CN117791075A - 一种宽带反相功分器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带反相功分器结构，属于宽带功分器技术领域，包括一个信号合成端口、两个平衡差分信号功分端口、巴伦和隔离网络，隔离网络在巴伦与平衡差分信号功分端口之间，信号合成端口为巴伦的不平衡信号输入端口；两个平衡差分信号功分端口为巴伦的输出端口。当隔离网络部分仅使用反接变压器时，可以扩展原巴伦的工作带宽；当增加隔离电容时，可以改善扩展带宽后的巴伦在低频下的损耗；当增加隔离电阻时，可以实现巴伦两差分输出端之间的隔离，当增加并联的隔离电阻和隔离电容时，可以进一步提高隔离度。本发明结构简单紧凑，可用于需要使用宽带功分器或功率合成器的系统。
Description
技术领域
本发明属于宽带功分器技术领域，尤其是涉及一种单端转差分的宽带反相功分器结构。
背景技术
功分器(即功率分配器)是无线通信系统中重要的射频无源器件，差分信号由于其良好的抗噪声和干扰的特性被广泛应用，而这种差分信号通常通过巴伦结构产生，它可以将一个单端不平衡信号转换成两个差分平衡信号。
以传统的Wilkinson功分器为例，其一般采用四分之一波长的传输线作为阻抗转换器，因此频宽有限，应用较为局限，同时没有阻抗变换以及产生差分信号的特性。如图1所示，该宽带混合功分器由两个两级线圈L匝数相同的变压器构成，隔离电阻R接在两线圈的异名端和地之间，用于调节放大器输入端失配特性，Z0为阻抗，但是该电路输出端口之间的隔离度较差。
如图2所示，一个具有阻抗变换和高输出隔离的巴伦结构，该结构通过四分之一波长传输线、四分之三波长传输线和半波长传输线构成，具有1：6的阻抗变换，其中ZA、ZB、ZC、ZL均为不同位置的阻抗，具体来说ZA、ZB、ZC是三条传输线的特性阻抗，ZL是输出阻抗，是整体电路从输出端看进去的电阻，这四处均没有真实的电阻。上述结构的结构繁琐、占用面积大。
申请号为“CN114824720A”的专利文献中，提出了一种嵌入阻抗变换功能的紧凑型变压器威尔金森巴伦，在两个并联变压器之间引入RLC网络，使得威尔金森巴伦能够实现在完成功率合成或分配的同时，将两个差分复数阻抗与单端50Ω阻抗匹配在一起，并且两个差分端口之间相互隔离。但上述结构同样具有结构复杂繁琐、占用面积大、隔离度较差的问题。
综上所述，提出了一种宽带反相功分器结构，能够简化电路，表现出宽带特性，使整体电路具有更好的性能是十分必要的。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种采用简单结构实现电路多种功率分配需求，输出的信号相位与输入信号相反，减小整体电路占用空间的宽带反相功分器结构。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种宽带反相功分器结构，包括一个信号合成端口、两个平衡差分信号功分端口、巴伦和隔离网络，所述隔离网络在巴伦与平衡差分信号功分端口之间，所述信号合成端口为巴伦的不平衡信号输入端口；所述两个平衡差分信号功分端口为巴伦的输出端口，所述两个平衡差分信号功分端口分别为第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口，所述隔离网络包括反接变压器。
进一步地，所述隔离网络还包括隔离电阻，两个所述隔离电阻一端分别连接第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口，两个所述隔离电阻另一端分别连接反接变压器的初级线圈和次级线圈的一端，所述初级线圈和次级线圈的另一端接地。
进一步地，所述隔离网络还包括隔离电阻，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别串联一个隔离电阻然后接地，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端分别与第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接。
进一步地，当宽带功分器为二功分器时，所述第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口分别为不平衡信号输入端口阻抗的一半；所述反接变压器的初级线圈与次级线圈的阻抗比为1：1，理想情况下每个所述隔离电阻的阻抗和输出端口阻抗相等；反接变压器非理想的情况下，可以不相等以改善电路的隔离深度。
进一步地，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，可以扩展原巴伦的工作带宽，该反接变压器的两级线圈电感值相等，第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口分别为不平衡信号输入端口阻抗的一半。
进一步地，所述隔离网络还包括隔离电容，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的非接地异名端和两个平衡差分信号输出端口之间分别接入隔离电容。这是由于在集成电路中，电感的尺寸无法做到太大，导致反接变压器的电感值比较小，同时也有耦合系数的限制，因此在低频情况下，反接变压器由于励磁电感较小导致不能有效传输信号，使用电容串联的方式可以改善扩展带宽后的巴伦在低频下的损耗。
