CN116387789A - 宽带大功率多路分配合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带大功率多路分配合成器，包括带状线、威尔金森微带功分器和多个射频连接器；带状线的输入端I沿某方向或参照物延伸形成若干分支结构，分支结构的末端为带状线的输出端I；输入端I向输出端I方向阶梯状由窄变宽形成多个阻抗变换节，输出端I分别连接一威尔金森微带功分器；威尔金森微带功分器包括输入端II和多个输出端II，输入端II和带状线的输出端I电性连接，输出端II之间有隔离电阻；射频连接器I和输入端I电性连接；射频连接器II和输出端II电性连接；信号从射频连接器I输入带状线，经带状线和威尔金森微带功分器变换后由射频连接器II多路输出。本发明承载功率大、传输损耗小、端口隔离度高。

Description

宽带大功率多路分配合成器
技术领域
本发明涉及功率分配合成器技术，尤其涉及一种宽带大功率多路分配合成器。
背景技术
功率分配器是一种将输入信号能量分成两路或多路输出的器件，也可以反过来将多路信号能量合成为一路输出，此时也称为合成器。这些功分合成器广泛应用于各种大功率测试系统、微波毫米波通信系统及电磁兼容测试等微波设备中。由于目前无法生产千瓦级的功放芯片, 要制造大功率的发射机必须使用多个中小功率固态功率模块来合成。但各固态功率模块之间很难保证各种参量完全一致, 容易造成失配或损坏功放管。而且, 若其中有一个功率模块损坏,并联的其它功率模块都将面临被损坏的威胁, 可靠性差。因此,必须采用具有隔离作用的功率合成技术。
根据电路不同，功分器可分为T型无隔离功分器与有隔离功分器两种。T型无隔离功分器根据结构形式又分微带型、带状线型、同轴线型及波导型等形式，它的优势是功率容量大，损耗极低，能实现等幅同相的信号功率分配与合成。劣势是各端口之间无法达到完全的匹配，输出端口间隔离度较差。隔离功分器各输出端之间有隔离电阻，具有较高的隔离度。威尔金森功分器是一种常见的隔离功分器，其优势是能实现小型化、平面化电路，且能实现等幅度、同相位功率分配与合成，但相对于T型功分器，它的损耗较大，功率容量较小。作为功率合成电路应用时，高损耗将直接导致功率合成效率降低。同时，在大功率通信系统中，受隔离电阻与介质材料等因素影响，其功率容量较低，具有很多局限性。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种由能承受大功率的带状线T形功分器和输出端口间有较好隔离度指标的威尔金森形式功分器组合而成的宽带大功率多路分配合成器，其承载功率大，端口间隔离度高，带宽宽，电气指标优越，可以满足多频段通信系统的应用需求，特别是对于5G频段的应用需求。
技术方案：本发明所述的一种宽带大功率多路分配合成器，包括：
带状线；所述带状线包括输入端I，所述输入端I沿直线I方向延伸形成带状线第一分支；所述带状线第一分支的末端分叉后沿直线I方向延伸形成两个平行的带状线第二分支；所述两个带状线第二分支分别沿直线II正向和反向延伸形成两个带状线第三分支，所述直线II和直线I垂直；所述两个带状线第三分支的末端分别沿直线I的正向和反向延伸形成两个带状线第四分支；所述带状线第四分支的末端为输出端I；所述输入端I向输出端I方向阶梯状由窄变宽形成多个阻抗变换节，所述输出端I分别连接一威尔金森微带功分器；
威尔金森微带功分器；所述威尔金森微带功分器包括输入端II和多个输出端II，所述输入端II和带状线的输出端I电性连接，所述输出端II之间有隔离电阻；
射频连接器I，和输入端I电性连接；
射频连接器II，和输出端II电性连接；
信号从射频连接器I输入带状线，经带状线和威尔金森微带功分器变换后由射频连接器II多路输出。
进一步的，包括线路板，和威尔金森微带功分器对应布置。所述带状线、线路板以及威尔金森微带功分器通过盖板封装，所述带状线位于盖板所围腔体的中部，射频连接器I和射频连接器II设置于腔体的侧壁。
进一步优选的，所述盖板采用金属材料，所述腔体内填充有金属材料，在充实的腔体中开槽，槽内放置带状线、线路板和威尔金森微带功分器，槽内间隙填充有绝缘介质。
进一步的，还包括绝缘子，用于支撑所述带状线于腔体中部。所述绝缘子优选采用聚四氟乙烯材料。
优选的，所述带状线采用黄铜材料。
