CN114335960A

CN114335960A - 大功率二路功分器及大功率多路功分器

Info

Publication number: CN114335960A
Application number: CN202111614287.3A
Authority: CN
Inventors: 胡助明; 王海龙; 邱钢
Original assignee: CETC 29 Research Institute
Current assignee: CETC 29 Research Institute
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-27
Also published as: CN114335960B

Abstract

本发明公开了一种大功率二路功分器及大功率多路功分器，该大功率二路功分器包括一个微带线输入端和两个微带线输出端，微带线输入端与两个微带线输出端之间分别设置有功率分配传输线；其中：微带线输入端与功率分配传输线之间设置有第一阻抗匹配传输线，微带线输出端与第一传输线和第二传输线之间分别设置有第二阻抗匹配传输线和第三阻抗匹配传输线。本发明通过在微带线输入端与功率分配传输线之间设置第一阻抗匹配传输线以及微带线输出端与功率分配传输线之间设置第二阻抗匹配传输线，在增加功率分配传输线的线条宽度以传输大功率信号时，能够利用第一阻抗匹配传输线和第二阻抗匹配传输线对功分器的端口阻抗进行匹配，提高功分器性能。

Description

大功率二路功分器及大功率多路功分器

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其涉及到一种大功率二路功分器及大功率多路功分器。

背景技术

功分器是一种将一路输入信号分成两路或者多路输出相等或者不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也成为合路器。功分器在射频与微波系统中有着重要的应用，它的性能好坏直接影响着整个系统的能量分配和合成效率。

然而，目前的功分器，通常基于谐振腔或波导腔设计，其微带线承受的射频功率有限，在传输大功率信号时的性能不好。因此，如何提供一种能够承受较大射频功率的功分器，提高大功率信号传输时的性能是一个亟需解决的技术问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大功率二路功分器及大功率多路功分器，旨在解决目前的功分器，通常基于谐振腔或波导腔设计，其微带线承受的射频功率有限，在传输大功率信号时的性能不好的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种大功率二路功分器，所述大功率二路功分器包括一个微带线输入端和两个微带线输出端，所述微带线输入端与两个所述微带线输出端之间分别设置有功率分配传输线；其中：

所述微带线输入端与功率分配传输线之间设置有第一阻抗匹配传输线，所述功率分配传输线包括第一传输线和第二传输线，所述第一阻抗匹配传输线连接所述第一传输线的第一端和所述第二传输线的第一端；

所述微带线输出端与第一传输线和第二传输线之间分别设置有第二阻抗匹配传输线和第三阻抗匹配传输线，所述第二阻抗匹配传输线连接所述第一传输线的第二端，所述第三阻抗匹配传输线连接所述第二传输线的第二端。

可选的，所述微带线输入端和所述微带线输出端的特性阻抗为Z，所述第一传输线和第二传输线的特性阻抗为Z1；其中，所述Z<50Ω，所述Z1＝1.414×Z。

可选的，所述第一阻抗匹配传输线、第二阻抗匹配传输线和第三阻抗匹配传输线的特性阻抗为Z2；其中，所述

可选的，所述大功率二路功分器还包括隔离电阻，所述隔离电阻的第一端连接所述第一传输线的第二端，所述隔离电阻的第二端连接所述第二传输线的第二端。

可选的，所述隔离电阻的阻值为R；其中，R＝2Z。

可选的，所述大功率二路功分器设置于微波基板，所述微波基板集成设置所述隔离电阻。

可选的，所述微波基板为氮化铝微波基板。

可选的，所述功率分配传输线的宽度根据功分器的功率需求进行设定。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种大功率多路功分器，所述大功率多路功分器包括m层功率分配组件，所述功率分配组件包括2^m-1个如上所述的大功率二路功分器，m为正整数；其中，每一层功率分配组件的微带线输出端连接下一层功率分配组件对应的微带线输入端。

可选的，所述大功率多路功分器为大功率N路功分器；其中：N＝2^m。

本发明实施例提出的一种大功率二路功分器及大功率多路功分器，该大功率二路功分器包括一个微带线输入端和两个微带线输出端，微带线输入端与两个微带线输出端之间分别设置有功率分配传输线；其中：微带线输入端与功率分配传输线之间设置有第一阻抗匹配传输线，微带线输出端与第一传输线和第二传输线之间分别设置有第二阻抗匹配传输线和第三阻抗匹配传输线。本发明通过在微带线输入端与功率分配传输线之间设置第一阻抗匹配传输线以及微带线输出端与功率分配传输线之间设置第二阻抗匹配传输线，在增加功率分配传输线的线条宽度以传输大功率信号时，能够利用第一阻抗匹配传输线和第二阻抗匹配传输线对功分器的端口阻抗进行匹配，提高大功率信号传输时的性能。

