CN112582769A - 一种功分器、调节方法及功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功分器、调节方法及功率分配方法，功分器包括N个功分单元，其中，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口，级联结构中的第K级功分单元满足以下关系：第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，通过本发明，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种功分器、调节方法及功率分配方法。
背景技术
近年来，移动通信、电子对抗以及卫星通讯等向着小型化、宽频带以及更高的工作频段发展，对频率和带宽的要求也向着高频率宽频带的方向发展。在5G技术迅猛发展的时代，毫米波频段由于其大宽带和高容量的特性引起了人们广泛的研究。由于高频信号在传输的过程中会有大的损耗从而影响通信质量，因此需要应用多通道相控阵技术，而功率分配器(功分器)是其中必不可少的一部分。随着近年来对射频器件集成小型化的需求，人们开始研究微波集成电路形式的功分器。而功分器的性能将影响整个系统的性能，因此设计出小型化的功分器具有重要的意义。
功分器，顾名思义是一种将一路输入信号能量分成两路或者多路输出的微波器件，功分器经常是等分(3dB)的形式，但也有不相等的功分比。功分器按输出通常也分为一分二(一个输入两个输出)、一分三(一个输入三个输出)等。功分器的主要技术参数有：功率损耗(包括插入损耗、分配损耗和反射损耗)，各端口的电压驻波比，输出端口间的隔离度、幅度平衡度、相位平衡度，功率容量和频带宽度等。
功分器最简单的结构是T型结，T型结功分器是一个简单的三端口网络，通常有无耗T型结分配器和电阻性分配器。无耗T型结分配器不能在全部端口匹配，另外输出端口之间没有任何的隔离；而电阻性分配器能在全部端口匹配，但不是无耗的，而且隔离度依然不好。而Wilkinson功分器既能做到端口匹配，传输损耗又很小，另外因输出部分引入隔离电阻使得输出各端口之间获得了比较好的隔离度，在电路中广泛应用。
传统的Wilkinson功分器都是基于四分之一波长的阻抗变换特性，实现输入输出匹配的一分二等分功分器，而一分2N功分器则通过若干个一分二Wilkinson功分器级联实现。这种传统的设计方法使得每节一分二功分器都需要至少四分之一波长的微带线长度，不仅增大了损耗，也占用了过大的面积，提高了成本，对于芯片来说也不利于集成。图1是相关技术中的一分二Wilkinson功分器的结构示意图，图2是相关技术中的一分2NWilkinson功分器的结构示意图，如图1和图2所示，输入端口和输出端口均与特性阻抗Z0＝50ohm匹配，输入输出之间的四分之一波长线的特性阻抗为
隔离电阻为2Z0。由偶-奇模分析可知该功率分配器能实现信号的两等分。而Wilkinson一分2N功分器共有N级功分器，第一级有一个一分二功分器，第二级有2个一分二功分器......第N级有2(N-1)个一分二功分器，这2N-1个完全一样的功分器连接组成一分2N功分器，整体结构示意图如图2所示。但是由于每一个一分二功分器输入与输出之间的信号线的长度是固定的四分之一波长，这不仅增加了功分器的面积，还带来了较大的损耗。
针对相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，尚不存在解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种功分器、调节方法及功率分配方法，以至少解决相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种功分器，包括：
N个功分单元，其中，所述N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个所述功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口，所述级联结构中的第K级功分单元满足以下关系：
第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述N、所述K和所述M均为大于等于1的正整数。
可选地，在所述N、所述M和所述K均为1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，所述第1级功分单元的输出阻抗与所述功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，所述功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K等于1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，所述第1级功分单元的输出阻抗与所述第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K大于等于2且小于所述M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述K为[2，M-1]中的任意正整数；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2并且所述K等于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述功分器的所述目标负载阻抗共轭匹配。
可选地，功分器还包括：隔离阻抗单元，其中，所述隔离阻抗单元连接在所述功分单元的所述两个输出端口之间，所述隔离阻抗单元用于调节所述功分单元的输出阻抗以使所述功分单元的所述输出阻抗与所述功分单元的所述负载阻抗共轭匹配。
可选地，所述隔离阻抗单元包括并联的电阻和电容。
可选地，在所述N大于等于3以及所述M大于等于2的情况下，所述功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于所述功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，所述中间端口为所述功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种调节方法，应用于功分器中，包括：
调节所述第K级功分单元的输入阻抗以使所述第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；
