CN218602719U - 一种Gysel型6路功率分配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Gysel型6路功率分配器，由2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器进行级联得到；本实用新型的Gysel型6路功率分配器实现了平面结构，输入输出端口在相对的两侧，负载电阻内置；相比于其它不带输出端口隔离度的、或者输出端口隔离度不高的功分器结构，本实用新型的功率分配器输出端口带隔离度，而且隔离度大于20dB；本实用新型的容量大于200W，采用PCB结构，加工更简单，效率更高，一致性更好。

Description

一种Gysel型6路功率分配器

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/大功率无源器件领域，具体涉及一种Gysel型6路功率分配器。

背景技术

功率分配器是射频和无线发射系统中的重要组成部分，在基础科学研究、核物理、军事、农业、医疗、通信、广播电视等领域都有重要应用。功率分配器是将输入信号按预定路数和幅相要求从各指定端口输出的三端口或多端口器件。按照微波网络的互易理论，如果功率分配器反过来使用，可以将多路能量合成一路更大的功率输出，此时就是功率合成器。

功率分配器按照结构形式分有T型结、Wilkinson型、Gysel型和定向耦合器等。根据微波网络理论，无耗互易的三端口网络无法实现所有端口同时匹配，所以T型结功率分配器的三个端口不能够同时匹配，且输出端口之间隔离度比较小。与Wilkinson型功率分配器相比，Gysel型功率分配器将隔离电阻用微带传输线隔离网络代替，并且Gysel型功率分配器隔离口的终端负载可以通过一段任意长度、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。Gysel型功率分配器相比Wilkinson型功率分配器，还能满足更高的功率要求，所以经常用于高功率的功率合成系统中。

Gysel功率分配/合成器在一定程度上具备定向耦合器的特性，当作为合成器来使用时，这种特征可以很方便地用来监测各输入端口输入功率的不平衡性。如果出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用；当作为功率分配器来使用时，则可以用来监测不同的负载驻波。Gysel型功率分配器可以采用同轴线、带状线等多种形式实现。同轴腔体功率分配器最大的缺点是尺寸明显比同频段其它功率分配器要大，不利于系统的小型化和集成化。带状线形式的功率分配器同样面临着制作复杂、成本高等缺点。

输入端口之间具备高隔离度的功率合成器同样有多种实现结构，常见的包括Wilkinson功率合成器、3dB耦合器级联式功率合成器、耦合器链式功率合成器等。这些结构的功率合成器都有相应的特点，但同时也都存在一些应用上的限制。

(1)Wilkinson功率合成器是最为常见的输入端口之间具备高隔离度的功率合成器结构。它在两路输入之间跨接了一个平衡负载，以实现输入端口的隔离度。这种结构的功率合成器应用广泛，但它最大的应用限制，就是在实现多路功率合成时需要设计复杂的平衡负载网络，这个负载网络一般是立体结构，很难在单一平面上实现，使得合成器无论在结构复杂性还是实际应用中都存在不便。

(2)3dB耦合器级联式功率合成器是使用多个3dB耦合器完成多级的2合1，实现多路的功率合成。这种结构功率合成器的劣势在于，它只能实现2n数量的合成，而且多级合成造成更大的插入损耗和更低的合成效率，同时随着合成级数的增加，3dB耦合器需要配备的平衡负载的功率等级也越来越大，负载的体积和成本都会随之增大。

(3)耦合器链式功率合成器有多个耦合度不同的定向耦合器构成，逐级实现1+1＝2、1+2＝3、1+3＝4……的功率合成。相比于3dB耦合器级联式功率合成器，链式功率合成器在合成路数上不受限制，任意整数数量的功放模块都可以被合成在一起。但耦合器链式功率合成器是典型的多级合成，合成器的插入损耗会随着合成路数的增多而增加，合成效率也会随之降低。同时，合成器中各个耦合器的耦合度均不相同，这就给合成器的设计和生产增加了更大的难度。

