CN204809372U - 三等分Gysel型功分器/合路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种三等分Gysel型功分器/合路器，既可作为功分器实现功率分配，也可或作为合路器实现功率合成。其包括三个分路端口、六个外接负载端口、三条第一分支传输线、六条第二分支传输线和六条第三分支传输线。三条第一分支传输线一端连接于位于中心的公共端口，另一端分别连接于三个分路端口，六条第二分支传输线一端分别连接于六个外接负载端口，且每条第二分支传输线的另一端与相邻串联的第三分支传输线共端连接于同一个分路端口；两条第三分支传输线一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口；所有分支传输线相连构成三等分的三个相邻六边形分布的网络结构。本实用新型克服了现有技术难以在一个平面内实现的问题。

Description

三等分Gysel型功分器/合路器

技术领域

本实用新型涉及属于微波技术及无线通信技术领域一种三等分Gysel型功分器/合路器。

背景技术

在无线通信系统中,功率分配器(简称功分器)有着非常广泛的应用,例如它是相控阵雷达天线中的一个重要组件。功分器最常用的方法是采用树状不平分度小结构,先把输人信号分成两路,然后在功率输出较大的一路用一个三等分功分器,从雷达频串合成器接一个二等分功分器。如要分成平面混合功分器为3路,无耗均匀路,则必须光分成4路,其中一路用匹配传输线为2节,隔离电导也为2节。各节负载吸收。这种方法不但白白消费了一路传输线间耦合。功率分器/合成器是集中式固态发射系统的重要组成部分,在半导体器件的功率合成中得到了广泛应用。一般采用功率分配器将前级功率放大器的功率输出分配成多路,分别驱动各末级放大器,然后再将各末级放大器的输出功率合成,得到所需要的输出功率。功率分配/合成器有多种实现形式,如耦合器形式，包括分支线,微带混合环,平行线,兰格线等多种耦合方式,威尔金森形式等,从实现方法上则可分为波导型,同轴线型,带状线型及微带线型等。在微波通信、雷达系统的功率分配以及合成网络等大功率应用场合中，Gysel型功分器被广泛使用。Gysel型功率分配/合成器由于其终端负载可以通过一段任意长度,且特性阻抗与负载阻抗相同的传输线引到电路上的任意位置(一般将阻抗设计为50iq),微带线长度对电路特性不构成影响,因而可以采用大功率负载,负载根据需要可以外在电路上,安装灵活,散热方便,为大功率应用带来方便。连续波情况下采用带状线或微带线来实现时,其耐功率水平主要受限于传输线的击穿电压以及传输线的热耗散能力,其中热耗散能力是决定性因素。Gysel型功分器具备的优势有：(1)其负载电阻可接出模块并接地，散热能力高，(2)监测输出端口功率失配度的能力。在工作频率下，传统Gysel型功分器能将输入端口的功率等分到输出端口，实现各个端口良好的匹配以及各个输出端口间的相互隔离。但是，传统Gysel型功分器结构的特殊性，相对于其他功分器，Gysel功分器由更多传输线组合而成，因而在结构布局上难以在一个平面实现奇数等分结构并保持各端口都完好匹配。

实用新型内容

为了解决传统三等分功分器输出支路跨接隔离电阻实现困难的问题，本实用新型针对现有技术的三等分Gysel型功分器/合路器难以在一个平面内实现的缺陷，提供一种电路结构简单，网络结构对称性好，工作频带宽、输入输出驻波比小、隔离度高、功率容量大、可在一个平面内实现微波电路信号的大功率三路等分或三路合成的结构。

为达到以上目的，本实用新型提出的一种三等分Gysel型功分器/合路器，包括三个分路端口2、六个外接负载端口3、三条第一分支传输线4、六条第二分支传输线5和六条第三分支传输线6，其特征在于：三条第一分支传输线4一端连接于位于中心的公共端口1，另一端分别连接于三个分路端口2，六条第二分支传输线5一端分别连接于六个外接负载端口3，且每条第二分支传输线5的另一端与相邻串联的第三分支传输线6同端连接于同一个分路端口2；两条第三分支传输线6一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口3；从而形成所有分支传输线相连构成三等分的三个相邻六边形分布网络结构。

