CN205543177U - 基于慢波结构的等分威尔金森功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于慢波结构的等分威尔金森功分器及其设计方法，包括连接有负载的第一第二和第三端口，第一和第二等效传输线，以及隔离电阻；第一等效传输线和第二等效传输线均由多个独立的慢波结构最小单元构成周期性加载的慢波结构，慢波结构最小单元由传输线部和开路传输线部组成。本实用新型利用周期性加载的慢波微带线结构，实现一种体积小且适合工作于高频段的等分威尔金森功分器。该电路结构不仅实现了较大程度减小功分器的体积，而且在高频上还有些平坦的色散特性。本实用新型还提供了一种所述基于慢波结构的等分威尔金森功分器的电路参数设计方法。

Description

基于慢波结构的等分威尔金森功分器

技术领域

本实用新型涉及一种功率分配器，尤其涉及一种威尔金森功率分配器。

背景技术

功率分配器(又简称功分器)主要用于将功率按某预设的比例进行分配，是一种多端口微波器件，在微波和射频领域的应用非常广泛，不过，由于传统方式的功分器的尺寸较大，从而限制了其在现代集成电路方面的应用。随着智能移动终端设备的模块功能越来越复杂，各个模组芯片的集成度越来越高，为适应这个趋势，研究降低功分器的面积尺寸具有重要的实际意义。

在现有技术中，已经报道了多种实现威尔金森功分器的技术方案，在中国专利201420785397.5中，通过在隔离电阻两端分别设置两段隔离传输线，从而有效解决了传统的微带线在高频段时的技术瓶颈问题。

在中国专利201110250484.1中，采用Klofenstin渐变传输线来提高工作带宽。

在已报道的等分威尔金森设计方法上，要么依赖传统方式的威尔金森功分器电路结构，要么采用传统方式的微带线结构，从而使所设计的功分器体积过于庞大且在高频段的色散特性不平坦，不适合于现代通信系统的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处，采用周期性开路传输线加载方式的慢波结构，提出一种结构简单，利于小型化同时适用于高频段的 等分威尔金森功分器电路结构，其通过以下技术方案实现：

一种基于慢波结构的等分威尔金森功分器，包括连接有负载的第一端口、第二端口和第三端口，第一等效传输线103和第二等效传输线108，以及隔离电阻112；

所述第一端口经第一传输线101连接于第一等效传输线103和第二等效传输线108的连接处；

所述第二端口经第二传输线105连接于第一等效传输线103的另一端与隔离电阻112的连接处；

所述第三端口经第三传输线106连接于第二等效传输线108的另一端与隔离电阻112的另一端的连接处；

所述第一等效传输线103和第二等效传输线108均由多个独立的慢波结构最小单元113构成周期性加载的慢波结构，所述慢波结构最小单元113由传输线部110和开路传输线部111组成。

进一步，所述第一端口、第二端口和第三端口连接的负载的阻值相同记为Z₀，所述隔离电阻112的阻值为2Z₀；

所述第一端口在第二端口和第三端口负载阻值为Z₀时的输入阻抗为Z₀；

所述第二端口在第一端口和第三端口负载阻值为Z₀时的输入阻抗为Z₀；

所述第三端口在第一端口和第二端口负载阻值为Z₀时的输入阻抗为Z₀。

进一步，所述第一传输线101、第二传输线105和第三传输线106的长度均为λ/2，特性阻抗均为Z₀；所述第一传输线101、第二传输线105和第三传输线106的长度指中心轴向长度，且形状可灵活变化。所述第一传输线101、第 二传输线105和第三传输线106的长度可以为任意λ/2的整数倍，且在不需要有严格相位要求时，长度可以任意；其中λ为对应工作频率的波长。

进一步，为了消除传输线直角的电容效应，在第一和第二等效传输线(103和108)拐角处采用切角处理，且切角宽度为拐角处相接传输线线宽的1.8倍。

本实用新型还提供了一种所述基于慢波结构的等分威尔金森功分器的电路参数设计方法；其包括以下步骤：

步骤A：确定PCB板材参数，确定所述第一端口、第二端口和第三端口所接负载的电阻值以及所述功分器的工作频率，并计算第一等效传输线103和第二等效传输线108的长度l₁，特性阻抗Z₁；

步骤B：根据所述步骤A中计算的第一和第二等效传输线的长度l₁，计算对应所述第一和第二等效传输线的总电长度Φ₀；根据所述步骤A中确定的板材参数，确定每个慢波结构最小单元传输线部110的线宽，开路传输线部111的特性阻抗以及第一和第二等效传输线在所述工作频率下的相速度；计算对应于所述第一和第二等效传输线时慢波结构最小单元传输线部110的长度d；计算慢波结构最小单元开路传输线部111的长度d_stub；将所述慢波结构最小单元113级联起来，并分别代替步骤A所述的第一和第二等效传输线。

所述步骤B中，一般情况，根据加工厂家的工艺加工精度和最小线宽等工艺条件，慢波结构最小单元中传输线部110的线宽，对应传输线部的特性阻抗Zc越大，等效的波速越小，则所采用的慢波结构的传输线部的尺寸越小，因此，慢波结构最小单元传输线部110的线宽一般选为当前工艺允许的最小值。

