CN113381155A - 一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器 - Google Patents

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张大伟
开建
张峰平
龚臣
胡凯凯
吴天强
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

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Abstract

本发明公开了一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，包括一个传输线变压器网络和一变压器；所述传输线变压器网络包括四个射频输入端和一个射频输出端，用于将四路射频信号合成一路后，经射频输出端输出，且射频信号经传输线变压器网络后,阻抗下降为原来的1/4；所述变压器包括磁心和双线传输线，所述磁心采用软磁材料制成，所述双线传输线包括两根并排绕制在磁心上的第一导线和第二导线，二者长度相同，阻抗比为1:4。本发明使传输线变压器网络对变压器绕组电感量的需求达到最小化，有效提高了合成器的宽温范围和宽带范围内的电性能及其稳定性。降低了整机的设计难度及成本，节省了整机的内部空间，提高了整机的可靠性。

Description

一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器
技术领域
本发明涉及一种合成器，尤其涉及一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器。
背景技术
射频收发器广泛应用于车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、门禁系统、通信系统、工业数据采集系统中，是在军用方面，是雷达、通信、天线等系统中的关键装备。表贴射频软磁合成器可将多路功率信号合成为一路输出或者一路信号分配成多路输出，以便于将小功率信号调制后合成为大功率信号发射或将大功率信号分配为小功率信号处理、解调，是射频收发器电路中的关键器件。
在实际使用中，射频收发器电路往往需要需要适应各种复杂的工作环境。如在-55℃~+125℃的宽温环境下设备不受影响，稳定工作。同时随着小型化、标准化需求的不断提高，收发电路要进一步小型化，需要将多种窄带器件合并为工作频带宽、适用范围广的宽带器件。表贴射频软磁合成器作为收发电路中的关键器件，其宽温宽频工作稳定性和可靠性直接影响收发电路宽温宽频工作的稳定性和可靠性。
目前的表贴射频软磁合成器作在射频段主要有同相多路功率合成器、正交桥式功率合成器、反相功率合成器。在覆盖了短波到超短波的范围时，表贴射频软磁合成器往往需要采用软磁材料作为磁心的传输线变压器原理制作，并采用多级变压器电路实现功分/合成以及端口阻抗匹配的功能。
但现有工作在这一频段的表贴射频软磁合成器电路由于受磁心尺寸和变压器频率特性的影响，往往存在以下问题：
1、在频率低端电感量不足，在频率高端损耗过大，这二者限制了合成器的工作频带宽度。
2、受磁心温度特性的影响，其在低温状态下驻波会有明显增大，在高温状态下损耗会有明显增大，限制了在宽温状态下的电性能，严重时器件会完全失效。
3、合成器工作温度范围和工作频带宽度也将限制收发器电路的工作温度范围和工作频带宽度，造成收发器的工作稳定性和可靠性下降。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能在宽温度范围、宽频带内稳定工作的一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，包括一个传输线变压器网络和一变压器；
所述传输线变压器网络包括四个射频输入端和一个射频输出端，用于将四路射频信号合成一路后，经射频输出端输出，且射频信号经传输线变压器网络后,阻抗下降为原来的1/4；
所述变压器包括磁心和双线传输线，所述磁心采用软磁材料制成，所述双线传输线包括两根并排绕制在磁心上的第一导线和第二导线，二者长度相同，阻抗比为1:4；第一导线和第二导线一端焊接后与射频输出端连接，第一导线的另一端接地，第二导线的另一端作为合成输出端。
作为优选：所述传输线变压器网络包括两个第一传输线变压器和一第二传输线变压器；
第一传输线变压器和第二传输线变压器结构相同，均包括两输入端和一输出端，两第一传输线变压器的四个输入端作为四个射频输入端，两输出端接第二传输线变压器的两输入端，第二传输线变压器的输出端作为射频输出端。
作为优选：所述磁心为单孔磁心、双孔磁心或环形磁心。
本发明中，四路射频信号经过传输线变压器网络合为一路后输出，那么，第一级时，射频信号阻抗下降一半，剩下1/2，经过第二级的时候，会继续下降一半，则只剩下1/4，这样，高阻抗就变成了低阻抗，再经过本发明的变压器，将低阻抗放大四倍，使射频信号在合成输出端的阻抗，与四个射频输入端时的阻抗抗恰好相同。
射频输入端、合成输出端、可以采用微带线、带线、同轴接口等各种形式，其位置可以根据整机需要进行灵活调整，数量为4的整数倍数。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
全部合成电路使用从高阻抗到低阻抗变换，使起到合成作用的传输线变压器网络对变压器绕组电感量的需求达到最小化，有效提高了合成器的宽温范围和宽带范围内的电性能及其稳定性。降低了整机的设计难度及成本，节省了整机的内部空间，提高了整机的可靠性。
本发明在变压器电路结构上与传统的射频软磁合成器有着本质的区别，其中，变压器中第一导线和第二导线在一端焊接，所以是焊接在一起后，并排绕制在一只磁心上，末尾再分开，一端端接地，另一端作为合成输出端；这种双线结构及其绕线结构可以为变压提供高阻变换同时具备线间强耦合以及稳定的特性阻抗。在较小得了尺寸内，实现了采用一根传输线和一只磁心制成宽带1:4不平衡到不平衡的阻抗变换电路，得以使传输线变压器网络合成后的低阻抗重新提高为输出的端口阻抗，降低射频软磁合成器电路对软磁磁心的依赖，这是传统的射频软磁功率合成器所不具备的。
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2为图1中变压器电路图；
图3为本发明中变压器的绕线结构图；
图4为本发明插入损耗曲线图；
图5为本发明驻波曲线图；
图6为双孔磁心的绕线结构图。
图中：1、传输线变压器网络；2、变压器；3、第一传输线变压器；4、第二传输线变压器；5、磁心；6、第一导线；7、第二导线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1-图5，一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，包括一个传输线变压器网络1和一变压器2；
所述传输线变压器网络1包括四个射频输入端和一个射频输出端，用于将四路射频信号合成一路后，经射频输出端输出，且射频信号经传输线变压器网络1后,阻抗下降为原来的1/4；
所述变压器2包括磁心5和双线传输线，所述磁心5采用软磁材料制成，所述双线传输线包括两根并排绕制在磁心5上的第一导线6和第二导线7，二者长度相同，阻抗比为1:4，第一导线6和第二导线7一端焊接后与射频输出端连接，第一导线6的另一端接地，第二导线7的另一端作为合成输出端。
其中，所述传输线变压器网络1包括两个第一传输线变压器3和一第二传输线变压器4；第一传输线变压器3和第二传输线变压器4结构相同，均包括两输入端和一输出端，两第一传输线变压器3的四个输入端作为四个射频输入端，两输出端接第二传输线变压器4的两输入端，第二传输线变压器4的输出端作为射频输出端。所述磁心5为单孔磁心。
图4、图5为本发明产品在常温条件使用矢量网络分析仪测试实物数据后绘制的插入损耗曲线图和驻波曲线图。
从图4可以看处，合成器的插入损耗曲线可以满足1MHz~1000MHz的超宽工作频带电性能。在常温状态下合成器的插入损耗曲线相比-55℃及+125℃的曲线相差最大不到0.2dB,特别是在1000MHz处，三者差距更小。
从图5可以看出，合成器的驻波曲线可以满足1MHz~1000MHz的超宽工作频带电性能。在常温状态、-55℃及+125℃的曲线最大值不超过1.4。
图4和图5说明合成器在-55℃~+125℃的宽温度范围内，其依然可以在1MHz~1000MHz宽频带下的到优良的插损和驻波电性能，是合成器稳定工作，可有效提高整机的温度性和可靠性。
实施例2：参见图1-图6，所述磁心5为双孔磁心或环形磁心。其余与实施例1相同。其中，环形磁心的绕线方式和单孔磁心相同。双孔磁心的绕线方式见图6。
以上所述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 (3)