上述方案中，功分器的一个公共端口1、三个分路端口2和六个外接负载端口3的阻抗均为。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果。

本实用新型所有分支传输线相连形成的三等分的三个相邻六边形分布的网络结构，公共端口位于中心相邻六边形中心连接处，这种网络结构使得三等分功分器布局理想对称，克服了传统三等分Gysel型功分器难以在一个平面内实现的问题，可实现微波电路信号的大功率三路等分或三路合成。

本实用新型采用三条第一分支传输线4一端连接于公共端口1，另一端分别连接于三个分路端口2，六条第二分支传输线5一端分别连接于六个外接负载端口3，且每条第二分支传输线5的另一端与相邻串联的第三分支传输线6共端连接于同一个分路端口2组成六边形结构，不仅电路结构简单，且三个相邻六边形分布的网络结构对称性好，而且具有工作频带宽、输入输出驻波比小、插损小、隔离度高、功率容量大、加工简单、成本低等优势，在输入输出端口回波损耗小于-20dB的原则下，Gysel功率分配/合成器的带宽大约为30％。本实用新型适应微波领域的高功率应用场景。

附图说明

图1为本实用新型的一种三等分Gysel型功分器的电路原理示意图。

图2为本实用新型实施例的三等分Gysel型功分器的剖面俯视结构示意图。

图3是图2的剖面侧视图。

图4为本实用新型实施例的S参数特性曲线示意图。

图中：1公共端口、2分路端口、3外接负载端口、4第一分支传输线、5第二分支传输线、6第三分支传输线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白以下，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

参阅图1。一种三等分Gysel型功分器/合路器，包含一个公共端口1、三个分路端口2、六个外接负载端口3、三条第一分支传输线4、六条第二分支传输线5、六条第三分支传输线6。三条第一分支传输线4一端连接于公共端口1，另一端分别连接于三个分路端口2，六条第二分支传输线5一端分别连接于六个外接负载端口3，且每条第二分支传输线5的另一端与相邻串联的第三分支传输线6共端连接于同一个分路端口2；两条第三分支传输线6一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口3；从而形成所有分支传输线相连构成三等分的三个相邻六边形分布的网络结构。

功分器电路各组成部分参数及交互关系如下：所述的三条第一分支传输线4阻抗为，三条第一分支传输线4一端连接于公共端口1，另一端分别连接于三个分路端口2。所述的六条第二分支传输线5阻抗为，六条第二分支传输线5一端分别连接于六个外接负载端口3，同时每两条第二分支传输线的另一端连接于同一个分路端口2。所述第三分支传输线6阻抗为，六条每两条第三分支传输线6一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口3。所述的所有分支传输线相连构成三个相邻的六边形。

参阅图2、图3。三等分Gysel型功分器/合路器直接印制在PCB印制板上，传输线阻抗及电长度等根据使用频率及板材的不同而不同。微波PCB电路板基于两层微带结构，包括了底层金属层8、介质层7和顶层金属层，其中PCB版从下往上依次层数为底层金属层、介质层和顶层金属层。底层金属层与底层金属壁紧密接触，实现良好接地。整个功分器包括了金属屏蔽腔体，端口转接头，微波PCB电路板。金属屏蔽腔体包括了位于金属屏蔽腔体底层的金属壁9，位于侧面的金属壁10和位于顶层的金属壁11，其中侧面金属壁10为六边形，与顶层金属壁11和底层金属壁9共同形成封闭的腔体。对电路进行很好的电磁屏蔽作用。功分器电路结构采用微带线结构，微带线位于PCB顶层金属层，包含一个公共端口1、三个分路端口2、六个外接负载端口3、三条第一分支传输线4、六条第二分支传输线5、六条第三分支传输线6。功分器的一个公共端口1、三个分路端口2和六个外接负载端口3的阻抗均Z0＝500Ω。其中一个公共端口1转接头通过底层金属壁9和微波PCB介质层7后，连接于顶层金属层的三条第一分支传输线4的一端。其中三个分路端口2转接头通过侧面金属壁9后，分别连接于三条第一分支传输线4的另一端。其中六个外接负载端口3转接头通过侧面金属壁9后，分别连接于顶层金属层的六条第二分支传输线5的一端。

