，第五微带线的两端分别与第六微带线的左端、第七微带线的左端连接，第八微带线的两端分别与第六微带线的右端、第七微带线的右端连接，第六微带线的左端还与第九微带线的右端连接，第六微带线的右端还与第三π型等效传输线左端连接，第三π型等效传输线右端与端口微带线P2的左端连接，第七微带线的左端还通过第二π型等效传输线与端口微带线P5连接，第七微带线的右端还通过第五π型等效传输线连接端口微带线P6，端口微带线P2、端口微带线P5、端口微带线P6也作为射频信号输出的输出端。

上述技术方案中的功率分配器，具有2个分支线耦合器和5个π型等效传输线，可以将输入的射频信号分为5路输出，能实现分配路数1-5路可调且每一路分配比例大范围内连续可调，且调整非常方便。

所述第一π型等效传输线包括第十微带线、隔离电容C1、隔离电容C2、变容二极管D1和变容二极管D2；所述第十微带线的上端经隔离电容C1、变容二极管D1后接地，第十微带线的上端还与第三微带线的左端连接；第十微带线的右端经隔离电容C2、变容二极管D2后接地，第十微带线的下端还与端口微带线P3连接；

所述第四π型等效传输线包括第十一微带线、隔离电容C3、隔离电容C4、变容二极管D3和变容二极管D4；第十一微带线的上端经隔离电容C3、变容二极管D3后接地，第十一微带线的上端还与第三微带线的右端连接；第十一微带线的右端经隔离电容C4、变容二极管D4后接地，第十一微带线的下端还与端口微带线P4连接；

所述第二π型等效传输线包括第十二微带线、隔离电容C5、隔离电容C6、变容二极管D5和变容二极管D6；所述第十二微带线的上端经隔离电容C5、变容二极管D5后接地，第十二微带线的上端还与第七微带线的左端连接；第十二微带线的下端经隔离电容C6、变容二极管D6后接地，第十二微带线的下端还与端口微带线P5连接；

所述第五π型等效传输线包括第十三微带线、隔离电容C7、隔离电容C8、变容二极管D7和变容二极管D8；第十三微带线的上端经隔离电容C7、变容二极管D7后接地，第十三微带线的上端还与第七微带线的右端连接；第十三微带线的下端经隔离电容C8、变容二极管D8后接地，第十三微带线的下端还与端口微带线P6微带线连接；

所述第三π型等效传输线包括第十四微带线、隔离电容C9、隔离电容C10、变容二极管D9和变容二极管D10；所述第十四微带线的左端经隔离电容C9、变容二极管D9后接地，第十四微带线的左端还与第八微带线的右端连接；第十四微带线的右端经隔离电容C10、变容二极管D10后接地，第十四微带线的右端还与端口微带线P2连接。

所述变容二极管D1、D2、D3和D4的两端分别施加有反向直流偏置电压V1；

所述变容二极管D5、D6、D7和D8的两端分别有施加反向直流偏置电压V2；

所述变容二极管D9和D10的两端分别施加有反向直流偏置电压V3；

其中：V1、V2和V3的最大值为12V，最小值为0V。

所述射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6、第二传输线、第三传输线、第六传输线、第七传输线和第九传输线的特征阻抗为Z0，物理长度为λ/4；

所述第一微带线、第四微带线、第五传输线和第八传输线特征阻抗为

物理长度为λ/4；

所述第十微带线、第十一微带线、第十二传输线、第十三传输线和第十四传输线的特征阻抗为

物理长度λ/12。

本发明具有以下优点：

(1)本发明的功率分配器分配路数和分配比同时可调，既可以实现分配路数可调，也可以同时实现分配比例在一定范围内连续可调，具有易于控制分配路数和分配比且易于实现的优点，解决了传统功分器的难以实现分配路数和分配比同时可调的问题。

(2)本发明通过调节连接在分支线耦合器上的π型等效传输线的电长度，可实现分配路数可调和输出功率分配比大范围内连续可调，解决了传统可重构功分器分配路数和分配比例不高、不可以同时可调的问题。

