CN113659300B - 宽带四功分器 - Google Patents

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曾祥希
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李光
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
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Abstract

本发明公开了一种宽带四功分器，包括第一变压器、第二变压器、第三变压器；所述第一变压器的初级线圈连接输入端口，次级线圈两端分别连接第二变压器的初级线圈的一端和第三变压器的初级线圈的一端；所述第一变压器用于将输入的射频信号转换为相位相反且幅度相等的两路信号；所述第二变压器和所述第三变压器，分别用于将输入信号转换为两路输出信号，最终实现输入信号四功分；相比于现有功分器，结构简单，损耗低。

Description

宽带四功分器
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种宽带四功分器。
背景技术
功分器/合成器是射频、微波技术领域一种功率分配与合成元件，广泛用于广播电视系统、通信系统、雷达系统等领域中。常用的功分器技术主要有基于铁氧体磁芯变压器的功分器技术、基于传输线的功分器技术（微带功分器、同轴线功分器、波导功分器等），还有一些适用于较窄频带的LC功分器技术或者损耗较大的电阻功分器技术。在一些宽带应用中，工作频段常同时包括HF和UHF以及更高的频段，由于包含波长较长的原因，比较适合使用基于铁氧体磁芯变压器的宽带功分器技术。传统技术中，二功分器一般采用2个变压器进行设计；四功分器常常使用3个二功分器级联实现，则会使用6个变压器，如图1（a）；也有一些设计进行了优化，使用4至5个变压器完成四功分器设计，例如图1（b）、图1（c）所示的架构。总而言之，电路架构依然比较复杂，体积较大，损耗也较大。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种宽带四功分器，仅使用3个变压器即可搭建宽带四功分器，信号流过的变压器由3~4级优化到2级，降低损耗。
为了实现上述目的，本发明提供一种宽带四功分器，包括第一变压器、第二变压器、第三变压器；所述第一变压器的初级线圈连接输入端口，所述输入端口为第一端口，次级线圈两端分别连接第二变压器的初级线圈的一端和第三变压器的初级线圈的一端；所述第一变压器用于将输入的射频信号转换为相位相反且幅度相等的两路信号；
所述第二变压器次级线圈的一端连接第三端口，第二变压器次级线圈的另一端与第二变压器初级线圈的一端短接，所述第二变压器初级线圈的另一端连接第二端口；所述第二变压器用于对输入的正相信号升压；将输入信号转换为两路输出信号。
所述第三变压器次级线圈的一端连接第五端口，第三变压器次级线圈的另一端与第三变压器初级线圈的一端短接，第三变压器初级线圈的另一端连接第四端口；所述第三变压器用于对输入的反相信号升压，将输入信号转换为两路输出信号。
进一步优选的，还包括第一隔离电阻和第二隔离电阻；所述第一隔离电阻的两端分别连接第二端口和第三端口；所述第二隔离电阻的两端分别连接第四端口和第五端口。
进一步优选的，所述第一隔离电阻、第二隔离电阻用于提高端口的隔离度，阻值为与其相连端口特性阻抗的2倍。
进一步优选的，还包括可选的第一补偿电容和/或第二补偿电容；所述第一补偿电容连接第一变压器的次级线圈的一端；所述第二补偿电容连接第一变压器次级线圈的另一端。
进一步优选的，所述第一补偿电容和第二补偿电容用于补偿电路中高频段的驻波以及输出端口间幅度及相位的不均衡特性，所述第一补偿电容和第二补偿电容的取值为0.1PF至200PF。
进一步优选的，所述第一变压器的输出端阻抗为输入端口阻抗的1/2。
进一步优选的，所述第二变压器和/或第三变压器，将输入信号分为相位相同且幅度相等的两路信号，每个输出端口的特性阻抗为输入信号的特性阻抗的2倍。
进一步优选的，所述第一变压器的初级线圈一端接地，另一端连接输入信号。
进一步优选的，所述第一变压器、第二变压器和第三变压器均采用双绞线/平行双线在铁氧体磁芯绕制而成。
本申请公开的一种宽带四功分器，相比于现有技术至少具有以下优点：
1、本申请实施例提供的宽带四功分器，采用三个变压器，实现将一个输入信号进行四功分的效果，电路结构简单，损耗显著降低。特别是在大功率合成的场景，插入损耗小的优点是具有显著优势的。
2、本申请实施例提供的宽带四功分器，在四个输出端口处，相连的两个端口之间分别设有第一隔离电阻、第二隔离电阻，提高端口的隔离度。
3、本申请实施例提供的宽带四功分器架构简洁，因而具有体积小、损耗小、成本低的优点。
附图说明
图1（a）为本发明背景技术中的二功分器基连的四功分器结构示意图；
图1（b）为本发明背景技术中另一种四功分器的结构示意图；
图1（c）为本发明背景技术中另一种四功分器的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3（a）为本发明的第一变压器的结构示意图；
图3（b）为本发明的第一变压器电路原理示意图；
图4（a）为本发明的第二变压器和第三变压器的结构示意图；
图4（b）为本发明的第二变压器和第三变压器的电路原理示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图2所示， 本发明公开了一种宽带四功分器，包括：端口1、端口2、端口3、端口4、端口5、第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一隔离电阻、第二隔离电阻、可选的第一补偿电容、可选的第二补偿电容。
所述第一变压器的初级线圈连接输入端口即端口1，次级线圈两端分别连接第二变压器的初级线圈的一端和第三变压器的初级线圈的一端；所述第一变压器用于将输入的射频信号转换为相位相反且幅度相等的两路信号；
所述第一变压器，本质是1：1的平衡不平衡转换器（BULUN），其将射频信号分为相位相反且幅度相等的两路信号。并且，每个输出端口阻抗为输入端口阻抗的1/2。
进一步的，当端口1特性阻抗为50欧姆时，所述第一变压器输出的两路信号端口的特性阻抗均为25欧姆；
如图3（a）所示，第一变压器的制作方法，是使用双绞线/平行双线绕制在铁氧体磁芯（磁环、磁棒等）上，是一个典型的1：1变压器；使用时，如图3(b)所示，其中一个端口接地。
所述第二变压器次级线圈的一端连接端口3，第二变压器次级线圈的另一端与第二变压器初级线圈的一端短接，所述第二变压器初级线圈的另一端连接端口2；所述第二变压器用于对输入的正相信号升压并转换为两路输出信号；
所述第三变压器次级线圈的一端连接端口5，第三变压器次级线圈的另一端与第三变压器初级线圈的一端短接，第三变压器初级线圈的另一端连接端口4；所述第三变压器用于对输入的反相信号升压并转换为两路输出信号；作用与第二变压器相同；都是将射频信号分为相位相同且幅度相等的两路信号，每个输出端口的特性阻抗为输入端口特性阻抗的2倍。
进一步的，当输入端口特性阻抗为25欧姆时，每个输出端口的特性阻抗均为50欧姆。
如图4（a）所示，第二变压器、第三变压器的制作方法，是使用双绞线/平行双线绕制在铁氧体磁芯（磁环、磁棒等）上，也是一个典型的1：1变压器；使用时，如图4（b）示，其中两个端口短接。
第一隔离电阻、第二隔离电阻可提高端口的隔离度，其取值为与其相连端口特性阻抗的2倍。
进一步的，当各端口特性阻抗为50欧姆时，第一隔离电阻、第二隔离电阻取值为100欧姆。
可选的第一补偿电容、可选的第二补偿电容可以改善高频性能。
由于第一变压器本质是一个BULUN，受其影响，各输出端口的理论隔离度为12dB。在工程上，可满足绝大部分场景的应用。
由于第一变压器本质是一个BULUN，受其影响，端口2、端口3相位相同，端口4、端口5相位相同，端口2和端口4相位相反，亦即相差180°；当用其作为合成器使用时，应当注意其相位关系，在这样的应用中，推荐在功率分配与功率合成两端同时使用本专利技术。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种宽带四功分器，其特征在于：包括第一变压器、第二变压器、第三变压器；所述第一变压器的初级线圈连接输入端口，所述输入端口为第一端口，次级线圈两端分别连接第二变压器的初级线圈的一端和第三变压器的初级线圈的一端；所述第一变压器用于将输入的射频信号转换为相位相反且幅度相等的两路信号；所述第一变压器的输出端阻抗为输入端口阻抗的1/2；
所述第二变压器次级线圈的一端连接第三端口，第二变压器次级线圈的另一端与第二变压器初级线圈的一端短接，所述第二变压器初级线圈的另一端连接第二端口；所述第二变压器用于对输入的正相信号升压并转换为两路输出信号；
所述第三变压器次级线圈的一端连接第五端口，第三变压器次级线圈的另一端与第三变压器初级线圈的一端短接，第三变压器初级线圈的另一端连接第四端口；所述第三变压器用于对输入的反相信号升压并转换为两路输出信号；所述第二变压器和/或第三变压器，将输入信号分为相位相同且幅度相等的两路信号，每个输出端口的特性阻抗为输入信号的特性阻抗的2倍。
2.根据权利要求1所述的宽带四功分器，其特征在于，还包括第一隔离电阻和第二隔离电阻；所述第一隔离电阻的两端分别连接第二端口和第三端口；所述第二隔离电阻的两端分别连接第四端口和第五端口。
3.根据权利要求2所述的宽带四功分器，其特征在于，所述第一隔离电阻、第二隔离电阻用于提高端口的隔离度，阻值为与其相连端口特性阻抗的2倍。
4.根据权利要求1所述的宽带四功分器，其特征在于，还包括可选的第一补偿电容和/或第二补偿电容；所述第一补偿电容连接第一变压器次级线圈的一端；所述第二补偿电容连接第一变压器次级线圈的另一端。
5.根据权利要求4所述的宽带四功分器，其特征在于，所述第一补偿电容和第二补偿电容用于补偿电路中高频段的驻波以及输出端口间幅度及相位的不均衡特性，所述第一补偿电容和第二补偿电容的取值为0.1PF至200PF。
6.根据权利要求1所述的宽带四功分器，其特征在于，所述第一变压器的初级线圈一端接地，另一端连接输入信号。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的宽带四功分器，其特征在于，所述第一变压器、第二变压器和第三变压器均采用双绞线/平行双线在铁氧体磁芯绕制而成。
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