具体的，所述带状线的阻抗变换节数量以及所述威尔金森微带功分器的级数根据功分器工作带宽确定。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
将能够承载高功率的金属带状线T形功分器和具有良好输出端口隔离度的威尔金森形式功分器组合使用，形成了承载功率大，传输损耗小，端口隔离度高的宽带大功率多路分配合成器。
附图说明
图1为本发明一实施例的宽带大功率八路分配合成器的整体结构示意图；
图2为图1所示宽带大功率八路分配合成器内所用带状线的结构示意图；
图3为图1所示宽带大功率八路分配合成器内所用带状线的截面示意图；
图4为图1所示宽带大功率八路分配合成器的线路板示意图；
图5为本发明一实施例的宽带大功率八路分配合成器的传输损耗计算结果；
图6为本发明一实施例的宽带大功率八路分配合成器的输出端口间隔离度计算结果。
实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明技术方案的优选实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种宽带大功率多路分配合成器，包括腔体1、盖板2、设置于腔体1及盖板2之间的带状线3和威尔金森微带功分器5；以及设置于合成器侧面的多个射频连接器。其中威尔金森微带功分器5的数量和带状线3的输出端口数量相同。
如图2、图4所示，带状线3为T形结构，包括输入端I 301，输入端I 301沿某方向或参照物延伸形成若干分支结构，分支结构的末端为带状线3的输出端。具体的，输入端I 301沿直线I方向延伸形成带状线第一分支302，带状线第一分支302的末端分叉后继续沿直线I方向延伸形成两个带状线第二分支303，该两个带状线第二分支303平行，且中间留有一矩形空隙；两个带状线第二分支303分别沿直线I两侧延伸形成两个带状线第三分支304，其延伸方向垂直于直线I；两个带状线第三分支304的末端分别沿直线I的正向和反向延伸形成两个带状线第四分支305，带状线第四分支305的末端为输出端I 306，共有四个输出端I306，以此构成T形功分器。输入端I 301向输出端I 306方向阶梯状由窄变宽形成多个阻抗变换节，输出端I 306分别连接一威尔金森微带功分器5。每个威尔金森微带功分器5包括一个输入端II 501和多个输出端II 502；输入端II 501分别和各个带状线3的输出端I 302连接，输出端II 502之间有隔离电阻。
进一步的，还包括线路板4，威尔金森微带功分器5和隔离电阻设置在线路板4上，带状线3、线路板4及射频连接器I 7、射频连接器II 8之间通过焊锡焊接。本实施例中，4个威尔金森微带功分器5及相关隔离电阻分别设置在4个相互独立的线路板4上，射频连接器I7用于连接输入信号，射频连接器II 8用于连接输出信号。带状线3的输入端I 301连接射频连接器I 7的内导体，带状线3的4个输出端I 306连接设置在线路板4上的威尔金森微带功分器5的输入端II 501，威尔金森微带功分器5的输出端II 502连接射频连接器II 8的内导体；带状线3的输出端I 306与威尔金森微带功分器5的输入端II 501通过焊接连接在一起。
如图3所示为带状线3在腔体中的截面图。优选的，带状线3通过绝缘子6支撑，处于腔体1的中部。进一步的，腔体1采用合金材料充实，在充实的腔体1中开槽，槽内放置带状线3、线路板4和威尔金森微带功分器5，带状线3通过绝缘子6支撑处于凹槽所围空气腔中。进一步优选的，凹槽内的间隙可以填充绝缘介质。
带状线3由金属材料制成，优选为黄铜H62材质，绝缘子6优选采用聚四氟乙烯材料，盖板2可采用铝合金6061材料，腔体1同样采用铝合金6061材料充实。
为了实现宽带通信应用，T形功分器和威尔金森形式功分器都根据工作带宽的需求以多级阻抗变换方式实现。大功率是指上述功分器的合成端口所能承受的功率，根据所需传输信号的功率等级以及带状线周围填充介质的击穿电压来设置合适的带线及腔体的相关尺寸。
带状线3的阻抗变换节的数量可以根据功分器工作带宽的需要作出调整，可以是一级或者多级，各节的尺寸根据如下阻抗公式计算确定：
Figure SMS_1
式中，H为带线上下腔的高度，T为带线厚度，W为带线的宽度，ε r 表示带状线周围介质的介电常数，Z 带状线表示带状线的阻抗值。