(3)本发明通过调节传输线等效电长度来实现分配比例可调，解决了传统可重构功分器通过调节传输线特征阻抗难以实现分配比大范围连续可调的问题。

(4)本发明中的微带线结构、介质基板、金属接地板等都可以采用普通的印刷电路板工艺制作,具有易于集成、便于加工和成本低廉的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明中分配路数和分配比可重构功分器的结构示意图；

图2为本发明中3dB分支线耦合器移相器原理图；

图3为本发明中基于3dB分支线耦合器的π型移相器的结构图；

图4(a)为现有技术中普通传输线原理图；

图4(b)为本发明中π型等效传输线原理图；

图5为本发明可调反射器随电容的变化曲线；

图6为本发明中一路可重构功分器的S参数；

图7为本发明中五路可重构功分器的S参数；

图中：1、第一3dB分支线耦合器，2、第二3dB分支线耦合器，3、第一π型等效传输线，4、第四π型等效传输线，5、第二π型等效传输线，6、第五π型等效传输线，7、第三π型等效传输线，8、金属接地板，9、介质基板，11、第一微带线，12、第二微带线，13、第三微带线，14、第四微带线，21、第五微带线，22、第六微带线，23、第七微带线，24、第八微带线，91、第九微带线，31、十微带线，41、第十一微带线，51、第十二微带线，61、第十三微带线，71、第十四微带线。

具体实施方式

为了解决现有技术中传统可重构功分器分配路数和分配比例不高不可以同时可调的问题，本发明通过功率分配比可调和反射功率可调两种途径将一个端口的功率传输到任意多个端口，实现功分器的分配路数可重构，且每一路分配比例连续可调。本发明的一种分配路数和分配比可重构功分器，包括金属接地板、设置在金属接地板上的介质基板、设置在介质基板上的n个分支线耦合器、2n+1个π型等效传输线、2n+1个端口微带线和n-1条连接微带线，n为不小于1的整数；每个分支线耦合器具有1个射频信号输入接口和3个射频信号输出接口；第一级分支线耦合器的射频信号输入接口连接射频信号输入端口微带线P1，其余分支线耦合器的射频信号输入接口均各通过一条连接微带线连接在上一个分支线耦合器的一个射频信号输出接口上；所述分支线耦合器的其余射频信号输出接口各通过一个π型等效传输线连接一条端口微带线；所述分支线耦合器的其余射频信号输出接口是指分支线耦合器的未连接在射频信号输入端口微带线P1上且未连接在上一级分支线耦合器上的射频信号输出接口；所述π型等效传输线包括微带线、2个隔离电容和2个变容二极管；所述微带线的两端各经一个隔离电容和一个变容二极管后接地，微带线的两端还一端连接所在π型等效传输线连接的分支线耦合器，另一端连接所在π型等效传输线连接的端口微带线；所述π型等效传输线的变容二极管上还并联有直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块连接外部电源向变容二极管的两端施加反向直流偏置电压。本发明的各π型等效传输线构成了可调反射器，通过调整可调反射器的变容二极管上施加的电压，实现了分配路数和分配比同时可调，且分配比例在一定范围内连续可调。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，一种分配路数和分配比可重构功分器，包括第一3dB分支线耦合器1、第二3dB分支线耦合器2、第一π型等效传输线3、第二π型等效传输线5、第三π型等效传输线7、第四π型等效传输线4、第五π型等效传输线6、射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6、第九微带线91、金属接地板8和介质基板9。所述介质基板9的型号为RT/duroid5870，介电常数为2.33，基板厚度为0.787mm，损耗角正切值为0.002；所述金属接地板8的厚度为0.1mm。