实用新型内容

实用新型目的：为解决现有功率分配器结构复杂、性能不稳定、插入损耗大、尺寸大等缺陷，本实用新型提出了一种Gysel型6路功率分配器。

技术方案：一种Gysel型6路功率分配器，由2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器进行级联得到；2个所述不等分二路Gysel功率分配器的输出功率比均为1:2。

进一步的，包括腔体、PCB板、1个功分器输入端口、6个功分器输出端口、5个功率分配器单元和多个匹配负载电阻；所述PCB板置于腔体内；5个功率分配器单元均位于在PCB板上；

所述5个功率分配器单元包括第一功率分配器单元、第二功率分配器单元、第三功率分配器单元、第四功率分配器单元和第五功率分配器单元；

所述第一功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，该第一功率分配器单元的输入端与功分器输入端口连接；

该第一功率分配器单元的一个输出端与第二功率分配器单元的输入端连接，第二功率分配器单元的一个输出端与一个功分器输出端口连接，第二功率分配器单元另一个输出端与第四功率分配器单元的输入端连接；所述第二功率分配器单元为不等分二路Gysel功率分配器；

该第一功率分配器单元的另一个输出端与第三功率分配器单元的输入端连接，第三功率分配器单元的一个输出端与一个功分器输出端口连接，第三功率分配器单元的另一个输出端与第五功率分配器单元的输入端连接；所述第三功率分配器单元为不等分二路Gysel功率分配器；

所述第四功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，第四功率分配器单元的两个输出端均与两个功分器输出端口连接；

所述第五功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，第五功率分配器单元的两个输出端均与两个功分器输出端口连接；

各功率分配器单元的匹配负载端口均连接一匹配负载电阻。

进一步的，所述腔体包括腔体主体和设置在腔体主体上的盖板，所述腔体主体和盖板均为铝板。

进一步的，所述功分器输入端口位于腔体一外侧壁的中心位置处，6个所述功分器输出端口等间距分布在腔体另一外侧壁上。

进一步的，多个匹配负载电阻焊接在PCB板。

进一步的，2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器通过各微带线进行级联。

进一步的，所述匹配负载电阻为50Ω匹配负载电阻。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本实用新型的六路功率分配器实现了平面结构，输入输出端口在相对的两侧，负载电阻内置；

(2)相比于其它输入端口不带高隔离度的功率分配器，若将本实用新型的六路功率分配器作为合成器使用时，各输入端口之间具备高隔离度，各输入端口之间的隔离度不低于20dB；当作为合成器使用时，如出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用；

(3)相比于带状线结构的功率分配器，本实用新型的六路功率分配器采用微带线PCB结构，使功率分配器的结构紧凑，功率容量大于200W，加工更加方便；以及通过内置匹配负载电阻，方便功率分配器的使用，具有效率更高，一致性更好的优点；

(4)本实用新型通过使用等分二路Gysel功率分配器与不等分二路Gysel功率分配器相结合的设计，实现了较低的插入损耗以及更小的尺寸；这种等分二路Gysel功率分配器与不等分二路Gysel功率分配器结合的方式可以用在10路、12路等不是2的n次方的多路功分器设计中。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型的功分器外形示意图；

图3为功分器拆去上腔体后示意图；

图4为功分器PCB板示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。

实施例1：

本实施例公开了一种3.9GHz PCB Gysel六路功率分配器，使用PCB结构，在PCB结构上通过2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器进行级联实现六路功率分配；本实施例中的不等分二路Gysel功率分配器的输出功率比为1:2，在不同路数的多路功分器中，不等分二路Gysel功率分配器的输出功率关系可以灵活变化，无明确限定。