1.一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，其特征在于：包括一个传输线变压器网络(1)和一变压器（2）；
所述传输线变压器网络(1)包括四个射频输入端和一个射频输出端，用于将四路射频信号合成一路后，经射频输出端输出，且射频信号经传输线变压器网络(1)后,阻抗下降为原来的1/4；
所述变压器（2）包括磁心（5）和双线传输线，所述磁心（5）采用软磁材料制成，所述双线传输线包括两根并排绕制在磁心（5）上的第一导线（6）和第二导线（7），二者长度相同，阻抗比为1:4，第一导线（6）和第二导线（7）一端焊接后与射频输出端连接，第一导线（6）的另一端接地，第二导线（7）的另一端作为合成输出端。
2.根据权利要求1所述的一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，其特征在于：所述传输线变压器网络(1)包括两个第一传输线变压器(3)和一第二传输线变压器(4)；
第一传输线变压器(3)和第二传输线变压器(4)结构相同，均包括两输入端和一输出端，两第一传输线变压器(3)的四个输入端作为四个射频输入端，两输出端接第二传输线变压器(4)的两输入端，第二传输线变压器(4)的输出端作为射频输出端。
3.根据权利要求1所述的一种宽温宽带低阻变换表贴功率合成器，其特征在于：所述磁心（5）为单孔磁心、双孔磁心或环形磁心。
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