CN1290224C - 一种改进型威尔金森等功率功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种改进型威尔金森等功率功分器，其具有如下拓扑结构：设置一条第一传输线段，所述第一传输线段与一合路端口相连，设置至少两条第二传输线段，每一条所述第二传输线段分别与不同分路端口相连，设置一条25%波长传输线段，所述25%波长传输线段的一端与所述第一传输线段相连，另一端与每一条所述第二传输线段相连；所述25%波长传输线段的特征阻抗为所述第二传输线段的特征阻抗除以所述第二传输线段数目的开平方。采用本发明的技术方案，因使用一条低特征阻抗的25%波长传输线段，降低了物理实现时对线宽精度的要求，特征阻抗容易控制，因不使用隔离电阻，所以布局容易、不需考虑其分布参数，也降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及等功率功分器，具体地说，是涉及一种改进型威尔金森等功率功分器的改进。
背景技术
功率分配合路器(简称功分器)，是将某一输入功率按一定的比例分配到各分支电路中，或者反过来用，用于功率合路。如果在每个支路中，所分配的功率相等，就是等功率功分器。等功率功分器有各种实现形式，如各种3dB电桥耦合器、分支线电桥耦合器、环形电桥耦合器、威尔金森功分器。等功率功分器广泛应用于功率放大器模块中，可将多个功率放大器并联起来，以输出更大功率的射频信号。如图1所示给出了将两个功率放大器PA1和PA2并联起来使用的示例。
如图2示出了标准的二路威尔金森等功率功分器，接在合路端口的第一传输线段A的特征阻抗是Z0，接在分路端口的第二传输线段C1和C2的特征阻抗也是Z0，传输线段B1、B2的电长度为25％波长，其特征阻抗为
一隔离电阻R接在传输线段B1、C1的交点和B2、C2的交点处之间，阻值为2Z0，在理想情况下，要求隔离电阻的尺寸极小，即电长度可忽略，并且是射频纯电阻，没有任何分布参数。从合路端口输入的射频信号分成两路幅度相等、相位相等的信号，分别通过25％波长传输线段B1、B2，同时到达隔离电阻R的两端，再分别从分路端口一和分路端口二输出。由于隔离电阻R两端的信号幅度相等、相位相等，所述隔离电阻R上无差模信号，所以不消耗功率，如果不考虑传输线损耗，则每路的输出功率降低3dB。这样就实现了功率分配功能。反之，如果有两路幅度相等、相位相等的两路信号，分别从分路端口一和分路端口二输入，则会从合路端口输出射频信号，如果不考虑传输线损耗，合路端口的输出信号功率将增加3dB，这样就实现了功率合路功能。
但现有技术的该二路成尔金森等功率功分器的缺点是：
1.由于存在两段25％波长传输线段B1、B2，为了提高功率分配合路性能，就要保证这两段传输线之间耦合效应小，所以在实际设计时，要求25％波长传输线段B1、B2之间的距离较大。在低频应用时，由于25％波长较长，占用面积还是太大了。25％波长传输线段B1、B2的阻抗较高，线宽较细，PCB(Painted Circuit Board，印制电路板)工艺特点决定了细线的线宽相对误差更大。例如，在典型的射频单板上，如果特征阻抗Z0为50欧的传输线宽度为1.1mm，则
的传输线宽度仅为0.6mm。由此，对线宽精度要求过高，细线的特征阻抗较难控制，误差较大。
2.在大功率应用时，要求隔离电阻的耗散功率大，因此电阻的体积也较大。这种大功率射频电阻的价格较高，且需要手工安装在屏蔽结构件上，因此生产工艺复杂，且手工生产的产品质量难于控制。
3.如果应用于较高频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，则不能忽略这种大体积电阻的分布参数。
如图3所示为现有技术的三路的威尔金森等功率功分器。电路拓扑和原理与上述基本相同，接在合路端口的第一传输线段A的特征阻抗是Z0，有三段25％波长的传输线段B1、B2、B3，特征阻抗都为Z0，三个隔离电阻R12、R13、R23分别接在三条第二传输线段C1、C2、C3的两两之间。隔离电阻阻值为3Z0。从合路端口传输进来的信号，最后可被分成三路幅度相等、相位相等的信号，分别从分路端口一、二、三输出，具有功率分配功能。不考虑损耗时，三路输出信号功率都比输入信号降低4.77dB。反之，三路幅度相等、相位相等的信号也可从分路端口一、二、三输入，最后合成一路信号，从合路端口输出。不考虑损耗时，合路后的信号功率增加4.77dB。
上述三路的威尔金森等功率功分器也存在二路威尔金森等功率功分器的所有缺点；除此之外，隔离电阻增加到三个，成本更高，而且在实际的PCB上，隔离电阻R13是很难布局到合适位置的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进型威尔金森等功率功分器，克服标准的威尔金森等功率功分器因存在多段25％波长传输线段致使在物理实现时对线宽精度要求过高，特征阻抗较难控制的缺点，以及设置隔离电阻致使在物理实现时不好布局、需考虑其分布参数和成本高的缺点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