附图说明

图1为本发明实施例中大功率二路功分器的结构示意图；

图2为本发明实施例中大功率多路功分器的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	微波基板	6	第三阻抗匹配传输线
2	微带线输入端	7	第一传输线
				3	微带线输出端	8	第二传输线
4	第一阻抗匹配传输线	9	隔离电阻
				5	第二阻抗匹配传输线

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了解决这一问题，提出本发明的大功率二路功分器及大功率多路功分器的各个实施例。本发明提供的大功率二路功分器及大功率多路功分器通过在微带线输入端与功率分配传输线之间设置第一阻抗匹配传输线以及微带线输出端与功率分配传输线之间设置第二阻抗匹配传输线，在增加功率分配传输线的线条宽度以传输大功率信号时，能够利用第一阻抗匹配传输线和第二阻抗匹配传输线对功分器的端口阻抗进行匹配，提高大功率信号传输时的性能。

本发明实施例提供了一种大功率二路功分器的实施例，参照图1，图1为本发明大功率二路功分器实施例的结构示意图。

本实施例中，所述大功率二路功分器包括一个微带线输入端2和两个微带线输出端3，所述微带线输入端2与两个所述微带线输出端3之间分别设置有功率分配传输线。

具体而言，微带线输入端2与功率分配传输线之间设置有第一阻抗匹配传输线4，所述功率分配传输线包括第一传输线7和第二传输线8，所述第一阻抗匹配传输线4连接所述第一传输线7的第一端和所述第二传输线8的第一端；

微带线输出端3与第一传输线7和第二传输线8之间分别设置有第二阻抗匹配传输线5和第三阻抗匹配传输线6，所述第二阻抗匹配传输线5连接所述第一传输线7的第二端，所述第三阻抗匹配传输线6连接所述第二传输线8的第二端。

容易理解的，本实施例的大功率二路功分器在传统的WILKINSON功分器上进行了改进，在微带线输入端2与功率分配传输线之间设置第一阻抗匹配传输线4以及微带线输出端3与功率分配传输线之间设置第二阻抗匹配传输线5。

进一步的，微带线输入端2和所述微带线输出端3的特性阻抗为Z，所述第一传输线7和第二传输线8的特性阻抗为Z1；其中，所述Z<50Ω，所述Z1＝1.414×Z。

容易理解的，微带线输入端2和微带线输出端3为50Ω传输线，其端口阻抗为Z，第一传输线7和第二传输线8根据特性阻抗设置为1.414×Z，以对微带线输入端2输入的信号进行功率分配。

进一步的，第一阻抗匹配传输线4、第二阻抗匹配传输线5和第三阻抗匹配传输线6的特性阻抗为Z2；其中，所述

容易理解的，第一阻抗匹配传输线4、第二阻抗匹配传输线5和第三阻抗匹配传输线6为1/4波长阻抗匹配传输线，第一阻抗匹配传输线4、第二阻抗匹配传输线5和第三阻抗匹配传输线6根据特性阻抗设置为

以将端口阻抗Z匹配至50Ω。

需要说明的是，根据微波传输线理论，微带线的线条宽度与其特性阻抗成反比，即：微带线的阻抗越低，其对应的线条宽度越宽，更宽的线条宽度能承受更大的射频功率。因此，在对大功率信号进行处理时，功率分配传输线的宽度根据功分器的功率需求进行设定，本实施例先将功分器的特性阻抗设定为Z(Z＜50欧姆)，再根据需要增加功率分配传输线的线条宽度，以满足大功率功分器的要求。

在一些实施例中，大功率二路功分器还包括隔离电阻9，所述隔离电阻9的第一端连接所述第一传输线7的第二端，所述隔离电阻9的第二端连接所述第二传输线8的第二端，述隔离电阻9的阻值为R；其中，R＝2Z。

进一步的，大功率二路功分器设置于微波基板1，所述微波基板1集成设置所述隔离电阻9，微波基板为氮化铝微波基板。

具体的，本实施例在氮化铝微波基板上集成设计隔离电阻9，利用氮化铝微波基板热导率高的特点，能够迅速将隔离电阻9的热量带走，从而实现大功率隔离电阻9。

容易理解的，将WILKINSON功分器的端口阻抗Z设定为Z＜50Ω，增加功率分配传输线的线条宽度，通过在氮化铝微波基板上集成设计隔离电阻9，实现大功率隔离电阻9。

