CN111555007A - 基于线性变换的宽带二功分器 - Google Patents

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CN111555007A CN201910111012.4A CN201910111012A CN111555007A CN 111555007 A CN111555007 A CN 111555007A CN 201910111012 A CN201910111012 A CN 201910111012A CN 111555007 A CN111555007 A CN 111555007A
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张飞
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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

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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种基于线性变换的宽带二功分器。所述功分器包括：输入端、两个输出端以及阻抗变换器，所述阻抗变换器包括两条对称的渐变线，所述渐变线为将沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后得到的多段折线所逼近的曲线，所述输入端设置于两条渐变线之间，两个输出端分别设置于两条渐变线与传输部件之间，其中：所述输入端，用于输入一路信号；所述阻抗变换器，用于将输入的一路信号的沿线归一化特性阻抗匹配到两个输出端的归一化负载阻抗，使输入的一路信号沿两个输出端被平均分成两路功率相同的信号；所述两个输出端，用于输出两路功率相同的信号。本发明实施例提供的功分器采用渐变线阻抗变换器，能够适用于更高的频率和较大的带宽。

Description

基于线性变换的宽带二功分器
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于线性变换的宽带二功分器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，为适应更高的数据传输速率，就需要更大的频谱带宽。基站设备和终端设备也普遍采用多通道阵列天线设计。
射频通道所发送信号的好坏是验证基站功能与性能的重要依据，在5G设备的实际生产验证中，每个通道通过功分网络连接一个由T/R(Transmit/Receive，发送和接收)前端和天线阵子组成的子阵，这个功分网络一般采用基本的二功器分级联组成。
目前，常见的功分器有威尔金森型二功分器和阶梯阻抗变换型功分器，但是随着频率的提升，威尔金森型二功分器隔离电阻的寄生参数影响逐渐显现，特别是寄生容性，会导致功分器的分配损耗增加，隔离度下降。已经不能满足高频率段的应用，传统的印制薄膜电路由于加工精度的限制，导致链路的参数一致性很差，对整机的校准带来很大的压力。
图1为阶梯阻抗变换型功分器的模型示意图。阶梯阻抗变换型功分器是印制薄膜电路常用的功分器形式，通过阻抗变换线实现公共端口的阻抗归一。但在实际生产中，由于加工误差的存在，阶梯阻抗变换段的长度和宽度受到影响，导致此段的阻抗值偏离设计预期，进而导致公共端口的驻波存在较大离散，影响级联网络的特性离散。
发明内容
针对现有技术问题，本发明实施例提供一种基于线性变换的宽带二功分器。
第一方面，本发明实施例提供一种基于线性变换的宽带二功分器，所述功分器包括：输入端、两个输出端以及阻抗变换器，所述阻抗变换器包括两条对称的渐变线，所述渐变线为将沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后得到的多段折线所逼近的曲线，所述输入端设置于两条渐变线之间，两个输出端分别设置于两条渐变线与传输部件之间，其中：
所述输入端，用于输入一路信号；
所述阻抗变换器，用于将输入的一路信号的沿线归一化特性阻抗匹配到两个输出端的归一化负载阻抗，使输入的一路信号沿两个输出端被平均分成两路功率相同的信号；
所述两个输出端，用于输出两路功率相同的信号。
可选地，匹配到两个输出端的归一化负载阻抗相等，并且等于输入端的归一化负载阻抗。
可选地，输入端的反射系数为：
Figure BDA0001968139140000021
其中，渐变线的沿线归一化特性阻抗为Z(z)，U为相移常数，L为渐近线的长度。
可选地，所述沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后，代入所述输入端反射系数得到：
Figure BDA0001968139140000022
其中：
Figure BDA0001968139140000023
每条渐变线的长度为L，将L分成N+1等份，每等份为一段折线，每等份的长度线性近似为
Figure BDA0001968139140000024
an为各段折线的斜率，n为[1,N+1]之间的整数。
可选地，所述渐变线的收敛函数为：
Figure BDA0001968139140000025
其中，Γik为设置的频带内的采样点的反射系数，Γik与
Figure BDA0001968139140000026
共轭，当∈最小时为最优化宽带的渐变线。
可选地，所述功分器应用于印制薄膜电路工艺。
本发明实施例提供的功分器采用渐变线阻抗变换器，渐变线传输线在结构上不存在尺寸上的突变，有利于在高功率下工作，设计时不需考虑不连续的影响，可以在极宽频率范围内应用。线的分布参量随长度而变化，其特征阻抗是逐渐改变的，把两种不同特性阻抗的传输线连接起来，其反射系数相当小，由此弱化了加工误差的影响，因而可以适用于更高的频率和较大的带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为阶梯阻抗变换型功分器的模型示意图；
图2为本发明一实施例提供的基于线性变换的宽带二功分器的模型示意图；
图3为本发明一实施例提供的渐变线模型的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2示出了本发明实施例提供的一种基于线性变换的宽带二功分器的模型示意图。
如图2所示，所述功分器包括：输入端port3、两个输出端port1和port2以及阻抗变换器，所述阻抗变换器包括两条对称的渐变线，所述渐变线为将沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后得到的多段折线所逼近的曲线，所述输入端设置于两条渐变线之间，两个输出端分别设置于两条渐变线与传输部件之间，其中：