如图1所示，第一3dB分支线耦合器1、第二3dB分支线耦合器2、第一π型等效传输线3、第二π型等效传输线5、第三π型等效传输线7、第四π型等效传输线4、第五π型等效传输线6、射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6、第九微带线91均设置在介质基板9上；介质基板9设置在金属接地板8上。所述第一3dB分支线耦合器1包括第一微带线11、第二微带线12、第三微带线13和第四微带线14，第二微带线12的两端分别与射频信号输入端口微带线P1的右端和第九微带线91的左端连接，第三微带线13的左右两端分别与第一π型等效传输线3、第四π型等效传输线4连接，射频信号输入端口微带线P1的左端作为射频信号的输入端，端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6作为射频信号的输出端。

如图1所示，所述第二3dB分支线耦合器2包括第五微带线21、第六微带线22、第七微带线23和第八微带线24，第六微带线22的两端分别与第三π型等效传输线7的左端和第九微带线91的右端连接，第七微带线23的左右两端分别与第二π型等效传输线5、第五π型等效传输线6连接。

如图1所示，所述第一π型等效传输线3包括第十微带线31，隔离电容C1、隔离电容C2、变容二极管D1、变容二极管D2，所述第十微带线31的左端经隔离电容C1、变容二极管D1后接地，第十微带线31的左端还与第三微带线13的左端连接；第十微带线31的右端经隔离电容C2、变容二极管D2后接地，第十微带线31的右端还与端口微带线P3连接。变容二极管D1、变容二极管D2上均各并联有一个直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块可以为2根引线，2根引线分别连接直流电压源的正负极时将直流电压源接入，图1中示出了变容二极管D1、变容二极管D2上均并联接入直流电压源V1的情形，隔离电容C1、C2的作用是防止直流电压源V1对功分器的射频信号产生影响。

如图1所示，第四π型等效传输线4包括第十一微带线41、隔离电容C3、隔离电容C4、变容二极管D3、变容二极管D4；第十一微带线41的左端经隔离电容C3、变容二极管D3后接地，第十微带线41的左端还与第三微带线13的右端连接；第十微带线31的右端经隔离电容C4、变容二极管D4后接地，第十一微带线41的右端还与端口微带线P4连接；变容二极管D3、变容二极管D4上均各并联有一个直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块可以为2根引线，2根引线分别连接直流电压源的正负极时将直流电压源接入，图1中示出了变容二极管D3、变容二极管D4上均并联接入直流电压源V1的情形，隔离电容C3、C4的作用是防止直流电压源V1对功分器的射频信号产生影响。

如图1所示，所述第二π型等效传输线5包括第十二微带线51、隔离电容C5、隔离电容C6、变容二极管D5、变容二极管D6；所述第十二微带线51的左端经隔离电容C5、变容二极管D5后接地，第十二微带线51的左端还与第七微带线23的左端连接；第十二微带线51的右端经隔离电容C6、变容二极管D6后接地，第十二微带线51的右端还与端口微带线P5连接；变容二极管D5、变容二极管D6上均各并联有一个直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块可以为2根引线，2根引线分别连接直流电压源的正负极时将直流电压源接入，图1中示出了变容二极管D5、变容二极管D6上均并联接入直流电压源V2的情形，隔离电容C5、C6的作用是防止直流电压源V2对功分器的射频信号产生影响。

如图1所示，所述第五π型等效传输线6包括第十三微带线61、隔离电容C7、隔离电容C8、变容二极管D7、变容二极管D8；第十三微带线61的左端经隔离电容C7、变容二极管D7后接地，第十三微带线61的左端还与第七微带线23的右端连接；第十三微带线61的右端经隔离电容C8、变容二极管D8后接地，第十三微带线61的右端还与端口微带线P6连接；变容二极管D7、变容二极管D8上均各并联有一个直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块可以为2根引线，2根引线分别连接直流电压源的正负极时将直流电压源接入，图1中示出了变容二极管D7、变容二极管D8上均并联接入直流电压源V2的情形，隔离电容C7、C8的作用是防止直流电压源V2对功分器的射频信号产生影响。