具体的，本实施例的六路功率分配器主要包括：腔体1、PCB板2、1个SMA输入端口3、6个SMA输出端口4、5个功率分配器单元和多个匹配负载电阻5。

其中，腔体1由厚铝板整体铣加工而成，上面配有盖板；如图2所示，1个SMA输入端口3位于腔体1一侧侧壁的中心位置，6个SMA输出端口4等间距分布在腔体1另一侧侧壁上；多个匹配负载电阻5焊接在PCB板2上；5个功率分配器单元包括第一功率分配器单元61、第二功率分配器单元62、第三功率分配器单元63、第四功率分配器单元64和第五功率分配器单元65。

如图3和4所示，其中，第一功率分配器单元61为等分二路Gysel功率分配器，第一功率分配器单元61的输入端与六路功率分配器的SMA输入端口3连接。第一功率分配器单元61的一个输出端与第二功率分配器单元62的输入端连接，第二功率分配器单元62的一个输出端与六路功率分配器的一个SMA输出端口连接，其另一个输出端与第四功率分配器单元64的输入端连接。第二功率分配器单元62为不等分二路Gysel功率分配器。第一功率分配器单元61的另一个输出端与第三功率分配器单元63的输入端连接，第三功率分配器单元63的一个输出端与六路功率分配器的一个SMA输出端口连接，其另一个输出端与第五功率分配器单元65的输入端连接。第三功率分配器单元63为不等分二路Gysel功率分配器。第四功率分配器单元64为等分二路Gysel功率分配器，第四功率分配器单元64的两个输出端均与六路功率分配器的两个SMA输出端口连接。第五功率分配器单元65为等分二路Gysel功率分配器，第五功率分配器单元65的两个输出端均与六路功率分配器的两个SMA输出端口连接。各功率分配器单元的匹配负载端口均连接一50Ω匹配负载电阻。

上述连接均通过传输线实现，本实施例的传输线为微带线结构，微带线的厚度为2OZ，介质材料为Rogers5880，厚度60mil，完全可以满足功率分配器在功率容量方面的要求。

现结合图1，对本实施例各微带线与各功率分配器单元之间的连接关系进行说明。

与六路功率分配器的SMA输入端口相连的微带线阻抗为Z1，以及Z1微带线与第一功率分配器两个输出端相连的两路微带线阻抗为Z2，两个输出端与各匹配负载电阻之间连接的微带线阻抗为Z3，各匹配负载电阻与微带线集中连接点之间连接的微带线阻抗为Z4。

与第一功率分配器单元两路输出端相连的为两路第一级50Ω连接线，两路第一级50Ω连接线分别与第二、三功率分配器单元连接。

与第一50Ω连接线相连的微带线阻抗为Z1，以及Z1微带线与第二、三功率分配器两个输出端相连的两路微带线阻抗分别为Z21和Z22，各输出端与各匹配负载电阻之间连接的微带线阻抗分别为Z31和Z32，各匹配负载电阻与微带线集中连接点之间连接的微带线阻抗分别为Z41和Z42。第二、三功率分配器单元各有一个输出端通过第二50Ω微带线与六路Gysel功率分配器2个SMA输出端口相连。

第二、三功率分配器单元的另一个输出端通过两路第三级50Ω微带线分别与第四、五功率分配器单元连接。与第三级50Ω微带线相连的微带线阻抗为Z1，以及Z1微带线与第四、五功率分配器两个输出端相连的两路微带线阻抗为Z2，各输出端与各匹配负载电阻之间连接的微带线阻抗为Z3，各匹配负载电阻与微带线集中连接点之间连接的微带线阻抗为Z4。

第四、五功率分配器单元的4个输出端通过4路第四级50Ω微带线与六路Gysel功率分配器4个SMA输出端口相连。

上述各段微带线的宽度和长度经过设计优化，使得功率分配器的各技术指标达到最佳。

本实施例通过在PCB板的适当位置钻孔并安装螺钉，保证PCB板和腔体之间位置固定。PCB板的背面金属露出，与腔体接触良好，有利于功率分配器散热。

使用时，发射机的6个功放模块分别与功率分配器的6个输出端口相连；功率分配器的输入端口与其它设备(如负载)相连。

本实施例的3.9GHz PCB Gysel六路功率分配器为高功率结构设计，各路输出功率不小于50W，总输入功率不小于300W。改变功率分配器的一些设计参数(如微带线的尺寸、输入输出端口规格、内置匹配负载端口规格等)，就可以设计得到不同频率、更多路数的功率分配器。