功分器电路各组成部分参数及交互关系如下：的三条第一分支传输线4阻抗为三条第一分支传输线4一端连接于公共端口1，另一端分别连接于三个分路端口2。所述的六条第二分支传输线5阻抗为六条第二分支传输线5一端分别连接于六个外接负载端口3，同时每两条第二分支传输线的另一端连接于同一个分路端口2。为实现较高的带宽，所述第三分支传输线6可采用较低阻抗，本例中采用阻抗为Z₃＝35.0Ω，每两条第三分支传输线6一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口3。所述的所有分支传输线相连构成三个相邻的六边形。

参阅图4。S参数频谱特性所用的工作点都为2GHz，端口阻抗Z₀为50Ω。曲线性能体现了本实用新型功分器/合成器具有工作频带宽、输入输出驻波比小、插损小、隔离度高、功率容量大，适应微波领域的高功率应用场景。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三等分Gysel型功分器/合路器，包括三个分路端口(2)、六个外接负载端口(3)、三条第一分支传输线(4)、六条第二分支传输线(5)和六条第三分支传输线(6)，其特征在于：三条第一分支传输线(4)一端连接于位于中心的公共端口(1)，另一端分别连接于三个分路端口(2)，六条第二分支传输线(5)一端分别连接于六个外接负载端口(3)，且每条第二分支传输线(5)的另一端与相邻串联的第三分支传输线(6)同端连接于同一个分路端口(2)；两条第三分支传输线(6)一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口(3)；从而形成所有分支传输线相连构成三等分的三个相邻六边形分布网络结构。

2.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，所述功分器的一个公共端口(1)、三个分路端口(2)和六个外接负载端口(3)的阻抗均为Z₀。

3.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，三条第一分支传输线(4)阻抗为Z₁，三条第一分支传输线(4)一端同时连接于公共端口(1)，另一端分别连接于三个分路端口(2)。

4.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，六条第二分支传输线(5)阻抗为Z₂，六条第二分支传输线(5)一端分别连接于六个外接负载端口(3)，同时每两条第二分支传输线的另一端连接于同一个分路端口(2)。

5.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，六条第三分支传输线(6)阻抗为Z₃，每两条第三分支传输线(6)一端相互连接，另一端分别连接于相邻的六个外接负载端口(3)。

6.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，三等分Gysel型功分器/合路器直接印制在PCB印制板上，传输线阻抗及电长度根据使用频率及PCB板材的不同而不同。

7.根据权利要求6所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，微波PCB电路板基于两层微带结构，包括了底层金属层(8)、介质层(7)和顶层金属层，其中PCB版从下往上依次层数为底层金属层、介质层和顶层金属层。

8.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，整个功分器包括了金属屏蔽腔体，端口转接头，微波PCB电路板，其中，金属屏蔽腔体包括位于金属屏蔽腔体底层的金属壁(9)，位于侧面的金属壁(10)和位于顶层的金属壁(11)，侧面金属壁(10)为六边形，与顶层金属壁(11)和底层金属壁(9)共同形成封闭的腔体。

9.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，功分器电路结构采用微带线结构，微带线位于PCB顶层金属层，包含一个公共端口(1)、三个分路端口(2)、六个外接负载端口(3)、三条第一分支传输线(4)、六条第二分支传输线(5)、六条第三分支传输线(6),其中公共端口(1)转接头通过底层金属壁(9)和微波PCB介质层(7)后，连接于顶层金属层的三条第一分支传输线(4)的一端。

10.根据权利要求1所述的三等分Gysel型功分器/合路器，其特征在于，三个分路端口(2)转接头通过侧面金属壁(9)后，分别连接于三条第一分支传输线(4)的另一端，其中六个外接负载端口(3)转接头通过侧面金属壁(9)后，分别连接于顶层金属层的六条第二分支传输线(5)的一端。