CN114899571B - 一种新型高功率威尔金森合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波合成器件领域，涉及一种新型高功率威尔金森合成器。该合成器包括第一λ/4微带线、第二λ/4微带线、第三λ/4微带线、第四λ/4微带线、第五λ/4微带线、隔离电阻；第一λ/4微带线、第二λ/4微带线、第三λ/4微带线、第四λ/4微带线的特征阻抗均为50Ω，第五λ/4微带线的特征阻抗为30.35Ω，隔离电阻的阻值为100Ω；第一λ/4微带线与第三λ/4微带线和隔离电阻连接的端口相连，第二λ/4微带线与第四λ/4微带线和隔离电阻连接的端口相连，第三λ/4微带线与第四λ/4微带线和第五λ/4微带线连接的端口相连。与现有的威尔金森合成器对比，本发明的威尔金森合成器的功率容量提升了2/3。

Description

一种新型高功率威尔金森合成器
技术领域:
本发明属于微波传输器件领域，涉及一种高功率威尔金森合成器。
背景技术：
微波合成器的功能是将两个功率较小的微波合成为一个功率较大的微波，在微波通信、雷达系统中广泛应用。威尔金森合成器是微波合成器的常见结构。微带线是实现威尔金森合成器的常见形式，微带线具有体积小、重量轻、成本低的优点，但是和波导结构相比功率容量较低。限制微带线形式的威尔金森合成器的主要因素是微带线的宽度。微带线特征阻抗Z0越小，微带线宽度W越宽，微带线宽度W和微带线特征阻抗Z0的关系见图1。同时有研究表明，微带线的温度变化△T和微带线传输功率P的关系见公式(1)。L为微带线长度(单位：米)，A为介质板的热传导系数(单位：瓦特/(米·开尔文))，H为介质板厚度(单位：米)，M为单位长度的插入损耗(单位：dB/米)。微带线介质板材料确定后，A、H、M、L恒量，所以微带线宽度W增大，微带线的功率容量P会增大。因此，微带线特征阻抗Z0越小，微带线宽度W越宽，微带线的功率容量P越大。
现有的威尔金森合成器是对称的，因此现有的威尔金森合成器的功率容量为公共端口功率容量的一半，即50Ω微带线功率容量的一半，现有的威尔金森合成器存在功率容量不够高的问题。因此设计一款高功率的威尔金森合成器很有必要。
发明内容：
本发明为了提升威尔金森合成器的功率容量，提出了一种新型高功率威尔金森合成器，增大了公共端口微带线的宽度，提升了威尔金森合成器的功率容量。
本发明的技术方案如下：
本发明的威尔金森合成器的结构见图2。它包括第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)、第五λ/4微带线(5)、隔离电阻(6)。第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)的特征阻抗均为50Ω，第五λ/4微带线(5)的特征阻抗为35.35Ω，隔离电阻(6)的阻值为100Ω。
第一λ/4微带线(1)与第三λ/4微带线(3)和隔离电阻连接的端口相连，第二λ/4微带线(2)与第四λ/4微带线(4)和隔离电阻连接的端口相连，第三λ/4微带线(3)与第四λ/4微带线(4)和第五λ/4微带线(5)连接的端口相连。
进一步地，第一λ/4微带线(1)和第二λ/4微带线(2)是两个等分的输入端口。
进一步地，第五λ/4微带线(5)是公共端口。
本发明的有益效果：
本发明的威尔金森合成器是对称的，因此本发明的威尔金森合成器的功率容量为第五λ/4微带线(5)功率容量的一半，即35.35Ω微带线功率容量的一半。根据背景技术分析，35.35Ω微带线的宽度为50Ω微带线的宽度的的5/3倍，所以35.35Ω微带线的功率容量比50Ω微带线的功率容量高2/3，因此本发明的威尔金森合成器的功率容量比现有的威尔金森合成器的功率容量高2/3。因此本发明的威尔金森合成器功率容量比现有的威尔金森合成器高2/3。本发明的威尔金森合成器结构简单、普适性强，在高功率微波功率合成领域具有较高的实际应用价值。
附图说明：
图1微带线宽度W和微带线特征阻抗z_0的关系图；
图2本发明的威尔金森合成器结构；
图3本发明的威尔金森合成器结构的对称面示意图；
图4偶模等效电路；
图5奇模等效电路；
图6本发明的威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的插入损耗的仿真结果；
图7本发明的威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的端口1反射系数的仿真结果；
图8本发明的威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的端口2反射系数的仿真结果；
