CN116315561B - 一分三功分器及天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一分三功分器及天线系统，该一分三功分器包括：第一功分器、第二功分器和阻抗匹配线；其中，第一和第二功分器均包括：混合环、第一匹配电阻、第二匹配电阻；混合环包括依次首尾连接的第一圆弧阻抗匹配线至第六圆弧阻抗匹配线；功分器的输入端口设置于第一与第六圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第一输出端口设置于第一与第二圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第二输出端口设置于第五与第六圆弧阻抗匹配线连接处；功分器的第一匹配电阻接于第二与第三圆弧阻抗匹配线连接处；功分器的第二匹配电阻接于第四与第五圆弧阻抗匹配线连接处；第一功分器的功分比为1：2和第二功分器的功分比为1：1。本发明能够提高功分器结构稳定性和适配度。
Description
技术领域
本发明涉及无线天线技术领域，尤其涉及一种一分三功分器及天线系统。
背景技术
在无线通信领域中，往往使用功率分配器将信号功率按一定的比例分成两路或者多路信号，进而实现多路信号的同时输出同时保证多路信号的幅值特性和相角特性。但实现无线信号功率一分多时，存在输出端口隔离度低的问题，从而影响通信质量。现有技术中提供一种由多个功分比不同的功分器级联构成一分多功分器，该功分器主要基于多条阻抗匹配线和特性阻抗组成。
在实现本申请实施例过程中发现现有技术至少存在如下问题：现有一分多功分器结构稳定性差适配度低。
发明内容
本发明实施例提供了一种一分三功分器及天线系统，以解决无线通信系统中缺乏结构稳定适配度高的功分器的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种一分三功分器，包括：第一功分器、第二功分器和阻抗匹配线；
其中，所述第一功分器和第二功分器均包括：混合环、第一匹配电阻、第二匹配电阻、输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述混合环包括依次首尾连接的第一圆弧阻抗匹配线至第六圆弧阻抗匹配线；所述阻抗匹配线包括第一阻抗匹配线至第五阻抗匹配线；
第一阻抗匹配线接于所述第一功分器输入端口；第二阻抗匹配线接于第一功分器第一输出端口；第三阻抗匹配线接于第一功分器第二输出端口和第二功分器输入端口之间；第四阻抗匹配线接于第二功分器第一输出端口；第五阻抗匹配线接于第二功分器第二输出端口；
功分器的输入端口设置于第一与第六圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第一输出端口设置于第一与第二圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第二输出端口设置于第五与第六圆弧阻抗匹配线连接处；
功分器的第一匹配电阻接于第二与第三圆弧阻抗匹配线连接处；功分器的第二匹配电阻接于第四与第五圆弧阻抗匹配线连接处；第一功分器的功分比为1：2和第二功分器的功分比为1：1。
在一种可能的实现方式中，所述第一功分器的混合环直径大于所述第二功分器的混合环直径。
在一种可能的实现方式中，所述第一功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：0.64mm、2.1mm、2mm、2mm、1mm和1.3mm；长度分别为：7.62mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm和7.64mm。
在一种可能的实现方式中，所述第二功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：1mm、1.8mm、2.3mm、2.3mm、1.8mm和1mm；长度分别为：6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm和6.8mm。
在一种可能的实现方式中，所述第三阻抗匹配线的宽度小于其余阻抗匹配线的宽度。
在一种可能的实现方式中，第一至第五阻抗匹配线的宽度分别为：1.7mm、1.7mm、1mm、1.7mm和1.7mm。
在一种可能的实现方式中，所述第一功分器和所述第二功分器的第一匹配电阻和第二匹配电阻均为50欧姆。
第二方面，本发明实施例提供了一种天线系统，包括：接收机、发射机以及天线阵列，所述发射机包括如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述一分三功分器；其中，所述一分三功分器中第一功分器的第一输出端口、第二功分器的第一输出端口和第二输出端口分别对应连接天线阵列中的一个天线单元。
在一种可能的实现方式中，与所述一分三功分器连接的天线单元方向不同。
在一种可能的实现方式中，与所述一分三功分器连接的天线单元组合成圆柱形天线阵列。