所述输入端，用于输入一路信号；
所述阻抗变换器，用于将输入的一路信号的沿线归一化特性阻抗匹配到两个输出端的归一化负载阻抗，使输入的一路信号沿两个输出端被平均分成两路功率相同的信号；
所述两个输出端，用于输出两路功率相同的信号。
具体地，L为渐变线长度，ZL为归一化负载阻抗，Z(z)为沿线归一化特性阻抗。
阻抗变换器的两条渐变线是将lnZ(z)用分段线性函数近似，合理选择渐变线分段的数目，用多段折线(线性渐变线)来逼近曲线形渐变线。
具体地，匹配到两个输出端的归一化负载阻抗相等，并且等于输入端的归一化负载阻抗。
两条渐变线之间作为输入端port1，输入端的归一化负载阻抗Z0＝Z(0)＝1。两条渐近线分别与传输部件形成两个输出端，经阻抗变换器将Z(z)进行匹配，输出端的归一化负载阻抗ZL＝Z0＝1。从而输入的一路信号在两个输出端被一分为二，平均分成两路功率相同的分支信号。
本发明实施例提供的功分器采用渐变线阻抗变换器，渐变线传输线在结构上不存在尺寸上的突变，有利于在高功率下工作，设计时不需考虑不连续的影响，可以在极宽频率范围内应用。线的分布参量随长度而变化，其特征阻抗是逐渐改变的，把两种不同特性阻抗的传输线连接起来，其反射系数相当小，由此弱化了加工误差的影响，因而可以适用于更高的频率和较大的带宽。
在上述实施例的基础上，输入端的反射系数为：
Figure BDA0001968139140000041
其中，渐变线的沿线归一化特性阻抗为Z(z)，U为相移常数，L为渐近线的长度。
具体地，反射系数是在传输线相交结点处(线路参数发生突变)，反射波电压(或电流)与入射波电压(或电流)之比。渐近线反射系数公式由传输线理论计算得到。
在上述实施例的基础上，所述沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后，代入所述输入端反射系数得到：
Figure BDA0001968139140000042
其中：
Figure BDA0001968139140000043
每条渐变线的长度为L，将L分成N+1等份，每等份为一段折线，每等份的长度线性近似为
Figure BDA0001968139140000051
an为各段折线的斜率，n为[1,N+1]之间的整数。
图3示出了本发明实施例提供的渐变线模型的示意图。
如图3所示，渐变线总长度为L，Z(z)为归一化特性阻抗，渐近线进行分段线性近似，每一段内认为lnZ(z)是线性变化的，对lnZ(z)用分段线性函数表示，并带入输入端的反射系数的表达式，得到输入端反射系数的一致性表达式为：
Figure BDA0001968139140000052
其中，an为待求系数，只是t和bn不同。
在上述实施例的基础上，所述渐变线的收敛函数为：
Figure BDA0001968139140000053
其中，Γik为设置的频带内的采样点的反射系数，Γik与
Figure BDA0001968139140000054
共轭，当∈最小时为最优化宽带的渐变线。
具体地，得到输入端反射系数的一致性表达式后，考虑频带内若干抽样频率点fk(k＝1,2……k)，这些频率点的反射系数记为Γik，代入输入端反射系数的一致性表达式，得到
Figure BDA0001968139140000055
将上式带入目标函数
Figure BDA0001968139140000056
采用数值方法由计算机求展开系数及渐变线长度使目标函数最小，从而实现渐变线的最优化宽带设计。
在上述实施例的基础上，所述功分器应用于印制薄膜电路工艺。
由于渐变线在结构上不存在尺寸上的突变有利于在高功率下工作，线性变化曲线(指数型、三角函数形、切比雪夫型等)不需考虑不连续影响，线的分布参量随长度而变化，由于其特征阻抗是逐渐改变的，可以根据归一化负载阻抗、通带的高低频率，模拟取样点数计算出渐变线的归一化特性阻抗随阻抗z变化的曲线和函数。故可以把两种不同特性阻抗的传输线连接起来，其反射系数相当小。由此弱化了加工误差的影响，因而可以适用于更高的频率和较大的带宽。应用于印制薄膜电路工艺，满足高频率使用场景，且加工精度要求低，误差敏感度低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于线性变换的宽带二功分器，其特征在于，所述功分器包括：输入端、两个输出端以及阻抗变换器，所述阻抗变换器包括两条对称的渐变线，所述渐变线为将沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后得到的多段折线所逼近的曲线，所述输入端设置于两条渐变线之间，两个输出端分别设置于两条渐变线与传输部件之间，其中：
所述输入端，用于输入一路信号；
所述阻抗变换器，用于将输入的一路信号的沿线归一化特性阻抗匹配到两个输出端的归一化负载阻抗，使输入的一路信号沿两个输出端被平均分成两路功率相同的信号；
所述两个输出端，用于输出两路功率相同的信号。
2.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，匹配到两个输出端的归一化负载阻抗相等，并且等于输入端的归一化负载阻抗。
3.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，输入端的反射系数为：
Figure FDA0001968139130000011
其中，渐变线的沿线归一化特性阻抗为Z(z)，U为相移常数，L为渐近线的长度。
4.根据权利要求3所述的功分器，其特征在于，所述沿线归一化特性阻抗做分段线性近似后，代入所述输入端反射系数得到：
Figure FDA0001968139130000012
其中：
Figure FDA0001968139130000013
每条渐变线的长度为L，将L分成N+1等份，每等份为一段折线，每等份的长度线性近似为
Figure FDA0001968139130000014
an为各段折线的斜率，n为[1,N+1]之间的整数。
5.根据权利要求4所述的功分器，其特征在于，所述渐变线的收敛函数为：
Figure FDA0001968139130000015
其中，Γik为设置的频带内的采样点的反射系数，Γik与
Figure FDA0001968139130000016
共轭，当∈最小时为最优化宽带的渐变线。
6.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，所述功分器应用于印制薄膜电路工艺。
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