图9本发明的威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的端口3反射系数的仿真结果。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本具体实施方式采用以下技术方案：
本发明的威尔金森合成器的结构见图2。
一种新型的威尔金森合成器结构。它包括第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)、第五λ/4微带线(5)、隔离电阻(6)。所述的第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)的特征阻抗均为50Ω，所述的第五λ/4微带线(5)的特征阻抗为35.35Ω，隔离电阻(6)的阻值为100Ω。
第一λ/4微带线(1)即端口1，其与第三λ/4微带线(3)和隔离电阻连接的端口相连，第二λ/4微带线(2)即端口2，其与第四λ/4微带线(4)和隔离电阻连接的端口相连，第三λ/4微带线(3)与第四λ/4微带线(4)和第五λ/4微带线(5)连接的端口相连。所述的第一λ/4微带线(1)和第二λ/4微带线(2)是两个等分的输入端口，所述的第五λ/4微带线(5)即端口3，是公共端口。
本发明能实现高功率容量的威尔金森合成器。
本发明的威尔金森合成器为三端口网络，端口1、端口2、端口3的阻抗都为50Ω。相同的微波功率由端口1、端口2输入，分别经过第一λ/4微带线(1)、第三λ/4微带线(3)与第二λ/4微带线(2)、第四λ/4微带线(4)传输后合成，再经过第五λ/4微带线(5)传输后，由端口3输出合成后的微波功率。
可以采用奇偶模法，证明本发明的威尔金森合成器具备良好的功率合成效果。本发明的威尔金森合成器是对称结构，其对称面见图3。
端口1、端口2输入等幅同相微波时，对称面没有电流经过，对称面等效为开路面，威尔金森合成器可以分成两个图4所示的偶模等效电路。端口3阻抗变为100Ω，第五λ/4微带线(5)的阻抗变为70.7Ω，端口1和端口2的阻抗仍为50Ω。根据传输线阻抗变换公式，端口1的阻抗50Ω经过第一λ/4微带线(1)、第三λ/4微带线(3)后变为Z_1＝50Ω，再经过第五λ/4微带线(5)后变为Z_2＝100Ω，而端口3的阻抗为100Ω，因此端口1到端口3实现了阻抗匹配。由于电路的对称性，端口2到端口3同样也实现了阻抗匹配。
端口1、端口2输入等幅反相微波时，对称面的电位为0，对称面等效为短路面，威尔金森合成器可以分成两个图5所示的奇模等效电路。端口3阻抗变为100Ω，第五λ/4微带线(5)的阻抗变为70.7Ω，端口1和端口2的阻抗仍为50Ω，隔离电阻阻值变为50Ω。因为对称面为短路面，所以第三λ/4微带线(3)与第五λ/4微带线(5)的连接处为短路点，经过第三λ/4微带线(3)后变为Z_1＝+∞，再与隔离电阻并联后变为Z_2＝50Ω，而端口1的阻抗经过第一λ/4微带线(1)后还是50Ω，因此端口1到端口3实现了阻抗匹配。由于电路的对称性，端口2到端口3同样也实现了阻抗匹配。
综上所述，本发明的威尔金森合成器在偶模、奇模条件下都能实现阻抗匹配，具备良好的功率合成效果。
通过仿真对比本发明的威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的性能。端口1、2为输入端口，端口3为合成端口。插入损耗的仿真结果见图6，仿真结果显示本发明的威尔金森合成器和现有的威尔金森合成器的S(3,1)、S(3,2)相同，所以两者的插入损耗相同；输入端口反射系数的仿真结果见图7、图8，仿真结果显示发明的威尔金森合成器比现有的威尔金森合成器的带宽低，本发明的威尔金森合成器输入端-20dB反射相对带宽为31.2％，现有的威尔金森合成器输入端-20dB反射相对带宽为110.2％；输出端口反射系数的仿真结果见图9，仿真结果显示本发明的威尔金森合成器比现有的威尔金森合成器的S(3,3)相同，因此两者的-20dB反射相对带宽都为36.6％；由于合成器的相对带宽同时受限于输入、输出端口，所以若以-20dB作为标准，现有的威尔金森合成器的相对带宽为36.6％，则本发明的威尔金森合成器的相对带宽为31.2％，相差不大。综上所述，本发明威尔金森合成器与现有的威尔金森合成器的性能基本相同。
本发明的威尔金森合成器的公共端口为35.35Ω微带线，根据图1，35.35Ω微带线的宽度为50Ω微带线的5/3倍，因此35.35Ω微带线的功率容量是50Ω微带线的功率容量的5/3倍，因此发明的威尔金森合成器的功率容量为现有的威尔金森合成器的5/3倍。

