CN213717039U - 一种小型化低通威尔金森功分器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于微波射频电路技术领域，具体涉及一种小型化低通威尔金森功分器，包括三个端口，分别为输入端口Port1，第一输出端口Port2，第二输出端口Port3；所述第一输出端口Port2与所述第二输出端口Port3之间设隔离电阻R；连接于所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间设有两段传输线和低通滤波器组合结构；连接于所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3之间设有两段传输线和低通滤波器组合结构；其中，所述传输线的电长度均小于20°，所述低通滤波器组合结构由耦合线和开路枝节组成，低通频率范围由由低通滤波器中耦合线和开路枝节长度决定。本实用新型使用分布电路进行设计，不添加集总元器件，有效减低成本，减小电路面积。
Description
技术领域
本实用新型属于微波射频电路技术领域，具体涉及一种小型化低通威尔金森功分器。
背景技术
功分器能够将输入信号分成两路或多路信号。同时，也能将多路信号合成一路信号，所以也可以作为合路器使用。威尔金森功分器由两个电长度为90°，阻抗为
(Z0为端口阻抗)的传输线组成和一个阻抗2Z0的隔离电阻组成。由于使用单纯传输线实现的电长度为90°的枝节物理长度随工作频段的降低而增长，在小于3GHz频段范围内导致威尔金森功分器体积较大，在实际工程中很难应用。
同时，威尔金森功分器作为一种无源器件，对通带外的杂散频率无抑制作用，包括多次谐波以及其他杂散在内，无法实现低通功能。在日常使用中，通常需要添加额外低通滤波器模块来实现低通功能，进一步增加了体积的大小。在实现低通功能时，还需要考虑在通带范围外对杂散频率的抑制度，一般情况下抑制度需要达到20dB。
针对现有技术中具有小型化以及低通功能的威尔金森功分器无法实现的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种小型化低通威尔金森功分器，解决现有技术中威尔金森功分器无法做到小型化同时兼容低通功能的设计问题，解决工程应用难题。
为解决上述技术问题，提供了一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，包括三个端口，分别为输入端口Port1，第一输出端口Port2，第二输出端口Port3；所述第一输出端口Port2与所述第二输出端口Port3之间设隔离电阻R (3)；连接于所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间设有两段传输线和第一低通滤波器组合结构(1)，所述输入端口Port1与所述第一低通滤波器之间为第一传输线(11)，所述第一输出端口Port2与所述第一低通滤波器之间为第二传输线(12)；连接于所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3 之间设有两段传输线和第二低通滤波器组合结构(2)，所述输入端口Port1与所述第二低通滤波器之间为第三传输线(21)，所述第二输出端口Port3与所述第二低通滤波器之间为第四传输线(22)；其中，所述第一传输线(11)、第二传输线(12)、第三传输线(21)、第四传输线(22)的电长度均小于20°，所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器均由耦合线和开路枝节组成，低通频率范围由低通滤波器中耦合线和开路枝节长度决定。
在一个可能的实施例中，所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间的两段传输线和第一低通滤波器组合结构(1)、以及所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3之间的两段传输线和第二低通滤波器组合结构(2)的等效电长度均为90°。
在一个可能的实施例中，所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器均为基于双重耦合线和开路线的结构；其中，所述第一低通滤波器中的第一耦合线电长度θ1＝2.5°，Z1e＝185Ω，Z1o＝82Ω；第二耦合线电长度θ2＝17°，Z2e＝210 Ω，Z2o＝85Ω；所述第二低通滤波器中的第三耦合线电长度θ3＝2.5°，Z3e＝185 Ω，Z3o＝82Ω；第四耦合线电长度θ4＝17°，Z4e＝210Ω，Z4o＝85Ω；所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器具有相同的开路枝节结构，所述开路枝节 Z3＝90Ω，电长度θ3＝64°；所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器的等效电长度θs＝64°。
在一个可能的实施例中，所述第一传输线(11)，第二传输线(12)，第三传输线(21)和第四传输线(22)电长度均为θL＝18°。
在一个可能的实施例中，所述输入端口Port1与第一传输线(11)左端相连，第一传输线(11)右端与第一耦合线左下端以及第二耦合线左上端相连，第二耦合线下端与第一开路枝节相连，第一耦合线右下端与第二耦合线右上端相连，同时与第二传输线(12)左端相连，第二传输线(12)右端与第一输出端口Port2相连；所述输入端口Port1与第三传输线(21)左端相连，第三传输线(21)右端与第三耦合线左下端以及第四耦合线左上端相连，第四耦合线下端与第二开路枝节相连，第三耦合线右下端与第四耦合线右上端相连，同时与第四传输线(22)左端相连，第四传输线(22)右端与第二输出端口Port3相连。
在一个可能的实施例中，所述隔离电阻R(3)的阻值为100Ω。
在一个可能的实施例中，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。