调节所述第K级功分单元的输出阻抗以使所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述N、所述K和所述M均为大于等于1的正整数，其中，所述功分器包括N个功分单元，所述N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个所述功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。
可选地，调节所述第K级功分单元的输入阻抗以使所述第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；调节所述第K级功分单元的输出阻抗以使所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，包括：
在所述N、所述M和所述K均为1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，调节所述第1级功分单元的输出阻抗与所述功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，所述功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K等于1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，调节所述第1级功分单元的输出阻抗与所述第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K大于等于2且小于所述M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述K为[2，M-1]中的任意正整数；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2并且所述K等于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节所述第K级功分单元的输出阻抗与所述功分器的所述目标负载阻抗共轭匹配。
可选地，通过以下方式调节所述第K级功分单元的的输出阻抗：
调节所述功分单元的特性阻抗和/或微带线长度；和/或，
利用隔离阻抗单元调节所述功分单元的输出阻抗，其中，所述隔离阻抗单元连接在所述功分单元的所述两个输出端口之间。
可选地，在所述N大于等于3以及所述M大于等于2的情况下，调节后的所述功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于所述功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，所述中间端口为所述功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
通过本发明实施例，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是相关技术中的一分二Wilkinson功分器的结构示意图；
图2是相关技术中的一分2N Wilkinson功分器的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的功分器的结构框图；
图4是根据本发明实施例的调节方法的流程图；
图5是根据本发明可选实施例的小型化功分器实施流程示意图；
图6是根据本发明可选实施例的一分十六功分器的结构示意图；
图7是根据本发明可选实施例的一分十六功分器输入端口到十六个输出端口的插入损耗的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
本发明实施例提供了一种功分器，图3是根据本发明实施例的功分器的结构框图，如图3所示，包括：
N个功分单元，其中，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口，级联结构中的第K级功分单元满足以下关系：
第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数。
通过本发明实施例，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
在一个可选的实施方式中，在N、M和K均为1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，第1级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在N大于等于3，M大于等于2以及K等于1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，第1级功分单元的输出阻抗与第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在N大于等于3，M大于等于2以及K大于等于2且小于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，K为[2，M-1]中的任意正整数；
在N大于等于3，M大于等于2并且K等于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配。
在一个可选的实施方式中，功分器还包括：隔离阻抗单元，其中，隔离阻抗单元连接在功分单元的两个输出端口之间，隔离阻抗单元用于调节功分单元的输出阻抗以使功分单元的输出阻抗与功分单元的负载阻抗共轭匹配。
在一个可选的实施方式中，隔离阻抗单元包括并联的电阻和电容。
在一个可选的实施方式中，在N大于等于3以及M大于等于2的情况下，功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
需要说明的是，当功分器包括两级或者两级以上的功分单元结构时，部分或者全部的中间端口的输入阻抗或者输出阻抗可以不等于该功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中，功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口；例如包括从功分器的第一级功分单元的输出端口直至该功分器的最后一级功分单元的输入端口中的所有端口，也包括第一级功分单元的输出端口和最后一级功分单元的输入端口。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种调节方法，应用于功分器中，例如上述实施例所述的功分器，图4是根据本发明实施例的调节方法的流程图，如图4所示，包括：