如图1所示，所述第三π型等效传输线7包括第十四微带线71、隔离电容C9、隔离电容C10、变容二极管D9、变容二极管D10；所述第十四微带线71的左端经隔离电容C9、变容二极管D9后接地，第十四微带线71的左端还与第八微带线22的右端连接；第十四微带线71的右端经隔离电容C10、变容二极管D10后接地，第十四微带线71的右端还与端口微带线P2连接；变容二极管D9、变容二极管D10上均各并联有一个直流偏置电压接入模块，所述直流偏置电压接入模块可以为2根引线，2根引线分别连接直流电压源的正负极时将直流电压源接入，图1中示出了变容二极管D9、变容二极管D10上均并联接入直流电压源V3的情形，隔离电容C9和C10的作用是防止直流电压源V3对功分器的射频信号产生影响。

本发明所述的基于可调反射器的分配路数和分配比可重构功分器，所述射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6、第二传输线12、第三传输线13、第六传输线22、第七传输线23和第九传输线91的特征阻抗为，Z0物理长度为λ/4；所述第一微带线11、第四微带线14、第五传输线21和第八传输线22特征阻抗为Z0/2，物理长度为λ/4；所述第十微带线31、第十一微带线41、第十二传输线51、第十三传输线61和第十四传输线71的特征阻抗为

物理长度λ/12。

以下对本发明的分配路数和分配比可重构功分器进行详细说明，以工作频率f在2.45GHz为例：

为了方便说明和理解，将两个3dB分支线耦合器分离出来。第一3dB分支线耦合器1中第一微带线11和第四微带线14的长度为21.7mm，宽度为3.71mm；第二微带线12和第三微带线13的长度为21.7mm，宽度为2.23mm；射频信号输入端口微带线P1的长度为10mm，宽度为2.23mm。正常工作时，微波信号从射频信号输入端口微带线P1的左端输入，从第一微带线11、第二微带线12和第四微带线14输出。第二3dB分支线耦合器2中的第五微带线21和第八微带线24的长度为21.7mm，宽度为3.71mm；第六微带线22和第七微带线23的长度为21.7mm，宽度为2.23mm；射频信号输出端口微带线P2的长度为10mm，宽度为2.23mm。正常工作时，微波信号从第九微带线91的右端输入，从第五微带线21、第八微带线22和端口微带线P2输出。其中两个3dB分支线耦合器构成2个正交功分器，第九微带线91的作用是连接两个正交功分器，在不引起耦合的情况下，其长度可以任意设置，对器件功能无影响，此处设置第九微带线91的长度为7mm，宽度为2.23mm。

射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4和端口微带线P5和端口微带线P6的长度都为10mm，宽度为2.23mm。

如图2所示，详细说明第一3dB分支线耦合器的原理，第一3dB分支线耦合器1与第二3dB分支线耦合器2原理相同，第二3dB分支线耦合器2原理不再赘述。如图2，根据奇偶模分析法，第一3dB分支线耦合器等效出图中的4个端口X1、X2、X3、X4，第一3dB分支线耦合器端口X1的所接收到的功率P₁、端口X2的所接收到的功率P₂、端口X3的所接收到的功率P₃和端口X4的所接收到的功率P₄，由于电路是线性的，则根据叠加原理可得第一3dB分支线耦合器各端口的激励响应幅值为满足公式(1-1)：

式中，T_e,Γ_e——分别为偶模等效电路的传输系数和反射系数；

T_o,Γ_o——分别为奇模等效电路的传输系数和反射系数；

V为从端口P1输入的激励波的幅度。

为了简化分析过程，这里选择利用[ABCD]传输矩阵来计算。将偶模等效电路和奇模等效电路的每一部分的[ABCD]矩阵相乘，满足公式(1-2)(1-3)；

最后，将两种激励模式下的传输系数和反射系数可得，则所有端口的激励响应幅值满足公式(1-4)：

如图3所示，为第一3dB分支线耦合器的π型移相器(即π型等效传输线)的结构图，由公式(1-4)可知3dB正交功分器的各个端口的功率。由于变换网络的移相原理，假设变换网络的移相量θ_T，可得图(2)中a点的电压Va和b点的电压Vb分别为，满足公式(1-5)：