本申请提出了使用两段传输线和低通滤波器的组合替代原有威尔金森功分器中电长度为90°，阻抗为
枝节，从而实现小型化和低通功能。此方案的优点是引入低通滤波器，利用低通滤波器结构产生的相移，同时配合传输线实现阻抗匹配，可有效替代原有的电长度90°的枝节。由于低通滤波器结构的存在，可实现对工作频段外的频段进行抑制，实现低通功能，相当于在威尔金森功分器后端串入一个低通滤波器，实现了低通滤波器和威尔金森功分器设计的融合，应用范围更广；由于低通滤波器的相移作用，和原有90°枝节的物理长度相比，新型枝节的物理长度更短。由于电路中无特殊结构，采用分布式枝节结构，降低了电路使用的复杂性。使用此结构的新型威尔金森功分器的体积是原有体积的30％，同时在阻带范围内，抑制可以可达到25dB以上，实现良好的滤波功能。
附图说明
图1示意性说明了本实用新型的实施例威尔金森功分器的等效电路结构图
图2示意性说明了根据本实用新型的实施的等效为电长度90°，特性阻抗为
的两段传输线和第一滤波器组合结构(1)、以及两段传输线和第二滤波器组合结构(2)的示意图。
图3示意性说明了本实用新型中实施的第一滤波器结构示意图
其中：
1为所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间两段传输线和第一滤波器组合结构；
2为所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3之间两段传输线和第二滤波器的组合结构；
3为阻值为2Z0的隔离电阻R；
11为第一传输线；
12为第二传输线；
21为第三传输线；
22为第四传输线。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，本专利的设计可以由权利要求限定频点和低通滤波器的实施方式。
本申请实施例提供的是一种小型化，低通的新型威尔金森功分器。此款功分器在保证原有威尔金斯功分器性能的条件下，通过添加分布式低通滤波器结构，实现电路体积大幅减小，设计出的功分器体积是同频段威尔金斯功分器的 30％。同时由于低通滤波器的存在，在通工作频点之外，可形成带外阻带，对带外杂散进行抑制，低通滤波器的阻带范围为2f0到5f0，在实际电路中实现替代原始威尔金森功分器。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中包括两个电长度为90°的传输线枝节，采用传输线加低通滤波器的组合结构可替代威尔金森分器中电长度为90°的传输线枝节。其中，低通滤波器的各个枝节的等效计算公式为，低通滤波器的 S11＝RS11+jXS11,其中为
其中Ti＝tan(θi)
确定需要工作的频点f0，需要抑制的传输零点f2,f3,f4,f5之后，可通过使S11＝0,S22＝0计算出低通滤波器的尺寸参数。计算出尺寸参数之后，可通过仿真得到低通滤波器的等效电长度θs，滤波器如图2所示。
则传输线的电长度θL可由公式(2)得到，传输线特性阻抗为
θL＝(90°-θs)/2 (2)
因此威尔金森功分器电长度为90°的枝节可以被传输线和低通滤波器组合结构替代，且能够保证阻抗匹配。由于低通滤波器的存在，可以抑制传输零点f2,f3,f4,f5形成的阻带频率范围，做到宽频阻带抑制。
基于以上描述，在一种实施例中，一种小型化低通威尔金森功分器包括包括三个端口，分别为输入端口Port1，第一输出端口Port2，第二输出端口Port3；所述第一输出端口Port2与所述第二输出端口Port3之间设隔离电阻R(3)；连接于所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间设有两段传输线和第一低通滤波器组合结构(1)；连接于所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3 之间设有两段传输线和第二低通滤波器组合结构(2)，低通频率范围由低通滤波器决定，等效电长度为90°。
所述低通滤波器结构为基于双重耦合线和开路线的结构，其中，第一耦合线电长度为2.5°，Z1e＝185Ω，Z1o＝82Ω；第二耦合线电长度为17°，Z1e＝210 Ω，Z2o＝85Ω；开路枝节电长度Z0＝90Ω，电长度为64°。输入端口Port1与电长度为18°的第一传输线(11)左端相连，第一传输线(11)右端与第一耦合线左下端以及第二耦合线左上端相连，第二耦合线下端与第一开路枝节相连，第一耦合线右下端与第二耦合线右上端相连，同时与第二传输线(12)左端相连，第二传输线(12)右端与输出端口Port2相连；所述输入端口Port1与电长度为18°的第三传输线(21)左端相连，第三传输线(21)右端与第三耦合线左下端以及第四耦合线左上端相连，第四耦合线下端与第二开路枝节相连，第三耦合线右下端与第四耦合线右上端相连，同时与第四传输线(22)左端相连，第四传输线(22)右端与输出端口Port3相连；
该实施例中威尔金森功分器采用微带线和低通滤波器的组合结构，工作频点为0.9GHz。通过低通滤波器结构可实现抑制频率为1.5GHz-4.5GHz信号，而且由于低通滤波器的移相作用，物理长度可变为纯传输线枝节的40％；
优选地，隔离电阻R的阻值为100Ω，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。
以上设计选用工作频率和阻带范围为工程实例，在设计时不限制本实用新型。对于微波射频工作人员，可根据实际情况选择工作频点，通过计算确定低通滤波器的阻带范围。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 (7)
