CN206301928U - 具有谐波抑制功能的威尔金森功分器 - Google Patents

具有谐波抑制功能的威尔金森功分器 Download PDF

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徐海燕
李昆仑
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Abstract

本实用新型提供了一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器。该威尔金森功分器包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、连接于第一输出端口与第二输出端口之间的隔离电阻、连接于输入端口与第一输出端口之间的至少一组传输线和开路线的组合、连接于输入端口与第二输出端口之间的至少一组传输线和开路线的组合，其中，在传输线和开路线的组合中，传输线的波长小于四分之一，开路线的波长根据抑制的谐波频率确定。通过本实用新型提供的威尔金森功分器不需增加集总元件，即可实现谐波频率的抑制，且减小了电路尺寸。

Description

具有谐波抑制功能的威尔金森功分器
技术领域
本实用新型涉及微波电路及射频通信相关领域，特别是涉及一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器。
背景技术
功率分配器也称为功分器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。功率分配器分有源、无源两种，可平均分配一路信号变为几路输出，一般每分一路都有几dB的衰减，信号频率不同，分配器不同衰减也不同，为了补偿衰减，在其中加了放大器后做出了无源功分器。
威尔金森功分器作为一种无源射频功分器，主要应用于微波电路及射频通信相关领域，特别是含非线性微波器件的电路。其中，常用的威尔金森功分器具有良好的阻抗匹配及端口隔离特性，但未对谐波进行抑制，在非线性器件(如混频器等)应用中，由于谐波的存在，需要外加滤波模块抑制谐波。
K.H.Yi和B.K.Kang在论文“Modified Wilkinson power divider for nthHarmonic suppression”中给出一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器设计，该设计通过在功分器的每个四分之一波长枝节中间增加八分之一波长的开路线来实现对二次谐波的抑制，这样分枝的电气长度将大于四分之一波长，从而使电路在偶模激励下产生了复阻抗匹配，为此，该设计增加了并联的集总电感元件实现阻抗匹配，而电感元件的低品质因数及低谐振频率导致了整个微波电路的频率被限制在几个GHz以下，并且电路尺寸增大。另外，该设计只能抑制单一的谐波频率，无法同时抑制多个谐波。
针对现有技术中具有谐波抑制功能的威尔金森功分器由于并联集总电感元件而限制电路频率的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器，以解决现有技术中的具有谐波抑制功能的威尔金森功分器由于并联集总电感元件而限制电路频率的技术问题。
为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，提供了一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器，该威尔金森功分器包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、连接于第一输出端口与第二输出端口之间的隔离电阻、连接于输入端口与第一输出端口之间的至少一组传输线和开路线的组合、连接于输入端口与第二输出端口之间的至少一组传输线和开路线的组合，其中，在传输线和开路线的组合中，传输线的波长小于四分之一，开路线的波长根据抑制的谐波频率确定。
进一步地，传输线和开路线的组合为Π型电路。
进一步地，输入端口与第一输出端口之间连接有波长为八分之一的第一传输线，输入端口与第一传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第一开路线，第一输出端口与第一传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第二开路线；输入端口与第二输出端口之间连接有波长为八分之一的第二传输线，输入端口与第二传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第三开路线，第二输出端口与第二传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第四开路线。
进一步地，传输线和开路线的组合为Π型电路的组合。
进一步地，隔离电阻的阻值为100欧。
进一步地，输入端口与第一输出端口、第二输出端口的阻抗相等。
本申请提出了一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器，该威尔金森功分器包括输入端口和两个输出端口；还包括连接于两个输出端口与之间的隔离电阻；还包括在输入端口与输出端口之间连接的至少一组传输线和开路线的组合，其中，在传输线和开路线的组合中，传输线的波长小于四分之一，开路线的波长根据抑制的谐波频率确定，通过将传统功分器的四分之一波长传输线分段，每段用一组传输线和开路线的组合替代，通过该组合的设置抑制谐波频率，无需增加任何集总元件，降低了电路复杂性，抑制谐波的同时缩小了电路尺寸。此外，将传输线分为多段，替代每段的组合中采用不同波长的开路线，可同时抑制多个频率的谐波分量。
附图说明
图1示意性示出了根据本实用新型的实施例的威尔金森功分器的等效电路结构图；
图2示意性示出了根据本实用新型的实施例的任意长度传输线等效为Π型容性负载电路的示意图；
图3示意性示出了根据本实用新型的实施例的电容与开路线的等效电路图。
