CN114122662A - 一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器，通过将七节一分二传统威尔金森功分器的隔离电阻元件替换成为电容电阻串联网络，可以实现低频段的耦合抑制功能，从而提升了低频段端口之间的隔离度。通过矢量网络分析仪可直观地观察具有直流抑制功能的威尔金森功分器的隔离度与传输系数，实现无源测试。与传统的威尔金森功分器相比，本发明在低频段能够有效的抑制输出端口间的耦合，提升低频段端口隔离度，改善功分器的低频特性，在不增加尺寸的条件下将传统七节威尔金森功分器的比例带宽由13：1提升至20：1。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器。
背景技术
功分器可将一路输入信号的能量平均或按比例地分为若干路输出的能量，在通信系统及天线的设计方面有着重要的意义，常用于天线阵列馈电网络设计。判断一个功分器是否合格需要考虑工作频率、插入损耗、端口隔离度等参数。功分器的工作频段需覆盖系统整体的工作频段，功分器输出端口间应保持足够高的隔离度，从而保证系统整体的工作性能正常。
电阻型功分器可实现较宽的工作频带，然而，传统的电阻型功分器在具有足够高的隔离度的情况下，往往具有较大的插入损耗，对系统性能不利。传统的七节威尔金森功分器为经典的无源功分器，具有工作频带宽宽，端口隔离度高等优势，然而随着工作频率的降低，端口间的隔离度会发生恶化，因此传统的威尔金森功分器的工作带宽难以覆盖至较低的工作频段，导致系统的整体的性能达不到使用条件。因此，上述两种合路器应用于宽频带系统时，往往难以达到系统的低频段要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器，用以在低频段保证足够的端口隔离度进行功率分配。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：
一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器，包括：介质基板、位于介质基板上方用于传输信号的微带线以及用于提升端口之间隔离度的隔离电阻与电容以及位于介质基板下方的印刷金属地板。
所述一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器采用七节微带线组成。
所述一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器通过将金属印刷在介质基板上制成。
所述介质基板采用厚度为0.762mm的介电常数为2.2的Rogers RT/duroid 5880介质材料制成，介质基板长度为277.5mm，宽度为120mm。
所述用于传输信号的微带线采用厚度为0.1mm的铜材料制成。
所述印刷金属地板由厚度为0.1mm的铜材料印刷于介质基板背面制成。
所述输入端口微带线与输出端口微带线的特征阻抗均为50Ω。
作为优选，所述用于传输信号的微带线，每一节均加载了隔离电阻与电容。
作为优选，所述用于传输信号的微带线，每一节长度均为210mm，每一节微带线用于连接隔离电阻与电容的缝隙宽度为4mm。
所述第一隔离电阻与第一节电容串联，连接于第一节微带线的缝隙处；第二隔离电阻与第二节电容串联，连接于第二节微带线的缝隙处；第三隔离电阻与第三节电容串联，连接于第三节微带线的缝隙处；第四隔离电阻与第四节电容串联，连接于第四节微带线的缝隙处；第五隔离电阻与第五节电容串联，连接于第五节微带线的缝隙处；第六隔离电阻与第六节电容串联，连接于第六节微带线的缝隙处；第七隔离电阻与第七节电容串联，连接于第七节微带线的缝隙处。
作为优选，所述隔离电阻与电容均采用0603封装的贴片元件。
作为优选，所述第一节微带线特征阻抗为88.7Ω，所述第二节微带线特征阻抗为82.9Ω，所述第三节微带线特征阻抗为76.8Ω，所述第四节微带线特征阻抗为70.1Ω，所述第五节微带线特征阻抗为65.1Ω，所述第六节微带线特征阻抗为60.2Ω，所述第七节微带线特征阻抗为56.4Ω。
作为优选，所述第一隔离电阻阻值为240Ω，所述第二隔离电阻阻值为130Ω，所述第三隔离电阻阻值为220Ω，所述第四隔离电阻阻值为330Ω，所述第五隔离电阻阻值为430Ω，所述第六隔离电阻阻值为620Ω，所述第七节隔离电阻阻值为430Ω。
作为优选，所述第一节电容容值为20pF，所述第二节电容容值为43pF，所述第三节电容容值为27pF，所述第四节电容容值为18pF，所述第五节电容容值为15pF，所述第六节电容容值为11pF，所述第七节电容容值为51pF。
与传统的威尔金森功分器相比，本发明提出的一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器，能够拓宽功分器低频段的带宽，从而能够将七节威尔金森功分器的比例带宽由13：1提升至20：1。此外，发明的有益效果还包括：