而反射网络，可以假设其反射系数且不会影响激励的相位，所以可得端口和端口的输入激励波满足公式(1-6)：

根据π型移相器的设计原理，定义偏置电压为V1、V2、V3的可调反射器(即π型等效传输线)的电压反射系数分别为：Γ1、Γ2、Γ3。则当Γ3＝0(为了避免循环计算)时，令X1端口即射频信号输入端口微带线P1输入幅值为V的激励波，可以推出所有端口的激励响应为，满足公式(1-7)：

通过上式可得P₁ ²+P₂ ²+P₃ ²+P₄ ²+P₅ ²+P₆ ²＝V²，证明功率守恒，该可重构功分器为无耗器件。且通过改变2个反射系数就可以实现5个输出端的输出功率可调。

如图4(a)和图4(b)所示，为π型等效传输线产生相位差的原理图，图4(a)为一条普通传输线，图4(b)为π型等效传输线，由一条短传输线和两个并联的电容组成。据奇偶模相关理论，可得公式(1-8)：

其中：f为频率,Y₀、Z₀和θ₀分别是π型等效传输线中微带线的导纳、阻抗和电长度，C是可变电容(即变容二极管)的电容值，Y_C为可变电容的导纳，θ为…。

所以，该条件下，反射系数的公式为(1-9)：

综上所述，开关器件并不能实现连续可调的多功能可重构功分器。所以，利用构传输线模型来改变电路的等效阻抗实现反射系数的连续调节。由于Y_c＝2πfC，可以发现，在固定的工作频率和微带线条件下，可调反射器的反射系数仅与可变电容有关，所以可调反射器的反射系数同样可以从0→1。在2.45GHz的时候，对可变电容进行S参数扫描可得如图5所示。可以看出，当可变电容从0.3pF增加到5pF时，π型反射移相器的反射系数从-31dB-0.03dB(即反射系数从0→1)。

本发明中采用变容二极管作为可变电容，可通过调节变容二极管的直流反向偏置电压来改变变容二极管的电容值，从而实现π型等效传输线的特征阻抗和电长度的改变。图1中的变容二极管D1～D10的型号均为SMV1245-011来实现电容可调，隔离电容值C1～C10均为8pF，V1、V2和V3在0～12V间调节。

图6为实现一路分配路数和分配比可重构功分器的S参数结果，且选取中心工作频率为2.45GHz。则当偏置电压V2＝V1＝0V(即Γ2＝Γ1＝1)时，对V3扫描仿真可以得到如图7。可以看出，当V3在0～12V范围内时，从射频信号输入端口微带线P1输入的功率一部分从端口微带线P2输出，另一部分则反射回射频信号输入端口微带线P1，同时随着电压的变化，传输到端口微带线P2的功率幅值随着电压发生变化。当V3>6V时，该功分器可看着是一路可重构功分器。同样的，基于功分器中可调反射器偏置电压V1、V2、V3的调节，可以分别实现二到五路可重构功分器的转换。

图7为实现五路分配路数和分配比可重构功分器的S参数结果，且选取中心工作频率为2.45GHz。对于五路可重构功分器的实现，则可以利用Γ2和Γ1的比值来实现功分器分配比可调，所以令V3＝12V且V1＝2.18V(即实现反射的功率)，然后对V2扫描仿真可得图7。可以看出，在该情况下功分器实现了五路功率输出，且当电压V2＝3.1V时，五路功率相等，此时为五等分功分器，且可以通过改变电压V2同样可以实现各个输出端口间的功率分配比在一定范围内可调。综合上述分析与仿真，基于π结构可调反射器设计的分配路数和分配比同时可重构功分器，既可以实现分配路数在1～5路可调，也可以同时实现分配比例可调，这种多功能可重构功分器应用更广泛且更利于射频系统的集成化、小型化和智能化设计。