1.一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，包括三个端口，分别为输入端口Port1，第一输出端口Port2，第二输出端口Port3；所述第一输出端口Port2与所述第二输出端口Port3之间设隔离电阻R(3)；连接于所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间设有两段传输线和第一低通滤波器组合结构(1)，所述输入端口Port1与所述第一低通滤波器之间为第一传输线(11)，所述第一输出端口Port2与所述第一低通滤波器之间为第二传输线(12)；连接于所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3之间设有两段传输线和第二低通滤波器组合结构(2)，所述输入端口Port1与所述第二低通滤波器之间为第三传输线(21)，所述第二输出端口Port3与所述第二低通滤波器之间为第四传输线(22)；所述第一传输线(11)、第二传输线(12)、第三传输线(21)、第四传输线(22)的电长度均小于20°，所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器由耦合线和开路枝节组成，低通频率范围由低通滤波器中耦合线和开路枝节长度决定。
2.根据权利要求1所述的一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口Port1和所述第一输出端口Port2之间的两段传输线和第一低通滤波器组合结构(1)、以及所述输入端口Port1和所述第二输出端口Port3之间的两段传输线和第二低通滤波器组合结构(2)的等效电长度均为90°。
3.根据权利要求2所述的一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器均为基于双重耦合线和开路线的结构；其中，所述第一低通滤波器中的第一耦合线电长度θ1＝2.5°，Z1e＝185Ω，Z1o＝82Ω；第二耦合线电长度θ2＝17°，Z2e＝210Ω，Z2o＝85Ω；所述第二低通滤波器中的第三耦合线电长度θ3＝2.5°，Z3e＝185Ω，Z3o＝82Ω；第四耦合线电长度θ4＝17°，Z4e＝210Ω，Z4o＝85Ω；所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器具有相同的开路枝节结构，所述开路枝节Z3＝90Ω，电长度θ3＝64°；所述第一低通滤波器与所述第二低通滤波器的等效电长度θs＝64°。
4.根据权利要求1所述的一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，所述第一传输线(11)，第二传输线(12)，第三传输线(21)和第四传输线(22)电长度均为θL＝18°。
5.根据权利要求3所述的一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，所述输入端口Port1与第一传输线(11)左端相连，第一传输线(11)右端与第一耦合线左下端以及第二耦合线左上端相连，第二耦合线下端与第一开路枝节相连，第一耦合线右下端与第二耦合线右上端相连，同时与第二传输线(12)左端相连，第二传输线(12)右端与第一输出端口Port2相连；所述输入端口Port1与第三传输线(21)左端相连，第三传输线(21)右端与第三耦合线左下端以及第四耦合线左上端相连，第四耦合线下端与第二开路枝节相连，第三耦合线右下端与第四耦合线右上端相连，同时与第四传输线(22)左端相连，第四传输线(22)右端与第二输出端口Port3相连。
6.根据权利要求1所述的一种小型化低通威尔金森功分器，其特征在于，所述隔离电阻R(3)的阻值为100Ω。
7.根据权利要求1所述的一种小型化低通威尔金森功分器，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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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021948404.0U CN213717039U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种小型化低通威尔金森功分器 |
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| CN202021948404.0U CN213717039U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种小型化低通威尔金森功分器 |
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| CN213717039U true CN213717039U (zh) | 2021-07-16 |
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| CN202021948404.0U Active CN213717039U (zh) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | 一种小型化低通威尔金森功分器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN213717039U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116053731A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-05-02 | 宜确半导体（苏州）有限公司 | 一种耦合低通滤波器 |
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2020
- 2020-09-04 CN CN202021948404.0U patent/CN213717039U/zh active Active
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