步骤S402，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；
步骤S404，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。
通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
在一个可选的实施方式中，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，包括：
在N、M和K均为1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，调节第1级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在N大于等于3，M大于等于2以及K等于1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，调节第1级功分单元的输出阻抗与第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在N大于等于3，M大于等于2以及K大于等于2且小于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，K为[2，M-1]中的任意正整数；
在N大于等于3，M大于等于2并且K等于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节第K级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配。
在一个可选的实施方式中，通过以下方式调节第K级功分单元的的输出阻抗：
调节功分单元的特性阻抗和/或微带线长度；和/或，
利用隔离阻抗单元调节功分单元的输出阻抗，其中，隔离阻抗单元连接在功分单元的两个输出端口之间。
在一个可选的实施方式中，在N大于等于3以及M大于等于2的情况下，调节后的功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种功率分配方法，包括：利用如上述任一项所述的功分器进行功率分配。
可选实施方式
本发明实施例所要解决的技术问题是：为克服现有技术中存在的面积过大的问题以及传输损耗较大的缺陷，本发明实施例提供了一种新型小型化功分器的设计方法，通过此设计方法可以得到面积至少缩减至原来的三分之一，传输损耗也降低的功率分配器。
图5是根据本发明可选实施例的小型化功分器实施流程示意图，如图5所示，本发明实施例所述小型化功分器的方法包括以下步骤：
第一步：首先明确要求一分2N功分器的源阻抗ZS和负载阻抗ZL，例如预先设置功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗，令功分器的输入输出阻抗与源阻抗和负载阻抗共轭匹配。
第二步：实现从输入为Zin1到输出与负载ZL1匹配的一分二功率分配器。
本发明实施例所述功分器的输入端与信号源阻抗Zs匹配，输入阻抗为Zin1＝Zs*，第一级一分二功分器的负载阻抗为ZL1。功分器所用微带线的特性阻抗为Z01，臂长为l1。
令第一级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第一级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z1可以由电阻R1和电容C1并联构成。隔离电阻R1和电容C1不仅起到改善隔离度的作用，还调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。
第三步：实现从输入阻抗为Zin2到输出与负载ZL2匹配的一分二功分器，与上述第二步设计的功分器级联实现一分四功分器。
本发明实施例所述第二级一分二功分器输入端与第一级一分二功分器输出阻抗ZL1*匹配，输入阻抗为Zin1＝ZL1。功分器所用微带线的特性阻抗为Z02，臂长为l2。
令第二级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第二级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z2由电阻R2和电容C2并联。隔离电阻R2和电容C2不仅起到改善隔离度的作用，还调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。
第四步：实现从输入阻抗为Zink到输出与负载ZLk匹配的一分二功分器，与第三步设计的功分器级联实现一分2k功分器。其中，k＝2,3,...,N-1。
本发明实施例所述第k级一分二功分器输入端与第(k-1)级一分二功分器输出阻抗ZL(k-1)*匹配，输入阻抗为Zink＝ZL(k-1)。第k级一分二功分器的负载阻抗分别为ZLk。Zink和ZLk的关系是：
其中，Z0k是第k级一分二功分器的特性阻抗，lk是第k级一分二功分器的长度，ZLk是第k级一分二功分器的负载阻抗，Zink是第k级一分二功分器的输入阻抗，β＝2π/λ，λ是波长。
第k级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第k级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Zk由电阻Rk和电容Ck并联。隔离电阻Rk和电容Ck不仅起到改善隔离度的作用，还可以调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。
第五步：实现从输入阻抗为ZinN到输出与负载ZLN匹配的一分二功分器，与第四步设计的功分器级联实现一分2N功分器。
本发明实施例所述第N级一分二功分器输入端与第(N-1)级一分二功分器输出阻抗ZL(N-1)*匹配，第N级一分二功分器输入端的输入阻抗为ZinN＝ZL(N-1)。第N级一分二功分器的负载阻抗分别为ZLN＝ZL。功分器所用微带线的特性阻抗为Z0N，臂长为lN。
第N级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第N级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗ZN由电阻RN和电容CN并联。隔离电阻RN和电容CN不仅起到改善隔离度的作用，还可以调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。