进一步地，所述隔离网络还包括隔离电阻和隔离电容，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，所述隔离电阻和隔离电容并联连接后接入反接变压器的初级线圈和次级线圈的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间，该方式可以实现更深的隔离程度。这是因为在集成电路中，电感的尺寸无法做到太大，导致反接变压器的电感值比较小，同时也有耦合系数的限制，使得两个平衡差分信号输出端口之间无法完全隔离，通过并联隔离电容则可以提高端口输出信号的隔离能力。
进一步地，所述隔离网络还包括隔离电阻，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地；所述隔离电阻在反接变压器的初级线圈和次级线圈的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间接入。其中，当巴伦是不等分巴伦结构，当第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口之间的功率分配比例为N:1时，第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口的阻抗比为N：1，相应的隔离网络中的反接变压器的初级线圈与次级线圈的阻抗比为:1，初级线圈侧隔离电阻和次级线圈侧隔离电阻的阻抗比为N:1。
进一步地，当第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口之间的功率分配比例为N:1、巴伦采用不等分巴伦结构时，该不等分巴伦结构的第一线圈和第二线圈紧密地耦合在一起，第三线圈和第四线圈紧密地耦合在一起，第一线圈和第三线圈没有耦合关系，第一线圈和第四线圈没有耦合关系，第二线圈和第三线圈没有耦合关系，第二线圈和第四线圈没有耦合关系，第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈的阻抗比为N:N:1:1，从而在信号合成端实现了N:1的分压接法，不平衡信号输入端口、第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口的阻抗比为（N+1）:N:1，从而使得输入和输出端口都达到匹配，相应的隔离网络中的反接变压器的初级线圈与次级线圈的阻抗比为:1，初级线圈侧隔离电阻和次级线圈侧隔离电阻的阻抗比为N:1，该电路实现了宽带反相不等分功分器。
本发明中，将多个二功分器进行多级功分器级联，可以得到1分4和1分8的宽带功分器。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明采用简单结构实现电路的多种功率分配需求，并且输出的信号相位与输入信号相反，结构简单紧凑，减小了整体电路的占用空间，同时因为电阻减小，更适用于低阻的电路系统。
本发明和其他电路功能相同的电路相比，没有中心频率的限制，具有更好的宽带特性。
本发明隔离电阻的不同接入方式使得电路具有更好的输出端口之间的隔离，具有更深的隔离度。
可见，本发明没有谐振频率等的限制，具有宽带特性，同时输出阻抗下降，后续其它电路模块可以工作在低阻的工作状态下，从而使这些电路模块可以在低功耗的情况下，得到更好的非线性特性。
此外，本发明的巴伦为不等分巴伦时，可以通过改变隔离电阻比例以及反接变压器两级线圈比例，实现反相不等分功分器，可用于需要使用宽带功分器或功率合成器的系统。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为宽带混合功分器的现有结构示意图。
图2为具有高隔离的巴伦的现有结构示意图。
图3为本发明的基本结构示意图。
图4为本发明具有反接变压器和隔离电阻的隔离网络结构原理示意图一。
图5为本发明具有反接变压器和隔离电阻的隔离网络结构原理示意图二。
图6为本发明仅具有反接变压器的隔离网络结构原理示意图。
图7为本发明具有反接变压器和隔离电容的隔离网络结构原理示意图。
图8为本发明具有反接变压器、隔离电容和隔离电阻的隔离网络结构原理示意图。
图9为本发明不等分巴伦的结构原理示意图。
图10为图9的具体电路图。
图中：
1、不平衡信号输入端口；2、第一平衡差分信号输出端口；3、第二平衡差分信号输出端口；4、隔离网络；5、巴伦；6、第一线圈；7、第二线圈；8、第三线圈；9、第四线圈；41、反接变压器；42、隔离电阻；43、隔离电容；44、次级线圈侧隔离电阻；45、初级线圈侧隔离电阻；411、初级线圈；412、次级线圈。
具体实施方式
如图3所示，本发明一种宽带反相功分器结构，包括一个信号合成端口、两个相互隔离的平衡差分信号功分端口、巴伦5和隔离网络4，隔离网络4在巴伦5与平衡差分信号功分端口之间。
信号合成端口为巴伦5的不平衡信号输入端口1；两个平衡差分信号功分端口（第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3）为巴伦5的输出端口；巴伦5适用于所有类型的巴伦，例如耦合变压器巴伦、Marchand巴伦、传输线变压器巴伦。
如图4所示，隔离网络4由反接变压器41和隔离电阻42构成，两个隔离电阻42一端分别连接第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3，两个隔离电阻42另一端分别连接反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一端，初级线圈411和次级线圈412的另一端接地。