1)威尔金森功分器两输出端口之间在40MHz频率处S23参数小于-15dB。
2)威尔金森功分器输入端口与输出端口之间的传输系数S12参数与S13参数大于-3.6dB。
3)威尔金森功分器工作带宽覆盖40-800MHz。
附图说明
图1是本发明一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器的俯视结构图。
图2是图1的分解图。
图3是本发明一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器的电路结构图。
图4是本发明的实施例2的一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器的测试示意图。
图5是本发明的实施例2的功分器的传输系数测试结果图。
图6是本发明的实施例2的功分器在0.01-1GHz频段内的输出端口间隔离度测试结果图。
图7是本发明的实施例2的功分器在0.01-0.2GHz频段内的输出端口间隔离度测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明：
本发明公开的一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器如图1所示，与传统的威尔金森功分器相比，本发明使用电容加载，提升了传统威尔金森功分器在低频段的隔离度。本发明能够在40-800MHz提供15dB以上输出端口间的隔离度。在40-800MHz输入端口间与输出端口间的传输系数在-3.5dB以上，即由于欧姆损耗造成的损耗在0.5dB以内。
具体实施方式为：
实施例1
参见图1与图2，一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器包括底层、中间层与上层，底层为印刷金属地板(25)，中间层为介质基板(1)，以及上层的微带线、隔离电阻与电容(2)-(24)。
所述印刷金属地板(25)由薄片金属铜材料制成，厚度约为0.1mm。
所述中间层的介质基板(1)由介电常数为2.2的Rogers RT/duroid5880介质材料制成，介电常数εr＝2.2，介质基板的厚度为0.762mm，介质基板的长度为277.5mm，宽度为120mm。
参见图2，第一SMA接头(26)的内引脚与输入端口微带线(23)焊接，外引脚与印刷金属地板(25)焊接；第二SMA接头(27)与第三SMA接头(28)的内引脚与输出端口微带线(24)焊接，外引脚与印刷金属地(25)焊接。
参考图1与图3，所述位于介质基板(1)上层的输入端口微带线(23)与输出端口微带线(24)由铜材料制成，宽度为2.24mm，在工作频带内的特征阻抗Z0为50Ω，输入端口微带线(23)长度为5mm，输出端口微带线(24)分为三段，第一段长度为4mm，第二段长度为15mm，第三段长度为5mm，三段微带线由四分之一圆弧微带线，圆弧的曲率半径为5mm连接。
参见图1与图3，所述第一节微带线(2)总长度为210mm，宽度为0.82mm，在工作频段内的特征阻抗Z1为88.7Ω；第二节微带线(3)总长度为210mm，宽度为0.93mm，在工作频段内的特征阻抗Z2为82.9Ω；第三节微带线(4)总长度为210mm，宽度为1.09mm，在工作频段内的特征阻抗Z3为76.8Ω；第四节微带线(5)总长度为210mm，宽度为1.27mm，在工作频段内的特征阻抗Z4为70.1Ω；第五节微带线(6)总长度为210mm，宽度为1.47mm，在工作频段内的特征阻抗Z5为65.1Ω；第六节微带线(7)总长度为210mm，宽度为1.67mm，在工作频段内的特征阻抗Z6为60.2Ω；第七节微带线(8)总长度为210mm，宽度为1.86mm，在工作频段内的特征阻抗Z7为56.4Ω。
参见图1与图3，所述第一隔离电阻(9)阻值R1＝240Ω，第二隔离电阻(10)阻值R2＝130Ω，第三隔离电阻(11)阻值R3＝220Ω，第四隔离电阻(12)阻值R4＝330Ω，第五隔离电阻(13)阻值R5＝430Ω，第六隔离电阻(14)阻值R6＝620Ω，第七隔离电阻(15)阻值R7＝430Ω，所用贴片电阻封装皆为0603封装。
参见图1与图3，所述第一节电容(16)与第一隔离电阻(9)串联，电容容值C1＝20pF；第二节电容(17)与第二隔离电阻(10)串联，电容容值C2＝43pF；第三节电容(18)与第三隔离电阻(11)串联，电容容值C3＝27pF；第四节电容(19)与第四隔离电阻(12)串联，电容容值C4＝18pF；第五节电容(20)与第五隔离电阻(13)串联，电容容值C5＝15pF；第六节电容(21)与第六隔离电阻(14)串联，电容容值C6＝11pF；第七节电容(22)与第七隔离电阻(15)串联，电容容值C7＝51pF，所用贴片电容封装皆为0603封装。