至此，通过增加功率分配传输线的线条宽度以及在氮化铝微波基板上集成设计隔离电阻9，能够实现了大功率WILKINSON功分器。

为了便于理解，本实施例对功率分配传输线以及大功率二路功分器的设计过程进行详细说明，具体如下：

1.首先设定特性阻抗Z＝30Ω，选定氮化铝基板(1)的厚度为0.5mm。

2.根据功率分配传输线的特性阻抗计算公式可得Z1＝1.414×Z＝42.42Ω。

3.根据1/4波长阻抗匹配传输线特性阻抗计算公式可得

4.根据隔离电阻9的计算公式可得R＝2×Z＝60Ω。

5.根据氮化铝基板的厚度0.5mm，计算得出如下尺寸：功率分配传输线的线宽为0.73mm，长度为10mm；1/4波长阻抗匹配传输线的线宽为0.86mm，长度为10mm；50欧姆传输线的线宽为0.54mm。

通过上述步骤，能够获得带宽2.0GHz～4.0GHz，承受功率连续波300W的两路等分功分器。

在本实施例中，通过在微带线输入端2与功率分配传输线之间设置第一阻抗匹配传输线4以及微带线输出端3与功率分配传输线之间设置第二阻抗匹配传输线5，在增加功率分配传输线的线条宽度以传输大功率信号时，能够利用第一阻抗匹配传输线4和第二阻抗匹配传输线5对功分器的端口阻抗进行匹配，提高大功率信号传输时的性能。

本发明实施例提供了一种大功率多路功分器的实施例，基于如图1所示的一种大功率二路功分器，参照图2，图2为本发明大功率多路功分器实施例的结构示意图。

本实施例中，所述大功率多路功分器包括m层功率分配组件，所述功率分配组件包括2^m-1个如实施例所述的大功率二路功分器，m为正整数。

具体而言，每一层功率分配组件的微带线输出端连接下一层功率分配组件对应的微带线输入端。微带线输出端与微带线输入端利用50Ω传输线级联，即可实现多路功分器的设置。

进一步的，大功率多路功分器具有N个输出端；其中，N＝2^m。因此，基于设置的功率分配组件的层数不同，可构造八路、十六路和三十二路等多路等分WILKINSON大功率功分器。

在本实施例中，提供了一种大功率多路功分器，通过设置多层功率分配组件，并在每层之间利用50Ω传输线对微带线输出端与微带线输入端进行连接，以实现层级之间的级联，最终获得由每层2^m-1大功率二路功分器构成的大功率八路、十六路和三十二路等多路功分器。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种大功率二路功分器，其特征在于，所述大功率二路功分器包括一个微带线输入端和两个微带线输出端，所述微带线输入端与两个所述微带线输出端之间分别设置有功率分配传输线；其中：

2.如权利要求1所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述微带线输入端和所述微带线输出端的特性阻抗为Z，所述第一传输线和第二传输线的特性阻抗为Z1；其中，所述Z<50Ω，所述Z1＝1.414×Z。

3.如权利要求2所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述第一阻抗匹配传输线、第二阻抗匹配传输线和第三阻抗匹配传输线的特性阻抗为Z2；其中，所述

4.如权利要求3所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述大功率二路功分器还包括隔离电阻，所述隔离电阻的第一端连接所述第一传输线的第二端，所述隔离电阻的第二端连接所述第二传输线的第二端。

5.如权利要求4所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述隔离电阻的阻值为R；其中，R＝2Z。

6.如权利要求4所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述大功率二路功分器设置于微波基板，所述微波基板集成设置所述隔离电阻。

7.如权利要求6所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述微波基板为氮化铝微波基板。

8.如权利要求1所述的大功率二路功分器，其特征在于，所述功率分配传输线的宽度根据功分器的功率需求进行设定。

9.大功率多路功分器，其特征在于，所述大功率多路功分器包括m层功率分配组件，所述功率分配组件包括2^m-1个如权利要求1-8任意一项所述的大功率二路功分器，m为正整数；其中，每一层功率分配组件的微带线输出端连接下一层功率分配组件对应的微带线输入端。

10.如权利要求9所述的大功率多路功分器，其特征在于，所述大功率多路功分器为大功率N路功分器；其中：N＝2^m。