其中，当本实施例的宽带功分器为二功分器，包括一个不平衡信号输入端口1、第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3，第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3分别为不平衡信号输入端口1阻抗的一半；反接变压器41初级线圈411与次级线圈412的阻抗比为1：1，理想情况下每个隔离电阻42的阻抗和输出端口阻抗相等；反接变压器41非理想的情况下，可以不相等以改善电路的隔离深度。
如图5所示，隔离网络4由反接变压器41和隔离电阻42构成，反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一对异名端分别串联一个隔离电阻42然后接地，该反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的另一对异名端分别与第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3相接。
其中，当本实施例的宽带功分器为二功分器，包括一个不平衡信号输入端口1和两个平衡差分信号输出端口，第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3分别为不平衡信号输入端口1阻抗的一半；反接变压器41初级线圈411与次级线圈412的阻抗比为1：1，理想情况下每个隔离电阻42的阻抗和输出端口阻抗相等，反接变压器41非理想的情况下，可以不相等以改善电路的隔离深度。
如图6所示，当隔离网络4部分仅使用反接变压器41时，反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3相接，该反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的另一对异名端接地，可以扩展原巴伦的工作带宽。该反接变压器41的两级线圈电感值相等，第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3分别为不平衡信号输入端口1阻抗的一半。
如图7所示，隔离网络4由反接变压器41和隔离电容43构成，在反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3相接，该反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的另一对异名端接地，同时，在反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间接入隔离电容43。这是由于在集成电路中，电感的尺寸无法做到太大，导致反接变压器41的电感值比较小，同时也有耦合系数的限制，因此在低频情况下，反接变压器41由于励磁电感较小导致不能有效传输信号，使用电容串联的方式可以改善扩展带宽后的巴伦5在低频下的损耗。
如图8所示，隔离网络4由反接变压器41、隔离电阻42和隔离电容43构成，反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3相接，该反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的另一对异名端接地，隔离电阻42和隔离电容43并联连接后接入反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间，该方式可以实现更深的隔离程度。这是因为在集成电路中，电感的尺寸无法做到太大，导致反接变压器41的电感值比较小，同时也有耦合系数的限制，使得两个平衡差分信号输出端口之间无法完全隔离，通过并联隔离电容43则可以提高端口输出信号的隔离能力。
如图9所示，隔离网络4由反接变压器41和隔离电阻42构成，反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3相接，该反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的另一对异名端接地；隔离电阻42在反接变压器41的初级线圈411和次级线圈412的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间接入。
其中，当巴伦5结构是不等分巴伦结构（此处不等分巴伦结构是指具有将单端信号转成两路相位相反的功率不相等的信号的电路结构），当两输出端口之间的功率分配比例为N:1时，第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3的阻抗比为N：1，相应的隔离网络4中的反接变压器41的初级线圈411与次级线圈412的阻抗比为:1，初级线圈侧隔离电阻45和次级线圈侧隔离电阻44的阻抗比为N:1。
具体地，如图10所示，当第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3之间的功率分配比例为N:1、巴伦5采用不等分巴伦结构时，该不等分巴伦结构的第一线圈6和第二线圈7紧密地耦合在一起，第三线圈8和第四线圈9紧密地耦合在一起，第一线圈6和第三线圈8没有耦合关系，第一线圈6和第四线圈9没有耦合关系，第二线圈7和第三线圈8没有耦合关系，第二线圈7和第四线圈9没有耦合关系，第一线圈6、第二线圈7、第三线圈8、第四线圈9的阻抗比为N:N:1:1，从而在信号合成端实现了N:1的分压接法，不平衡信号输入端口1、第一平衡差分信号输出端口2和第二平衡差分信号输出端口3的阻抗比为（N+1）:N:1，从而使得输入和输出端口都达到匹配，相应的隔离网络4中的反接变压器41的初级线圈411与次级线圈412的阻抗比为:1，初级线圈侧隔离电阻45和次级线圈侧隔离电阻44的阻抗比为N:1，该电路实现了宽带反相不等分功分器。