本发明采用一种新的威尔金森等功率功分器拓扑结构，仅使用一条25％波长传输线段，不使用隔离电阻，新的拓扑结构如下所述：设置一条所述第一传输线段，所述第一传输线段与合路端口相连，设置至少两条所述第二传输线段，每一条所述第二传输线段分别与不同分路端口相连，设置一条所述25％波长传输线段，所述25％波长传输线段的一端与所述第一传输线段相连，另一端与每一条所述第二传输线段相连；所述25％波长传输线段的特征阻抗为所述第二传输线段的特征阻抗除以所述第二传输线段数目的开平方。
将所述第二传输线段设置为两条，就实现了本发明的二路改进型威尔金森等功率功分器拓扑结构。
将所述第二传输线段设置为三条，就实现了本发明的三路改进型威尔金森等功率功分器拓扑结构。
所述25％波长传输线段可设置为25％波长微波阻抗变换器。
采用本发明的技术方案，因省略了隔离电阻并且仅使用一条低特征阻抗25％波长传输线段，降低了物理实现时对线宽精度的要求，特征阻抗容易控制；因不使用隔离电阻，所以布局容易、不需考虑其分布参数，也降低了成本。
附图说明
图1为现有技术的功率放大器的并联示意图；
图2为现有技术的二路威尔金森等功率功分器的拓扑结构示意图；
图3为现有技术的三路威尔金森等功率功分器的拓扑结构示意图；
图4是本发明的二路改进型威尔金森等功率功分器拓朴结构示意图；
图5是本发明的三路改进型威尔金森等功率功分器拓朴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
如图4所示，为二路改进型威尔金森等功率功分器，仅由四段传输线组成一个拓朴结构，没有隔离电阻。第一传输线段A接合路端口，其特征阻抗为Z0。两条第二传输线段C1、C2各接分路端口一、二，特征阻抗均为Z0；一传输线段B分别与两条第二传输线段C1、C2相交，传输线段B为25％波长传输线段，其另一端接所述第一传输线段A，且25％波长传输线段的特征阻抗为
这样从合路端口输入的信号，通过25％波长传输线段B，再分成幅度相等、相位相等的两路信号，分别经第二传输线段C1、C2到达分路端口一和分路端口二。如果不考虑传输线损耗，则每路的输出功率降低3dB。这就实现了功率分配功能。反之，两路幅度相等、相位相等的两路信号，分别从分路端口一和分路端口二进入，就可以合成为一路信号，从合路端口输出，如果不考虑传输线损耗，合路端口的输出信号功率增加3dB。实现了功率合路功能。传输线段A和B的特征阻抗不同，在整个结构中，传输线段B起到阻抗变换作用，因为从传输线段A、B相接处，向左看，输入阻抗为Z0，而在传输线段B与第二传输线段C1、C2相接处，向右看，输入阻抗为Z0/2。而传输线段B的电长度为25％波长，且特征阻抗为
在微波领域中，这是一个很典型的阻抗变换器。所以，整个电路拓朴结构处于功率分配和合路时，在中心频率点处，三个端口都匹配良好，没有反射。
如图5所示是三路改进型三路威尔金森等功率功分器拓朴结构示意图，原理与上述完全相同。不同的是，25％波长传输线段B特征阻抗为
对于任意改进型的N路威尔金森等功率功分器，结构都是类似的，25％波长传输线段B的特征阻抗是
本发明技术方案在克服标准的威尔金森等功率功分器一系列缺点的同时具有如下优点：
1、由于省略了隔离电阻，成本降低。
2、由于省略了隔离电阻，布局方便，这对于三路以上的威尔金森等功率功分器来说，是很重要的优点。
3、由于省略了隔离电阻，就不存在电阻的分布参数，因此能应用于高频大功率场合。
与现有技术的二路威尔金森等功率功分器相比，由于减少了一段25％波长传输线段，因此，布局面积有所减少。如果与现有技术的三路威尔金森等功率功分器相比，则减少了两段25％波长传输线，布局面积更具有优势。
而且本发明的构成阻抗变换器的25％波长传输线段B，特征阻抗较低，线宽较宽，很容易控制特征阻抗。在典型射频PCB上，如果特征阻抗Z0为50欧的传输线宽度为1.1mm，那么特征阻抗为
的25％波长传输线段B的宽度就可以达到1.9mm，这样在生产工艺上就很容易控制特征阻抗了。
虽然通过参照本发明的优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，都应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1、一种改进型威尔金森等功率功分器，包括第一传输线段、25％波长传输线段、第二传输线段，其特征在于，其具有如下拓扑结构：所述第一传输线段与一合路端口相连，并设置至少两条所述第二传输线段，每一条所述第二传输线段分别与不同的分路端口相连，设置一条所述25％波长传输线段，所述25％波长传输线段的一端与所述第一传输线段相连，另一端与每一条所述第二传输线段相连；所述25％波长传输线段的特征阻抗为所述第二传输线段的特征阻抗除以所述第二传输线段数目的开平方。
2、根据权利要求1所述的改进型威尔金森等功率功分器，其特征在于：设置所述第二传输线段的数目为两条。
3、根据权利要求1所述的改进型威尔金森等功率功分器，其特征在于：设置所述第二传输线段的数目为三条。
4、根据权利要求1至3任一所述的改进型威尔金森等功率功分器，其特征在于：所述25％波长传输线段为25％波长微波阻抗变换器。
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