3.9GHz PCB Gysel六路功率分配器使用等分功率分配器单元和不等分功率分配器单元结合的方法，使用5个功率分配器单元实现6路等功率分配器，降低了功率分配器的体积和复杂程度。

当作为合成器使用时，各输入端口之间具备高隔离度，各输入端口之间的隔离度不低于20dB。如果出现各输入端口输入功率不平衡的情况(例如某个功放模块输出功率降低，或者无输出功率)，由于输入不平衡而产生的功率会被功率合成器的平衡负载吸收掉，而不会反射回其它功放模块而对这些功放模块的正常工作造成影响，从而对整个射频系统产生保护作用。

相比于带状线结构的功率分配器，本实施例的3.9GHz PCB Gysel六路功率分配器采用微带线PCB结构，功率分配器的结构紧凑，内置匹配负载电阻，方便功率分配器的使用。

本实施例的3.9GHz PCB Gysel六路功率分配器的设计方法可以应用在其它频率的功率分配器中，也可以应用在其它输入路数的功率分配器上，也可以应用在其它功率等级的功率分配器上，比如500W或者800W功率分配器；也可以应用在其它端口间距的功率分配器上，比如端口间距88.9mm或者120.5mm的功率分配器。

Claims (7)

1.一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：由2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器进行级联得到；2个所述不等分二路Gysel功率分配器的输出功率比均为1:2。

2.根据权利要求1所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：包括腔体、PCB板、1个功分器输入端口、6个功分器输出端口、5个功率分配器单元和多个匹配负载电阻；所述PCB板置于腔体内；5个功率分配器单元均位于在PCB板上；

所述5个功率分配器单元包括第一功率分配器单元、第二功率分配器单元、第三功率分配器单元、第四功率分配器单元和第五功率分配器单元；

所述第一功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，该第一功率分配器单元的输入端与功分器输入端口连接；

该第一功率分配器单元的一个输出端与第二功率分配器单元的输入端连接，第二功率分配器单元的一个输出端与一个功分器输出端口连接，第二功率分配器单元另一个输出端与第四功率分配器单元的输入端连接；所述第二功率分配器单元为不等分二路Gysel功率分配器；

该第一功率分配器单元的另一个输出端与第三功率分配器单元的输入端连接，第三功率分配器单元的一个输出端与一个功分器输出端口连接，第三功率分配器单元的另一个输出端与第五功率分配器单元的输入端连接；所述第三功率分配器单元为不等分二路Gysel功率分配器；

所述第四功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，第四功率分配器单元的两个输出端均与两个功分器输出端口连接；

所述第五功率分配器单元为等分二路Gysel功率分配器，第五功率分配器单元的两个输出端均与两个功分器输出端口连接；

各功率分配器单元的匹配负载端口均连接一匹配负载电阻。

3.根据权利要求2所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：所述腔体包括腔体主体和设置在腔体主体上的盖板，所述腔体主体和盖板均为铝板。

4.根据权利要求2所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：所述功分器输入端口位于腔体一外侧壁的中心位置处，6个所述功分器输出端口等间距分布在腔体另一外侧壁上。

5.根据权利要求2所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：多个匹配负载电阻焊接在PCB板。

6.根据权利要求1所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：2个不等分二路Gysel功率分配器和3个等分二路Gysel功率分配器通过各微带线进行级联。

7.根据权利要求2所述的一种Gysel型6路功率分配器，其特征在于：所述匹配负载电阻为50Ω匹配负载电阻。

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