本发明中，将多个二功分器进行多级功分器级联，可以得到1分4和1分8的宽带功分器。
此外，本发明的电路结构都是从信号合成端输入，由平衡差分信号功分端口输出的功分器，将输入和输出调换，可以实现由差分功分信号输入，由信号合成端输出的功率合成器。
本发明电路结构中的输入和输出端口适用于50欧姆的常用电阻性端口阻抗，同样适用于其它端口阻抗。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种宽带反相功分器结构，其特征在于：包括一个信号合成端口、两个平衡差分信号功分端口、巴伦和隔离网络，所述隔离网络在巴伦与平衡差分信号功分端口之间，所述信号合成端口为巴伦的不平衡信号输入端口；所述两个平衡差分信号功分端口为巴伦的输出端口，所述两个平衡差分信号功分端口分别为第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口，所述隔离网络包括反接变压器。
2.根据权利要求1所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述隔离网络还包括隔离电阻，两个所述隔离电阻一端分别连接第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口，两个所述隔离电阻另一端分别连接反接变压器的初级线圈和次级线圈的一端，所述初级线圈和次级线圈的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述隔离网络还包括隔离电阻，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别串联一个隔离电阻然后接地，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端分别与第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接。
4.根据权利要求2或3所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：当宽带功分器为二功分器时，所述第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口分别为不平衡信号输入端口阻抗的一半；所述反接变压器的初级线圈与次级线圈的阻抗比为1：1。
5.根据权利要求1所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，该反接变压器的两级线圈电感值相等，第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口分别为不平衡信号输入端口阻抗的一半。
6.根据权利要求1所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述隔离网络还包括隔离电容，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的非接地异名端和两个平衡差分信号输出端口之间分别接入隔离电容。
7.根据权利要求1所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述隔离网络还包括隔离电阻和隔离电容，所述反接变压器的初级线圈和次级线圈的一对异名端分别和第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口相接，该反接变压器的初级线圈和次级线圈的另一对异名端接地，所述隔离电阻和隔离电容并联连接后接入反接变压器的初级线圈和次级线圈的非接地异名端和平衡差分信号输出端口之间。
8.根据权利要求2所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：巴伦是不等分巴伦结构，当第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口之间的功率分配比例为N:1时，第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口的阻抗比为N：1，相应的隔离网络中的反接变压器的初级线圈与次级线圈的阻抗比为:1，初级线圈侧隔离电阻和次级线圈侧隔离电阻的阻抗比为N:1。
9.根据权利要求8所述的宽带反相功分器结构，其特征在于：所述不等分巴伦结构的第一线圈和第二线圈耦合在一起，第三线圈和第四线圈耦合在一起，第一线圈和第三线圈没有耦合关系，第一线圈和第四线圈没有耦合关系，第二线圈和第三线圈没有耦合关系，第二线圈和第四线圈没有耦合关系，第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈的阻抗比为N:N:1:1，在信号合成端实现了N:1的分压接法，不平衡信号输入端口、第一平衡差分信号输出端口和第二平衡差分信号输出端口的阻抗比为（N+1）:N:1。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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