T型功分器及威尔金森微带功分器根据带宽需求可以设置为一级或多级，级数N可由如下公式确定：
Figure SMS_2
式中，BW代表工作带宽，Reflect表示输入端口的回波损耗，Z 0 、Z L 是输入端口、分端口的阻抗。
本实施例中，带状线3的输入端I 301到输出端I 306通过2个阶梯状的阻抗变换节将一路输入变换到四路输出，四路输出分别连接到4个线路板4上。威尔金森微带功分器5设计成3级的两路功分器。
如图5、图6所示，本实施例实现了比较小的传输损耗图5及比较高的隔离度图6指标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依照本发明范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，包括：
带状线（3）；所述带状线（3）包括输入端I（301），所述输入端I（301）沿直线I方向延伸形成带状线第一分支（302）；所述带状线第一分支（302）的末端分叉后沿直线I方向延伸形成两个平行的带状线第二分支（303）；所述两个带状线第二分支（303）分别沿直线II正向和反向延伸形成两个带状线第三分支（304），所述直线II和直线I垂直；所述两个带状线第三分支（304）的末端分别沿直线I的正向和反向延伸形成两个带状线第四分支（305）；所述带状线第四分支（305）的末端为输出端I（306）；所述输入端I（301）向输出端I（306）方向阶梯状由窄变宽形成多个阻抗变换节，所述输出端I（306）分别连接一威尔金森微带功分器（5）；
威尔金森微带功分器（5）；所述威尔金森微带功分器（5）包括输入端II（501）和多个输出端II（502），所述输入端II（501）和带状线（3）的输出端I（306）电性连接，所述输出端II（502）之间有隔离电阻；
射频连接器I（7），和输入端I（301）电性连接；
射频连接器II（8），和输出端II（502）电性连接；
信号从射频连接器I（7）输入带状线（3），经带状线（3）和威尔金森微带功分器（5）变换后由射频连接器II（8）多路输出。
2.根据权利要求1所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，包括线路板（4），和威尔金森微带功分器（5）对应布置。
3.根据权利要求2所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，所述带状线（3）、线路板（4）以及威尔金森微带功分器（5）通过盖板（2）封装，所述带状线（3）位于盖板（2）所围腔体（1）的中部，射频连接器I（7）和射频连接器II（8）设置于腔体（1）的侧壁。
4.根据权利要求3所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，所述盖板（2）采用金属材料。
5.根据权利要求3所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，所述腔体（1）内填充有金属材料，在充实的腔体（1）中开槽，槽内放置带状线（3）、线路板（4）和威尔金森微带功分器（5），槽内间隙填充有绝缘介质。
6.根据权利要求5所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，还包括绝缘子（6），用于支撑所述带状线（3）。
7.根据权利要求6所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，所述绝缘子（6）采用聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求1所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于，所述带状线（3）采用黄铜材料。
9.根据权利要求1所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于：所述带状线（3）的阻抗变换节数量根据功分器工作带宽确定。
10.根据权利要求1所述的宽带大功率多路分配合成器，其特征在于：所述威尔金森微带功分器（5）的级数根据功分器工作带宽确定。
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