本实施例中主要提供了一种分配路数在1-5路可调的分配路数和分配比可重构功分器，器具有2个分支线耦合器、5个π型等效传输线、5个端口微带线和1条连接微带线，能实现分配路数1～5路可调且每一路分配比例连续可调，此为最佳实施例。

在其他实施例中，也可以通过对应增减分支线耦合器、π型等效传输线、端口微带线和连接微带线的个数形成其他结构的可重构功分器，例如仅含1个分支线耦合器、3个π型等效传输线、3个端口微带线，相当于去掉本实施例中的第二3dB分支线耦合器2、第二π型等效传输线5、第五π型等效传输线6、第九微带线91之后将第三π型等效传输线7直接连接第一3dB分支线耦合器1的结构，该结构能实现分配路数1～3路可调且每一路分配比例连续可调。也可以在本实施例中的功分器基础上增加一个第二3dB分支线耦合器2、第二π型等效传输线5、第五π型等效传输线6、第九微带线91构成的结构，该结构连接在本实施例中的第二3dB分支线耦合器2与第三π型等效传输线7质检，能够实现分配路数1～7路可调且每一路分配比例连续可调。依次类推。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种分配路数和分配比可重构功分器，包括金属接地板(8)和介质基板(9)，所述介质基板(9)设置在金属接地板(8)上，其特征在于：还包括分别设置在介质基板(9)上的n个分支线耦合器、2n+1个π型等效传输线、2n+1个端口微带线和n-1条连接微带线，n为不小于1的整数；每个分支线耦合器具有1个射频信号输入接口和3个射频信号输出接口；第一级分支线耦合器的射频信号输入接口连接射频信号输入端口微带线P1，其余分支线耦合器的射频信号输入接口均各通过一条连接微带线连接在上一个分支线耦合器的一个射频信号输出接口上；所述分支线耦合器的其余射频信号输出接口各通过一个π型等效传输线连接一条端口微带线；所述分支线耦合器的其余射频信号输出接口是指分支线耦合器的未连接在射频信号输入端口微带线P1上且未连接在上一级分支线耦合器上的射频信号输出接口；

所述π型等效传输线包括微带线、2个隔离电容和2个变容二极管；所述微带线的两端各经一个隔离电容和一个变容二极管后接地，微带线的两端还一端连接所在π型等效传输线连接的分支线耦合器，另一端连接所在π型等效传输线连接的端口微带线；

所述π型等效传输线的变容二极管上还并联有直流偏置电压接入模块；所述直流偏置电压接入模块连接外部电源向变容二极管的两端施加反向直流偏置电压；所述分支线耦合器的个数为2个，分别为：第一3dB分支线耦合器(1)、第二3dB分支线耦合器(2)；所述π型等效传输线有5个，分别为：第一π型等效传输线(3)、第四π型等效传输线(4)、第二π型等效传输线(5)、第五π型等效传输线(6)和第三π型等效传输线(7)；所述端口微带线有5个，分别为：端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6，所述连接微带线仅有一条，为第九微带线(91)；

所述第一3dB分支线耦合器(1)包括第一微带线(11)、第二微带线(12)、第三微带线(13)和第四微带线(14)，第一微带线(11)的两端分别与第二微带线(12)的左端、第三微带线(13)的左端连接，第四微带线(14)的两端分别与第二微带线(12)的右端、第三微带线(13)的右端连接，第二微带线(12)的左端还与射频信号输入端口微带线P1的右端连接，第二微带线(12)的右端还与第九微带线(91)的左端连接，第三微带线(13)的左端还通过第一π型等效传输线(3)连接端口微带线P3，第三微带线(13)的右端还通过第四π型等效传输线(4)连接端口微带线P4；