参见图1与图3，所述第一节电容(16)与第一隔离电阻(9)连接于第一节微带线(2)的缝隙处，所述第二节电容(17)与第二隔离电阻(10)连接于第二节微带线(3)的缝隙处，所述第三节电容(18)与第三隔离电阻(11)连接于第三节微带线(4)的缝隙处，所述第四节电容(19)与第四隔离电阻(12)连接于第四节微带线(5)的缝隙处，所述第五节电容(20)与第五隔离电阻(13)连接于第五节微带线(6)的缝隙处，所述第六节电容(21)与第六隔离电阻(14)连接于第六节微带线(7)的缝隙处，所述第七节电容(22)与第七隔离电阻(15)连接于第七节微带线(8)的缝隙处。
实施例2
参考图4，所述一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器的端口特性由矢量网络分析仪(29)进行测试，矢量网络分析仪的型号为Keysight E5080A。测试线缆1(30)连接矢量网络分析仪(29)的端口1与功分器的第一SMA接头(26)，测试线缆2(31)连接矢量网络分析仪的端口2与功分器的第二SMA接头(27)，此连接方式用于测试功分器输入端口与输出端口1之间的传输系数。测试线缆1(30)连接矢量网络分析仪(29)的端口1与功分器的第一SMA接头(26)，测试线缆2(31)连接矢量网络分析仪的端口2与功分器的第三SMA接头(28)，此连接方式用于测试功分器输入端口与输出端口2之间的传输系数。测试线缆1(30)连接矢量网络分析仪(29)的端口1与功分器的第二SMA接头(27)，测试线缆2(31)连接矢量网络分析仪的端口2与功分器的第三SMA接头(28)，此连接方式用于测试功分器输出端口之间的隔离度。
如图5所示，本实施例中功分器输入端口与输出端口之间的传输系数在40-800MHz内均在-3.5dB以上。
如图6与图7所示，本实施例中功分器的输出端口之间的隔离度在40-800MHz内均在-15dB以下。在不改变威尔金森功分器微带线尺寸的前提下，高频段隔离度没有发生恶化，工作带宽下限由65MHz下降至40MHz，从而使比例工作带宽由1：13提升到1：20。
Claims (5)
1.一种可增强低频端口隔离度的威尔金森功分器，其特征在于，包括：介质基板(1)，位于介质基板正面的第一节微带线(2)、第二节微带线(3)、第三节微带线(4)、第四节微带线(5)、第五节微带线(6)、第六节微带线(7)、第七节微带线(8)、第一隔离电阻(9)、第二隔离电阻(10)、第三隔离电阻(11)、第四隔离电阻(12)、第五隔离电阻(13)、第六隔离电阻(14)、第七隔离电阻(15)、第一节电容(16)、第二节电容(17)、第三节电容(18)、第四节电容(19)、第五节电容(20)、第六节电容(21)、第七节电容(22)、输入端口微带线(23)、输出端口微带线(24)、印刷金属地板(25)、第一SMA接头(26)、第二SMA接头(27)、第三SMA接头(28)。
2.根据权利要求1所述的可用于低频段的宽带高隔离度威尔金森功分器，其特征在于，第一节微带线(2)、第二节微带线(3)、第三节微带线(4)、第四节微带线(5)、第五节微带线(6)、第六节微带线(7)、第七节微带线(8)设置有缝隙用于分别连接第一隔离电阻(9)、第二隔离电阻(10)、第三隔离电阻(11)、第四隔离电阻(12)、第五隔离电阻(13)、第六隔离电阻(14)、第七隔离电阻(15)、第一节电容(16)、第二节电容(17)、第三节电容(18)、第四节电容(19)、第五节电容(20)、第六节电容(21)、第七节电容(22)。
3.根据权利要求1所述的可用于低频段的宽带高隔离度威尔金森功分器，所述第一节微带线(2)、第二节微带线(3)、第三节微带线(4)、第四节微带线(5)、第五节微带线(6)、第六节微带线(7)、第七节微带线(8)依次连接；
所述第一隔离电阻(9)与第一节微带线(2)连接，第二隔离电阻(10)与第二节微带线(3)连接，第三隔离电阻(11)与第三节微带线(4)连接，第四隔离电阻(12)与第四节微带线(5)连接，第五隔离电阻(13)与第五节微带线(6)连接，第六隔离电阻(14)与第六节微带线(7)连接，第七隔离电阻(15)与第七节微带线(8)连接；
所述第一隔离电阻(9)与第一节电容(16)串联，第二隔离电阻(10)与第二节电容(17)串联，第三隔离电阻(11)与第三节电容(18)串联，第四隔离电阻(12)与第四节电容(19)串联，第五隔离电阻(13)与第五节电容(20)串联，第六隔离电阻(14)与第六节电容(21)串联，第七隔离电阻(15)与第七节电容(22)串联。
4.根据权利要求1所述的可用于低频段的宽带高隔离度威尔金森功分器，其特征在于，输入端口微带线(23)与第一节微带线连接(2)，输出端口微带线(24)与第七节微带线连接(8)。
5.根据权利要求1所述的可用于低频段的宽带高隔离度威尔金森功分器，其特征在于，位于介质基板正面的第一节微带线(2)、第二节微带线(3)、第三节微带线(4)、第四节微带线(5)、第五节微带线(6)、第六节微带线(7)、第七节微带线(8)均由铜材料制成。
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