进一步，所述第一端口、第二端口和第三端口连接的负载的阻值相同为Z₀；所述隔离电阻112的阻值为2Z₀；

进一步，所述步骤A中，第一和第二等效传输线的长度l₁与特性阻抗Z₁ 为：

$Z_1=\sqrt{2}{Z}_0$

$l_1=\frac{\mathrm{\λ}}{4}$

其中λ为对应工作频率的波长；

所述步骤B中，第一和第二等效传输线的总电长度为：

Φ₀＝β_Bl₁

慢波结构最小单元传输线部110的长度d为：

$d=\frac{{\mathrm{\Φ}}_0}{N}\·\frac{Z_B}{Z_c}\·\frac{1}{{\mathrm{\β}}_B}$

其中，N为慢波结构最小单元113的个数，Z_B和β_Β分别为第一和第二等效传输线的特性阻抗和传播常数，Z_C为慢波结构最小单元传输线部110的特性阻抗；

开路传输线部111的长度d_stub为：

$d_{stub}=\frac{arctan\left(C_p{\mathrm{\ω}}_0{Z}_{stub}\right)}{{\mathrm{\β}}_0}$

其中，Zstub和β₀分别为开路传输线部111的特性阻抗和传播常数，ω₀为对应工作频率的角频率，且C_p为：

$C_p=\frac{\[1-{\left(\frac{Z_B}{Z_c}\right)}^2\]{\mathrm{sin\β}}_{0}d}{{\mathrm{\ω}}_0{Z}_c\[{\left(\frac{Z_B}{Z_c}\right)}^2{\cos }^2{\mathrm{\β}}_{0}d+{\sin }^2\frac{{\mathrm{\β}}_{0}d}{2}\]}.$

本实用新型的有益效果：本实用新型利用周期性加载的慢波微带线结构，实现一种体积小且适合工作于高频段的等分威尔金森功分器。该电路结构不仅实现了较大程度减小功分器的体积，而且在高频上还有些平坦的色散特性。

附图说明

图1为实施例的版图；

图2为实施例的等效电路图；

附图标记说明：101第一传输线、102切角、103第一等效传输线、104切角、105第二传输线、106第三传输线、107切角、108第二等效传输线、109切角、110慢波结构最小单元传输线部、111慢波结构最小单元开路传输线部、112隔离电阻、113慢波结构最小单元。

图中P1、P2、P3分别为第一端口、第二端口和第三端口。

具体实施方式

本实用新型的一个较佳实施例，如图1和图2所示，一种基于慢波结构的等分威尔金森功分器，包括连接有相同负载Z₀的第一端口P1、第二端口P2和第三端口P3，第一等效传输线103和第二等效传输线108，以及隔离电阻112；所述第一端口P1经第一传输线101连接于第一等效传输线103和第二等效传输线108的连接处；所述第二端口P2经第二传输线105连接于第一等效传输线103的另一端与隔离电阻112的连接处；所述第三端口P3经第三传输线106连接于第二等效传输线108的另一端与隔离电阻112的另一端的连接处；所述第一等效传输线103和第二等效传输线108均由多个独立的慢波结构最小单元113构成周期性加载的慢波结构，所述慢波结构最小单元113由传输线部110和开路传输线部111组成；所述隔离电阻112的阻值为2Z₀；功分器的工作频率为900MHz，慢波结构最小单元113的传输线的线宽选为当前工艺允许的最小值；在第一和第二等效传输线(103和108)拐角处为切角处理，如图1中切角107处圈起的局部放大图所示，且切角宽度为拐角处相接传输线线宽的1.8倍。选用介电常数为4.6@1GHz以及损耗角正切为0.01@1GHz的FR4板材，板材厚度为0.8mm和铜箔厚度为1/1oz。Z₁＝79.3Ω，Z_c＝100Ω，Zstub＝50Ω，N＝10；根据所述基于慢波结构的等分威尔金森功分器的电路参数设计方法计算得Φ₀＝90°，dstub＝1.8mm。

Claims (4)

1.一种基于慢波结构的等分威尔金森功分器，其特征在于：包括连接有负载的第一端口、第二端口和第三端口，第一等效传输线(103)和第二等效传输线(108)，以及隔离电阻(112)；

所述第一端口经第一传输线(101)连接于第一等效传输线(103)和第二等效传输线(108)的连接处；

所述第二端口经第二传输线(105)连接于第一等效传输线(103)的另一端与隔离电阻(112)的连接处；

所述第三端口经第三传输线(106)连接于第二等效传输线(108)的另一端与隔离电阻(112)的另一端的连接处；

所述第一等效传输线(103)和第二等效传输线(108)均由多个独立的慢波结构最小单元(113)构成周期性加载的慢波结构，所述慢波结构最小单元(113)由传输线部(110)和开路传输线部(111)组成。

2.根据权利要求1所述的基于慢波结构的等分威尔金森功分器，其特征在于：所述第一端口、第二端口和第三端口连接的负载的阻值相同记为Z₀，所述隔离电阻(112)的阻值为2Z₀。

3.根据权利要求2所述的基于慢波结构的等分威尔金森功分器，其特征在于：所述第一传输线(101)、第二传输线(105)和第三传输线(106)的长度均为λ/2，特性阻抗均为Z₀。

4.根据权利要求1，2或3所述的基于慢波结构的等分威尔金森功分器，其特征在于：第一和第二等效传输线(103和108)拐角处为切角处理，且切角宽度为拐角处相接传输线线宽的1.8倍。