本发明实施例提供一种一分三功分器及天线系统，通过不同功分比为1：2及1：1的第一功分器和第二功分器级联的方式组成一分三功分器，实现一路信号的功率等分输出，且保证各路输出信号之间信号隔离度，进而保证信号传输质量。另外，第一功分器和第二功分器主体由混合环结构组成，保证一分三功分器在一定程度上弯曲不易破坏其整体环形结构的稳定性，还能增加一分三功分器使用场景，例如用于微型天线或圆柱形天线等，一分三功分器按照一定角度弯曲适应天线弧形设计不易破坏一分三功分器整体结构的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一分三功分器的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一分三功分器的结构示意图；
图3是本发明图2所示一分三功分器的相位曲线测试结果；
图4是本发明图2所示一分三功分器的插损曲线测试结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。本发明实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1为本发明一实施例提供的一种一分三功分器的结构示意图。参照图1，该一分三功分器及天线系统包括：第一功分器、第二功分器和阻抗匹配线。
其中，第一功分器和第二功分器均包括：混合环、第一匹配电阻R1、第二匹配电阻R2、输入端口、第一输出端口和第二输出端口；混合环包括依次首尾连接的第一圆弧阻抗匹配线至第六圆弧阻抗匹配线（即图1中Y1~Y6）；阻抗匹配线包括第一阻抗匹配线至第五阻抗匹配线（即图1中X1~X5）。
第一阻抗匹配线X1接于第一功分器输入端口；第二阻抗匹配线X2接于第一功分器第一输出端口；第三阻抗匹配线X3接于第一功分器第二输出端口和第二功分器输入端口之间；第四阻抗匹配线X4接于第二功分器第一输出端口；第五阻抗匹配线X5接于第二功分器第二输出端口；
功分器的输入端口设置于第一与第六圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第一输出端口设置于第一与第二圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第二输出端口设置于第五与第六圆弧阻抗匹配线连接处；
功分器的第一匹配电阻R1接于第二与第三圆弧阻抗匹配线连接处；功分器的第二匹配电阻R2接于第四与第五圆弧阻抗匹配线连接处；第一功分器的功分比为1：2和第二功分器的功分比为1：1。
在本实施例中，通过不同功分比为1：2及1：1的第一功分器和第二功分器级联的方式组成一分三功分器，实现一路信号的功率等分输出，且保证各路输出信号之间信号隔离度，进而保证信号传输质量。另外，第一功分器和第二功分器主体由混合环结构组成，保证一分三功分器在一定程度上弯曲不易破坏其整体环形结构的稳定性，还能增加一分三功分器使用场景，例如用于微型天线或圆柱形天线等，一分三功分器按照一定角度弯曲适应天线弧形设计不易破坏一分三功分器整体结构的稳定性。
在一种可能的实现方式中，第一功分器的第六圆弧阻抗匹配线比第一圆弧阻抗匹配线宽，保证第六圆弧阻抗匹配线侧功率大于第一圆弧阻抗侧，实现功分比2：1。而第二功分器的第六圆弧阻抗匹配线与第一圆弧阻抗匹配线同宽，保证第六圆弧阻抗匹配线侧功率与第一圆弧阻抗侧等分，实现功分比1：1，并实现与第一功分器第一圆弧阻抗匹配线侧功率相同，实现最终一分三功分器三路信号功率相同。
在一种可能的实现方式中，第一功分器的混合环直径大于第二功分器的混合环直径。
其中，根据实验数据发现，第一功分器中第一至第六圆弧阻抗匹配线的长度大于第二功分器中第一至第六圆弧阻抗匹配线，相应的，第一功分器的混合环直径大于第二功分器的混合环直径，能够改善一分三功分器各路输出信号之间的相角特性。
在本申请实施例中，一分三功分器主要用于5GHz~6GHz信号频段的信号处理传输场景，并重点通过5.4GHz~5.8GHz信号频段的信号对一分三功分器的信号处理性能进行测试验证。根据实验数据发现，第一功分器中第二圆弧阻抗匹配线至第五圆弧阻抗匹配线的长度大致相等，相应的，第二功分器中第二圆弧阻抗匹配线至第五圆弧阻抗匹配线的长度大致相等，能够改善一分三功分器各路输出信号之间的相角特性。
在一种可能的实现方式中，第一功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：0.64mm、2.1mm、2mm、2mm、1mm和1.3mm；长度分别为：7.62mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm和7.64mm。
在一种可能的实现方式中，第二功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：1mm、1.8mm、2.3mm、2.3mm、1.8mm和1mm；长度分别为：6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm和6.8mm。
在具体实施例中，进一步根据上述实施例中圆弧阻抗匹配线参数进行仿真得出，第一功分器和第二功分器中第二圆弧阻抗匹配线至第五圆弧阻抗匹配线的长度大致为传输信号波长的四分之一，即第一功分器和第二功分器中第一匹配电阻和第二匹配电阻之间的距离（或圆弧阻抗匹配线长度）大致等于传输信号波长的二分之一，第一匹配电阻和第二匹配电阻与各自邻近阻抗匹配线之间的距离（或圆弧阻抗匹配线长度）大致等于传输信号波长的四分之一。基于以上圆弧阻抗匹配线与信号波长的对应关系，能够改善一分三功分器各路输出信号之间的相角特性和插损特性。