第六步：将上述功分器级联组成一分2N功分器。本发明实施例所设计的一分2N功分器共N级，由2N-1个功分器连接组成。具体的，第一级有一个一分二功分器，第二级有两个一分二功分器，第三级有四个一分二功分器，以此类推，第N级有2(N-1)个功分器。
第一级一分二功分器的输入端和源阻抗相连，信号从源阻抗传递到第一级一分二功分器的输入端，通过第一级一分二功分器实现了功率的二等分分配。第一级一分二功分器的两个输出端分别接第二级两个一分二功分器的输入端，信号通过第一级和第二级功分器实现了功率的四等分分配。以此类推，第N-1级一分二功分器的两个输出端分别接第N级两个一分二功分器的输入端，信号通过这N级功分器实现了功率的2N等分分配。
传统的Wilkinson功分器采用四分之一波长的功分器臂长实现输出端口到输入端口的50ohm匹配，本发明实施例中各级一分二功分器通过灵活的阻抗匹配而不需要限制在四分之一波长中，从而达到缩小功分器臂长，减小功分器尺寸的效果。无论是在板级电路或者在芯片电路中，此方法均适用且有效。采用本发明实施例所述的方法，与现有技术相比，减小了传输损耗，节约了面积，减少了制造成本等。
而基于本发明实施例阐述的理论设计具体一分十六功分器有效的解决了上述传统功分器存在的问题，一分十六功分器的整体结构示意图如附图6所示，图6是附图3中一分2N功分器的具体实例。
在本发明实施例设计的各级一分二功分器中，输入阻抗Zin和负载阻抗ZL之间的关系是：
其中β＝2π/λg，
λg为信号在微带线介质中的波长，λ为信号在真空中的波长，εr为微带线中介质的介电常数。
与传统功分器设计不同的是，这里Zin和ZL不是固定的50ohm，而是可以实现的某个中间阻抗值。同样，功分器的臂长l也不是四分之一波长，而是由输入输出阻抗决定的值。
本发明实施例的功分器由微带线组成，信号线为顶层厚金属E1层，底层M1金属作为地平面，工作频段为37GHz～40GHz，四分之一波长约为1200μm，输入输出阻抗为50ohm。
在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第一级一分二功分器中，输入阻抗要和50ohm进行匹配，而输出阻抗则不需要和50ohm匹配，因此微带线的长度不需要四分之一波长的长度。设计微带线的特性阻抗为50ohm，输出端口的输出阻抗为56ohm-j25ohm，长度为387μm，是四分之一波长的三分之一。输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。
在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第二级一分二功分器中，设计输入阻抗为56ohm+j25ohm以匹配第一节功分器，同样采用50ohm特性阻抗的微带线实现功率一分二分配的功能。微带线长度为330μm，是四分之一波长的三分之一。输出端口的输出阻抗为40ohm-j40ohm，输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。
在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第三级一分二功分器中，设计输入阻抗为40ohm+j40ohm以匹配第二节功分器，同样采用50ohm特性阻抗的微带线实现功率一分二分配的功能，微带线长度为290μm。输出端口的输出阻抗为30ohm-j42ohm，输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。
在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第四级一分二功分器中，设计输入阻抗为30ohm+j42ohm以匹配第三节功分器，输出阻抗要和50ohm负载匹配。输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。
将上述一二三四级一分二功分器级联，得到十六等分功分器。本发明实施例涉及的一分十六功分器包含一个第一级一分二功分器，两个第二级一分二功分器，四个第三级一分二功分器和八个第四级一分二功分器。传统Wilkinson功分器的每级一分二功分器的长度为四分之一波长，而本发明实施例所设计的功分器中每级一分二功分器的长度均只有传统功分器长度的三分之一。功分器的总面积为1.3mm*1.3mm，与传统的功分器相比，极大的缩小了芯片的面积成本。
另外，由于一分十六功分器长度的缩短，由于微带信号线的寄生而产生的损耗也减小了，因此本发明实施例设计的功分器也降低了传输损耗。
在37GHz～40GHz频段内，所设计的一分十六功分器的损耗小于1dB，各个输出端口的隔离度也均小于-20dB，输入端口的回波损耗S11<-10dB。所设计的一分十六功分器的回波损耗，插入损耗和隔离度曲线如图7所示。
综上，基于本发明实施例提出的一分2N功分器设计方法设计出一分十六功分器，性能指标良好且面积缩小为传统Wilkinson功分器的三分之一左右，大大节省了电路设计的成本，适宜在电路设计中加以推广。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读的存储介质，该计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述计算机可读的存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；
S2，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。
通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；
S2，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。
通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种功分器，其特征在于，包括：
N个功分单元，其中，所述N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个所述功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口，所述级联结构中的第K级功分单元满足以下关系：