Claims (1)

1.一种新型高功率威尔金森合成器，其特征在于，该合成器包括第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)、第五λ/4微带线(5)、隔离电阻(6)；第一λ/4微带线(1)、第二λ/4微带线(2)、第三λ/4微带线(3)、第四λ/4微带线(4)的特征阻抗均为50Ω，第五λ/4微带线(5)的特征阻抗为35.35Ω，隔离电阻(6)的阻值为100Ω；
第一λ/4微带线(1)与第三λ/4微带线(3)和隔离电阻(6)连接的端口相连，第二λ/4微带线(2)与第四λ/4微带线(4)和隔离电阻连接的端口相连，第三λ/4微带线(3)与第四λ/4微带线(4)和第五λ/4微带线(5)连接的端口相连；
第一λ/4微带线(1)和第二λ/4微带线(2)是两个等分的输入端口；
第五λ/4微带线(5)是公共端口。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054906A (en) * 1997-04-26 2000-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. RF power divider
CN102013544A (zh) * 2010-06-30 2011-04-13 上海杰盛无线通讯设备有限公司 双频威尔金森功分器
CN102324614A (zh) * 2011-07-20 2012-01-18 成都九洲迪飞科技有限责任公司 大功率微带多路功分器
DE102010046746A1 (de) * 2010-09-28 2012-03-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektrisches Dämpfungsglied
CN103050756A (zh) * 2013-01-17 2013-04-17 北京邮电大学 一种端接任意复数阻抗的威尔金森功率分配器
CN106410356A (zh) * 2016-11-30 2017-02-15 中国科学院微电子研究所 基于马刺线的小型化宽带功分器电路
CN106654496A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 成都雷电微力科技有限公司 一种改进的单节威尔金森功分器
WO2018184425A1 (zh) * 2017-04-07 2018-10-11 深圳市华讯方舟微电子科技有限公司 超宽带威尔金森功分器
KR101967426B1 (ko) * 2018-09-17 2019-05-10 (주)엑소더스커뮤니케이션스 대전력용 Gysel 전력 결합기
CN110474142A (zh) * 2019-09-11 2019-11-19 大连海事大学 一种端接频变复数阻抗的双频威尔金森功分器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6054906A (en) * 1997-04-26 2000-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. RF power divider
CN102013544A (zh) * 2010-06-30 2011-04-13 上海杰盛无线通讯设备有限公司 双频威尔金森功分器
DE102010046746A1 (de) * 2010-09-28 2012-03-29 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektrisches Dämpfungsglied
CN102324614A (zh) * 2011-07-20 2012-01-18 成都九洲迪飞科技有限责任公司 大功率微带多路功分器
CN103050756A (zh) * 2013-01-17 2013-04-17 北京邮电大学 一种端接任意复数阻抗的威尔金森功率分配器
CN106654496A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 成都雷电微力科技有限公司 一种改进的单节威尔金森功分器
CN106410356A (zh) * 2016-11-30 2017-02-15 中国科学院微电子研究所 基于马刺线的小型化宽带功分器电路
WO2018184425A1 (zh) * 2017-04-07 2018-10-11 深圳市华讯方舟微电子科技有限公司 超宽带威尔金森功分器
KR101967426B1 (ko) * 2018-09-17 2019-05-10 (주)엑소더스커뮤니케이션스 대전력용 Gysel 전력 결합기
CN110474142A (zh) * 2019-09-11 2019-11-19 大连海事大学 一种端接频变复数阻抗的双频威尔金森功分器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design of Rectangular Waveguide to Microstrip Power Dividers and Their Application as Compact Rectangular Matching Terminations;Letian Guo et.al;《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》;第第67卷卷(第第12期期);全文 *
一种S频段微带合成器的设计;张国强;项钟;程诗叙;;电讯技术(第07期);全文 *
一种微带线高隔离度功分器的设计;杜明亮;孟明霞;刘昊;李连辉;李鹏程;;微波学报(第S2期);全文 *
傅君眉 等.《高等电磁理论》.西安交通大学出版社,2000,第151页. *

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