在一种可能的实现方式中，第三阻抗匹配线X3的宽度小于其余阻抗匹配线的宽度。
在一种可能的实现方式中，第一至第五阻抗匹配线的宽度分别为：1.7mm、1.7mm、1mm、1.7mm和1.7mm。
图2为本发明另一实施例提供的一种一分三功分器的结构示意图。其中，具体示出了第一功分器与第二功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度和长度，以及，第一至第五阻抗匹配线的宽度。
图3和图4是对图2所示一分三功分器进行实验测试得出的相位曲线测试结果及插损曲线测试结果。其中，通过5.4GHz~5.8GHz信号频段的信号对一分三功分器的信号处理性能进行测试验证。
其中，图3和图4中仅能够看出两条曲线，一条为第一功分器的第一输出端口的曲线。另一条为第二功分器的第一输出端口和第二输出端口重合的测试曲线。根据图3可以看出三个端口相位近乎一致，根据图4可以看出三个端口信号幅值基本一致。
在一种可能的实现方式中，第一功分器和第二功分器的第一匹配电阻R1和第二匹配电阻R2均为50欧姆。
本发明实施例还提供了一种天线系统，包括：接收机、发射机以及天线阵列，发射机包括如上任一种可能的实现方式中一分三功分器；其中，一分三功分器中第一功分器的第一输出端口、第二功分器的第一输出端口和第二输出端口分别对应连接天线阵列中的一个天线单元。
在一种可能的实现方式中，与一分三功分器连接的天线单元方向不同，具体的，与一分三功分器连接的天线单元方向各自覆盖空间角度为120度，三个天线单元实现360度信号覆盖，从而保证天线系统无死角发射信号，提高通信效率。
在一种可能的实现方式中，与一分三功分器连接的天线单元组合成圆柱形天线阵列。
圆柱形阵天线相对于常规的平面阵天线具有空间全方位扫描、搜索跟踪方式灵活和波束方向性好等优点，结合圆柱形阵天线的结构特点及一分三功分器的特点，提高天线系统的信号隔离度和通信质量。
以上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精神和范围。
Claims (6)
1.一种一分三功分器，其特征在于，包括：第一功分器、第二功分器和阻抗匹配线；
其中，所述第一功分器和第二功分器均包括：混合环、第一匹配电阻、第二匹配电阻、输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述混合环包括依次首尾连接的第一圆弧阻抗匹配线至第六圆弧阻抗匹配线；所述阻抗匹配线包括第一阻抗匹配线至第五阻抗匹配线；其中，所述第三阻抗匹配线的宽度小于其余阻抗匹配线的宽度；
第一阻抗匹配线接于所述第一功分器输入端口；第二阻抗匹配线接于第一功分器第一输出端口；第三阻抗匹配线接于第一功分器第二输出端口和第二功分器输入端口之间；第四阻抗匹配线接于第二功分器第一输出端口；第五阻抗匹配线接于第二功分器第二输出端口；
功分器的输入端口设置于第一与第六圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第一输出端口设置于第一与第二圆弧阻抗匹配线连接处；功分器第二输出端口设置于第五与第六圆弧阻抗匹配线连接处；
功分器的第一匹配电阻接于第二与第三圆弧阻抗匹配线连接处；功分器的第二匹配电阻接于第四与第五圆弧阻抗匹配线连接处；第一功分器的功分比为1：2和第二功分器的功分比为1：1；
其中，所述第一功分器的混合环直径大于所述第二功分器的混合环直径；
所述第一功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：0.64mm、2.1mm、2mm、2mm、1mm和1.3mm；长度分别为：7.62mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm、7.64mm和7.64mm；
所述第二功分器的第一至第六圆弧阻抗匹配线的宽度分别为：1mm、1.8mm、2.3mm、2.3mm、1.8mm和1mm；长度分别为：6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm、6.8mm和6.8mm。
2.根据权利要求1所述的一分三功分器，其特征在于，第一至第五阻抗匹配线的宽度分别为：1.7mm、1.7mm、1mm、1.7mm和1.7mm。
3.根据权利要求1所述的一分三功分器，其特征在于，所述第一功分器和所述第二功分器的第一匹配电阻和第二匹配电阻均为50欧姆。
4.一种天线系统，包括：接收机、发射机以及天线阵列，其特征在于，所述发射机包括权利要求1至3任一项所述一分三功分器；其中，所述一分三功分器中第一功分器的第一输出端口、第二功分器的第一输出端口和第二输出端口分别对应连接天线阵列中的一个天线单元。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其特征在于，与所述一分三功分器连接的天线单元方向不同。
6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，与所述一分三功分器连接的天线单元组合成圆柱形天线阵列。
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