所述第二3dB分支线耦合器(2)包括第五微带线(21)、第六微带线(22)、第七微带线(23)和第八微带线(24)，第五微带线(21)的两端分别与第六微带线(22)的左端、第七微带线(23)的左端连接，第八微带线(24)的两端分别与第六微带线(22)的右端、第七微带线(23)的右端连接，第六微带线(22)的左端还与第九微带线(91)的右端连接，第六微带线(22)的右端还与第三π型等效传输线(7)左端连接，第三π型等效传输线(7)右端与端口微带线P2的左端连接，第七微带线(23)的左端还通过第二π型等效传输线(5)与端口微带线P5连接，第七微带线(23)的右端还通过第五π型等效传输线(6)连接端口微带线P6；所述第一π型等效传输线(3)包括第十微带线(31)、隔离电容C1、隔离电容C2、变容二极管D1和变容二极管D2；所述第十微带线(31)的上端经隔离电容C1、变容二极管D1后接地，第十微带线(31)的上端还与第三微带线(13)的左端连接；第十微带线(31)的右端经隔离电容C2、变容二极管D2后接地，第十微带线(31)的下端还与端口微带线P3连接；

所述第四π型等效传输线(4)包括第十一微带线(41)、隔离电容C3、隔离电容C4、变容二极管D3和变容二极管D4；第十一微带线(41)的上端经隔离电容C3、变容二极管D3后接地，第十一微带线(41)的上端还与第三微带线(13)的右端连接；第十一微带线(41)的右端经隔离电容C4、变容二极管D4后接地，第十一微带线(41)的下端还与端口微带线P4连接；

所述第二π型等效传输线(5)包括第十二微带线(51)、隔离电容C5、隔离电容C6、变容二极管D5和变容二极管D6；所述第十二微带线(51)的上端经隔离电容C5、变容二极管D5后接地，第十二微带线(51)的上端还与第七微带线(23)的左端连接；第十二微带线(51)的下端经隔离电容C6、变容二极管D6后接地，第十二微带线(51)的下端还与端口微带线P5连接；

所述第五π型等效传输线(6)包括第十三微带线(61)、隔离电容C7、隔离电容C8、变容二极管D7和变容二极管D8；第十三微带线(61)的上端经隔离电容C7、变容二极管D7后接地，第十三微带线(61)的上端还与第七微带线(23)的右端连接；第十三微带线(61)的下端经隔离电容C8、变容二极管D8后接地，第十三微带线(61)的下端还与端口微带线P6连接；

所述第三π型等效传输线(7)包括第十四微带线(71)、隔离电容C9、隔离电容C10、变容二极管D9和变容二极管D10；所述第十四微带线(71)的左端经隔离电容C9、变容二极管D9后接地，第十四微带线(71)的左端还与第八微带线(22)的右端连接；第十四微带线(71)的右端经隔离电容C10、变容二极管D10后接地，第十四微带线(71)的右端还与端口微带线P2连接。

2.根据权利要求1所述的一种分配路数和分配比可重构功分器，其特征在于：所述变容二极管D1、D2、D3和D4的两端分别施加有反向直流偏置电压V1；

所述变容二极管D5、D6、D7和D8的两端分别有施加反向直流偏置电压V2；

所述变容二极管D9和D10的两端分别施加有反向直流偏置电压V3；

其中：V1、V2和V3的最大值为12V，最小值为0V。

3.根据权利要求1所述的一种分配路数和分配比可重构功分器，其特征在于：所述射频信号输入端口微带线P1、端口微带线P2、端口微带线P3、端口微带线P4、端口微带线P5、端口微带线P6、第二传输线(12)、第三传输线(13)、第六传输线(22)、第七传输线(23)和第九传输线(91)的特征阻抗为Z0，物理长度为λ/4；

所述第一微带线(11)、第四微带线(14)、第五传输线(21)和第八传输线(22)特征阻抗为

物理长度为λ/4；

所述第十微带线(31)、第十一微带线(41)、第十二传输线(51)、第十三传输线(61)和第十四传输线(71)的特征阻抗为

物理长度λ/12。

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