第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述N、所述K和所述M均为大于等于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，在所述N、所述M和所述K均为1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，所述第1级功分单元的输出阻抗与所述功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，所述功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K等于1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，所述第1级功分单元的输出阻抗与所述第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K大于等于2且小于所述M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述K为[2，M-1]中的任意正整数；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2并且所述K等于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，所述第K级功分单元的输出阻抗与所述功分器的所述目标负载阻抗共轭匹配。
3.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，还包括：
隔离阻抗单元，其中，所述隔离阻抗单元连接在所述功分单元的所述两个输出端口之间，所述隔离阻抗单元用于调节所述功分单元的输出阻抗以使所述功分单元的所述输出阻抗与所述功分单元的所述负载阻抗共轭匹配。
4.根据权利要求3所述的功分器，其特征在于，所述隔离阻抗单元包括并联的电阻和电容。
5.根据权利要求1所述的功分器，其特征在于，在所述N大于等于3以及所述M大于等于2的情况下，所述功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于所述功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，所述中间端口为所述功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
6.一种调节方法，其特征在于，应用于功分器中，包括：
调节所述第K级功分单元的输入阻抗以使所述第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；
调节所述第K级功分单元的输出阻抗以使所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述N、所述K和所述M均为大于等于1的正整数，其中，所述功分器包括N个功分单元，所述N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个所述功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。
7.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，调节所述第K级功分单元的输入阻抗以使所述第K级功分单元的输入阻抗与所述第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；调节所述第K级功分单元的输出阻抗以使所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，包括：
在所述N、所述M和所述K均为1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，调节所述第1级功分单元的输出阻抗与所述功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，所述功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K等于1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与所述功分器的目标源阻抗共轭匹配，调节所述第1级功分单元的输出阻抗与所述第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2以及所述K大于等于2且小于所述M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节所述第K级功分单元的输出阻抗与所述第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，所述K为[2，M-1]中的任意正整数；
在所述N大于等于3，所述M大于等于2并且所述K等于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节所述第K级功分单元的输出阻抗与所述功分器的所述目标负载阻抗共轭匹配。
8.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，通过以下方式调节所述第K级功分单元的的输出阻抗：
调节所述功分单元的特性阻抗和/或微带线长度；和/或，
利用隔离阻抗单元调节所述功分单元的输出阻抗，其中，所述隔离阻抗单元连接在所述功分单元的所述两个输出端口之间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的调节方法，其特征在于，在所述N大于等于3以及所述M大于等于2的情况下，调节后的所述功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于所述功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，所述中间端口为所述功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。
10.一种功率分配方法，其特征在于，包括：利用如权利要求1至5中任一项所述的功分器进行功率分配。
11.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求6至9任一项中所述的方法。
12.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求6至9任一项中所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210330 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |