CN114024117B - 一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，包括高阻抗信号端口、低阻抗信号端口、同轴电缆和微带线；同轴电缆的内导体连接在高阻抗信号端口和低阻抗信号端口之间；同轴电缆的外导体通过微带线连接低阻抗信号端口。本发明有益效果：提供一种同时满足小型化、超宽带、大功率容量要求的阻抗变换器，该阻抗变换器同时使用了微带传输线和同轴电缆传输线。

Description

一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其是涉及一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器。

背景技术

阻抗变换器可以将传输线的阻抗进行变换，使得其与微波器件的阻抗更匹配，减小反射，以避免射频系统的损耗增加、功率容量减小、效率降低等问题的出现。

当前移动通信标准中，军用民用通讯的频带不断扩展，在相关技术中，随着带宽要求不断增加，传统多节传输线阻抗变换器的阶数也不断增加，造成设备体积较大，往往很难满足设备的小型化需求；而一些基于铁氧体变压器或BULUN的宽带匹配设计，则不适用于单端应用或者超过UHF频段的大功率的应用中。在例如512MHz-2500MHz如此宽的频带应用上，在射频电路中，无论是功率放大器、还是天线，都面临着小型化、超宽带、大功率阻抗变换或阻抗匹配的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，以提供一种同时满足小型化、超宽带、大功率容量要求的阻抗变换器，该阻抗变换器同时使用了微带传输线和同轴电缆传输线。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，包括高阻抗信号端口、低阻抗信号端口、同轴电缆和微带线；

同轴电缆的内导体连接在高阻抗信号端口和低阻抗信号端口之间；

同轴电缆的外导体通过微带线连接低阻抗信号端口。

进一步的，同轴电缆设有不少于一条，不少于一条的同轴电缆的长度相等且特性阻抗均定义Z0。

进一步的，当存在一条同轴电缆时，同轴电缆的内导体一端连接高阻抗信号端口，另一端连接低阻抗信号端口；

同轴电缆的外导体一端接地，一端通过微带线的导体带连接低阻抗信号端口。

进一步的，当存在两条及以上的同轴电缆时，所有的同轴电缆在低阻抗信号端口处为并联关系，即所有同轴电缆的内导体连接在一起，并与低阻抗信号端口相连，所有同轴电缆的外导体直接接地。

进一步的，当存在两条及以上的同轴电缆时，第一同轴电缆的内导体一端连接高阻抗信号端口，另一端连接低阻抗信号端口；

第一同轴电缆的外导体一端接地，另一端连接第二同轴电缆的内导体的第一端；

第二同轴电缆的内导体的第二端连接低阻抗信号端口；

第二同轴电缆的外导体一端接地，另一端连接第n-1同轴电缆的内导体的第一端；

第n-1同轴电缆的内导体的第二端连接低阻抗信号端口；

第n-1同轴电缆的外导体通过微带线连接低阻抗信号端口。

进一步的，微带线的导体带与参考地之间设有介质层。

进一步的，微带线的其特性阻抗定义为Z0，且电长度与各同轴电缆相等；

微带线一端与第n-1同轴电缆的外导体相连接，另一端与低阻抗信号端口相连接。

进一步的，所述阻抗变换器的阻抗的变比为Zlow：Zhigh＝1:n²。

进一步的，外导体一端通过第一焊接点与参考地连接，另一端通过第二焊接点与微带线的导体带连接。

进一步的，第一焊接点通过过孔接至参考地。

相对于现有技术，本发明所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器具有以下有益效果：

本发明所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器提供一种同时满足小型化、超宽带、大功率容量要求的阻抗变换器，该阻抗变换器同时使用了微带传输线和同轴电缆传输线。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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为本发明实施例所述的结构图示意图；

图2为本发明实施例所述的立体结构示意图；

图3为本发明实施例所述的在512MHz～2500MHz频段的S参数S11、S21示意图；

图4为本发明实施例所述的实物示意图；

图5为本发明实施例所述的测试数据示意图。

附图标记说明：101-高阻抗信号端口；102-低阻抗信号端口；103-同轴电缆；1031-内导体；1032-外导体；1033-第一介质层；104-微带线；105-第二介质层；106-参考地；107-第一焊接点；108-第二焊接点；109-第三焊点；110-第四焊点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，包括：

高阻抗信号端口101、低阻抗信号端口102、至少一条射频同轴电缆103、一条微带线104,同轴电缆包括内导体和外导体，同轴电缆内导体的两端分别通过第三焊点109和第四焊点110与微带线104的导体带连接。

所述高阻抗信号端口，其端口阻抗定义为Zhigh＝n*Z0，其中n≥2。

所述低阻抗信号端口，其端口阻抗定义为Zlow＝Z0/n，其中n≥2。

所述至少一条同轴电缆103包括第1同轴电缆103、第2同轴电缆103...以至第n-1同轴电缆103，其特性阻抗定义均为Z0且电长度基本相等。它们连接在高阻抗信号端口101和低阻抗信号端口102之间。所有的同轴电缆103在高阻抗信号端口101一侧为串联关系，即第1同轴电缆103的内导体1031连接高阻抗信号端口101，第1同轴电缆103的外导体1032连接第2同轴电缆103的内导体1031...以至第n-2同轴电缆103的外导体1032连接第n-1同轴电缆103的内导体1031，第n-1同轴电缆103的外导体1032连接微带线104的一端。

所有的同轴电缆103在低阻抗信号端口102处为并联关系，即所有同轴电缆103的内导体1031连接在一起，并与低阻抗信号端口102相连，所有同轴电缆103的外导体1032直接接地。

所述一条微带线104，其特性阻抗定义为Z0，且电长度与各同轴电缆103基本相等。

它一端与第n-1同轴电缆103的外导体1032相连接，另一端与低阻抗信号端口102相连接。

所述阻抗变换器的阻抗的变比为Zlow：Zhigh＝1:n²；

进一步地，在一个实施例中，其具体设计如图2所示。此实施例选定n＝2，Zhigh＝50Ω。因此，阻抗变比Zlow：Zhigh＝1:4，Z0＝25Ω，Zlow＝12.5Ω。亦即，此实施例是一个由12.5Ω阻抗变换到50Ω阻抗的1:4阻抗变换器。同时，由于n＝2，所以只有第1同轴电缆存在，其它同轴电缆均不存在。

设计包括：高阻抗信号端口101、低阻抗信号端口102、同轴电缆103、微带线104。图中，和为同轴电缆103外导体1032的第一焊接点107和第二焊接点108，值得注意的是，第一焊接点107是通过过孔接至参考地106，同轴电缆103包括内导体1031、外导体1032以及设置在内导体1031与外导体1032之间的第一介质层1033。

进一步地，虽然本发明从基础理论上是宽带设计，工作频带与同轴电缆、微带线的电长度无关。但实际上，由于同轴电缆与微带线分布参数的存在，同轴电缆及微带线的电长度(取其最大值)不宜大于工作频带内最高工作频率的波长λ的1/4，否则会在工作频带内引起谐振；但也不宜过小，否则会造成低频性能不佳；根据此原则，此实施例中，电长度取值为0.9*λ/4。经过优化，其在512MHz～2500MHz频段的S参数S11、S21如图3所示。

如图4和图5所示，本发明的一个实施例用于512MHz～2500MHz宽带功放的输入输出匹配设计中，使用国产GaN功放管(远创达NU6006H)实现了P-3dB在全频带大于40W的设计目标，各项指标如输出功率、增益、效率、回波损耗，均得到满意效果。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：包括高阻抗信号端口(101)、低阻抗信号端口(102)、同轴电缆(103)和微带线(104)；

同轴电缆(103)的内导体(1031)连接在高阻抗信号端口(101)和低阻抗信号端口(102)之间；

同轴电缆(103)的外导体(1032)通过微带线(104)连接低阻抗信号端口(102)；

同轴电缆(103)设有不少于一条，不少于一条的同轴电缆(103)的长度相等且特性阻抗均定义Z0；

当存在两条及以上的同轴电缆(103)时，所有的同轴电缆(103)在低阻抗信号端口(102)处为并联关系，即所有同轴电缆(103)的内导体(1031)连接在一起，并与低阻抗信号端口(102)相连，所有同轴电缆(103)的外导体(1032)直接接地；

不少于一条同轴电缆(103)包括第1同轴电缆(103)、第2同轴电缆(103)...以至第n-1同轴电缆(103)，其特性阻抗定义均为Z0且电长度相等，且连接在高阻抗信号端口(101)和低阻抗信号端口(102)之间，所有的同轴电缆(103)在高阻抗信号端口(101)一侧为串联关系，即第1同轴电缆(103)的内导体(1031)连接高阻抗信号端口(101)，第1同轴电缆(103)的外导体（1032）连接第2同轴电缆(103)的内导体(1031)...以至第n-2同轴电缆(103)的外导体(1032)连接第n-1同轴电缆(103)的内导体(1031)，第n-1同轴电缆(103)的外导体(1032)连接微带线(104)的一端；

所有的同轴电缆(103)在低阻抗信号端口(102)处为并联关系，即所有同轴电缆(103)的内导体(1031)连接在一起，并与低阻抗信号端口(102)相连，所有同轴电缆(103)的外导体(1032)直接接地。

2.根据权利要求1所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：当存在一条同轴电缆(103)时，同轴电缆(103)的内导体(1031)一端连接高阻抗信号端口(101)，另一端连接低阻抗信号端口(102)；

同轴电缆(103)的外导体(1032)一端接地，一端通过微带线(104)的导体带连接低阻抗信号端口(102)。

3.根据权利要求1所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：微带线(104)的导体带与参考地(106)之间设有第二介质层(105)。

4.根据权利要求2所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：微带线(104)的其特性阻抗定义为Z0，且电长度与各同轴电缆(103)相等；

微带线(104)一端与第n-1同轴电缆(103)的外导体(1032)相连接，另一端与低阻抗信号端口(102)相连接。

5.根据权利要求4所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：阻抗变换器的阻抗的变比为Zlow：Zhigh = 1:n²。

6.根据权利要求5所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：同轴电缆(103)的外导体(1032)一端通过第一焊接点(107)与参考地(106)连接，另一端通过第二焊接点(108)与微带线(104)的导体带连接。

7.根据权利要求6所述的一种同轴电缆微带线混合阻抗变换器，其特征在于：第一焊接点(107)通过过孔接至参考地(106)。

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