具体实施方式
以下对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本申请实施例提供的是一种新型的威尔金森功分器，在保持该功分器原有性能不变的基础上，不需要增加电感等集总元件，缩小了电路尺寸，简化了微波电路设计，降低了成本；同时，能够对多个谐波进行抑制，无需再增加额外的滤波模块，进一步降低电路成本。关于本申请实施例提供的威尔金森功分器，详细说明如下。
传统的威尔金森功分器两个分枝采用四分之一波长传输线，而任意长度传输线可等效为Π型容性负载电路，如图2所示，因而，威尔金森功分器可采用Π型容性负载电路等效四分之一波长传输线。其中，等效计算公式如下：
而并联电容又可等效为电气长度小于四分之一波长的开路线，如图3所示。其中，等效计算公式如下：
因此，功分器的四分之一波长分枝可等效为一段小于四分之一波长的传输线与开路线的组合，且保持输入阻抗不变。传输线与开路线长度由公式(1)～(4)计算得出。可见，采用Π型电路可同时抑制两个频率谐波。若将功分器的四分之一波长传输线分成几段，每段分别采用上述等效电路，则可同时抑制多个谐波频率。
综上所述，采用Π型容性负载电路替代四分之一波长传输线，而容性负载又可由开路线等效实现，能够达到抑制谐波的同时缩小电路尺寸的目的，且无需增加任何集总元件，降低了电路复杂性，将传输线分段等效后还可同时抑制多个频率的谐波分量。
基于以上描述，在一种实施例中，具有谐波抑制功能的威尔金森功分器包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、连接于第一输出端口与第二输出端口之间的隔离电阻、连接于输入端口与第一输出端口的至少一组传输线和开路线的组合、连接于输入端口与第二输出端口之间的至少一组传输线和开路线的组合，其中，在传输线和开路线的组合中，传输线的波长小于四分之一，开路线的波长根据抑制的谐波频率确定。其中，传输线和开路线的组合为Π型电路。
在一种实施例中，如图1所示，具有谐波抑制功能的威尔金森功分器包括输入端口Port1、第一输出端口Port2、第二输出端口Port3、连接于第一输出端口Port2与第二输出端口Port3之间的隔离电阻R，以及连接于输入端口Port1与第一输出端口Port2、第二输出端口Port3之间的传输线和开路线的组合，其中，输入端口Port1与第一输出端口Port2之间连接有波长为八分之一的第一传输线(阻抗为Z1)，输入端口Port1与第一传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第一开路线(阻抗为Zos1)，第一输出端口Port2与第一传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第二开路线(阻抗为Zos2)；输入端口Port1与第二输出端口Port3之间连接有波长为八分之一的第二传输线(阻抗为Z1)，输入端口Port1与第二传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第三开路线(阻抗为Zos1)，第二输出端口Port3与第二传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第四开路线(阻抗为Zos2)。
该实施例中威尔金森功分器采用Π型等效电路结构，并采用八分之一波长和十二分之一波长开路线可同时抑制二次和三次谐波，且原四分之一波长传输线缩减至一半。
优选地，隔离电阻R的阻值为100欧，输入端口Port1与第一输出端口Port2、第二输出端口Port3的阻抗相等，均为Z0。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种具有谐波抑制功能的威尔金森功分器，其特征在于，包括输入端口(Port1)、第一输出端口(Port2)、第二输出端口(Port3)、连接于所述第一输出端口(Port2)与所述第二输出端口(Port3)之间的隔离电阻(R)、连接于所述输入端口(Port1)与所述第一输出端口(Port2)之间的至少一组传输线和开路线的组合、连接于所述输入端口(Port1)与所述第二输出端口(Port3)之间的至少一组传输线和开路线的组合，其中，在所述传输线和开路线的组合中，传输线的波长小于四分之一，开路线的波长根据抑制的谐波频率确定。
2.根据权利要求1所述的威尔金森功分器，其特征在于，所述传输线和开路线的组合为Π型电路。
3.根据权利要求2所述的威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口(Port1)与所述第一输出端口(Port2)之间连接有波长为八分之一的第一传输线，所述输入端口(Port1)与所述第一传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第一开路线，所述第一输出端口(Port2)与所述第一传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第二开路线；所述输入端口(Port1)与所述第二输出端口(Port3)之间连接有波长为八分之一的第二传输线，所述输入端口(Port1)与所述第二传输线的第一端之间连接有波长为八分之一的第三开路线，所述第二输出端口(Port3)与所述第二传输线的第二端之间连接有波长为十二分之一的第四开路线。
4.根据权利要求1所述的威尔金森功分器，其特征在于，所述传输线和开路线的组合为Π型电路的组合。
5.根据权利要求1所述的威尔金森功分器，其特征在于，所述隔离电阻(R)的阻值为100欧。
6.根据权利要求1所述的威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口(Port1)与所述第一输出端口(Port2)、所述第二输出端口(Port3)的阻抗相等。
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