CN219163675U - 小型化超宽频带微带功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了小型化超宽频带微带功分器，包括一个一级一分三微带功分器和三个分别级联在一级一分三微带功分器的三个输出端的三个二级一分三功分器，一分三功分器采用6节十四分之一波长阻抗变换器的结构，通过一级一分三功分器与二级一分三功分器级联的形式实现九路功分，在拓宽功分器带宽的同时大大缩小功分器尺寸，从而实现超宽带性能、损耗低且尺寸满足小型化需求。与现有技术相比，本小型化超宽频带微带功分器采用十四分之一波长的微带线组成六节阻抗变化器，大大展宽了功分器带宽，实现超宽带性能，同时功分器尺寸较传统四分之一波长Wilkinson功分器缩减了53.3％，满足系统小型化需求。

Description

小型化超宽频带微带功分器

技术领域

本实用新型涉及功率分配技术领域，具体涉及小型化超宽频带微带功分器。

背景技术

功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口微波网络。随着无线通信技术的快速发展，微波无源器件应用越加广泛，功率分配器(简称功分器)在其中发挥着非常重要的作用。由于现代科技的飞速发展，超宽带通信应用更加广泛，人们对于功分器的带宽需求也越来越高，能够工作在宽带范围的功分器成为了一个研究热点。另一方面，在5G通信等新型产业应用需求的牵引下，对器件/模块的小型化提出了更高的要求，对功分器而言，很多传统的设计思路已经无法满足未来各类先进系统的需求。鉴于上述情况，研究如何在更小的空间内实现超宽带功分器具有十分重要的现实意义。

现有的宽带微带功分器大多以传统Wilkinson结构为基础，通过增加阶数，即增加四分之一波长线段和相应的隔离电阻数目来增加带宽，为了达到超宽带的带宽，必须使用三节以上的威尔金森功分器。但是三节威尔金森超宽带功分器的传输线长度达到了四分之三波长，极大增加了功分器的尺寸和插入损耗，不满足当前小型化的需求，并且生产成本较高。

实用新型内容

针对背景技术中所提出的问题，本实用新型目的在于提供小型化超宽频带微带功分器，通过采用多节十四分之一阻抗变换器来实现超宽带性能，同时缩小功分器尺寸，用以满足微波系统的小型化需求，解决现有的超宽带微带功分器尺寸大，插入损耗大及生产成本高的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

小型化超宽频带微带功分器，包括：

一个一级一分三功分器和三个二级一分三功分器，三个所述二级一分三功分器分别级联于所述一级一分三功分器的三个输出端；

所述一级一分三功分器和所述二级一分三功分器均包括输入微带线和连接在所述输入微带线末端的三条功分支路；

每条所述功分支路均包括依次串联的一节微带线、二节微带线、三节微带线、四节微带线、五节微带线、六节微带线和输出微带线，所述一节微带线的首端与所述输入微带线的末端连接。

上述技术方案中，采用三个二级一分三功分器分别级联于一级一分三功分器的三个输出端的方式来展宽工作频带，信号进入一级一分三功分器后被等功率分配为三路信号，三路信号进入与一级一分三功分器的输出端一一对应连接的三个二级一分三功分器，三路信号被三个二级一分三功分器通过其功分支路等功率分配为九路信号。

采用六节阻抗变换器实现一分三功分器，其中，单节阻抗变换器采用十四分之一波长微带线，在拓宽功分器带宽的同时大大缩小功分器尺寸，从而实现超宽带性能、损耗低且尺寸满足小型化需求。

在一种可选实施例中，三条所述功分支路之间设置有第一隔离电阻、第二隔离电阻、第三隔离电阻、第四隔离电阻、第五隔离电阻和第六隔离电阻。

在一种可选实施例中，所述第一隔离电阻位于所述一节微带线和所述二节微带线的连接处；所述第二隔离电阻位于所述二节微带线和所述三节微带线的连接处；所述第三隔离电阻位于所述三节微带线和所述四节微带线的连接处；所述第四隔离电阻位于所述四节微带线和所述五节微带线的连接处；所述第五隔离电阻位于所述五节微带线和所述六节微带线的连接处；所述第六隔离电阻位于所述六节微带线和所述输出微带线的连接处。

在一种可选实施例中，所述第一隔离电阻、所述第二隔离电阻、所述第三隔离电阻、所述第四隔离电阻、所述第五隔离电阻和所述第六隔离电阻采用1206封装贴片电阻以及与所述1206封装贴片电阻阻值对应的金属膜电阻。

在一种可选实施例中，一个所述一级一分三功分器和三个所述二级一分三功分器印刷于一分九功分印制板上。

在一种可选实施例中，所述一分九功分印制板采用介电常数为2.2，损耗角正切0.0009，厚度为0.787mm的Taconic TLY-5的介质基板制成。

在一种可选实施例中，所述小型化超宽频带微带功分器还包括腔体，所述一分九功分印制板固定于所述腔体的内腔中。

在一种可选实施例中，所述腔体的侧面设置有一个N型射频连接器和九个SMA型射频连接器。

在一种可选实施例中，所述小型化超宽频带微带功分器还包括盖板，所述盖板与所述腔体可拆卸连接。

在一种可选实施例中，所述盖板和所述腔体之间设置有防水胶条。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型通过一个一级一分三功分器与三个二级一分三功分器级联的形式实现9路功分，其中，一分三功分器采用6节十四分之一波长阻抗变换器形式实现，在拓宽功分器带宽的同时大大缩小功分器尺寸，得到微波性能好，且能满足小型化需求的新型功分器。

与现有技术相比，本小型化超宽频带微带功分器采用十四分之一波长的微带线组成六节阻抗变化器，大大展宽了功分器带宽，实现超宽带性能，同时功分器尺寸较传统四分之一波长Wilkinson功分器缩减了53.3％，满足系统小型化需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例1提供的小型化超宽频带微带功分器的原理图；

图2为本实用新型实施例1提供的小型化超宽频带微带功分器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的小型化超宽频带微带功分器的内部结构图；

图4为本实用新型实施例1提供的一分九功分印制板的结构示意图；

图5为本实用新型实施例1提供的一分三功分器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例1提供的输入驻波比的实测图；

图7为本实用新型实施例1提供的VSWR2至VSWR5的输出驻波比的实测图；

图8为本实用新型实施例1提供的VSWR6至VSWR10的输出驻波比的实测图；

图9为本实用新型实施例1提供的隔离度的实测图；

图10为本实用新型实施例1提供的插入损耗的实测图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-盖板，2-腔体，3-N型射频连接器，4-SMA型射频连接器，5-一分九功分印制板，7-输入端，8-输入微带线，9-一级一分三功分器，10-二级一分三功分器，11-输出微带线，12-输出端，13-一节微带线，14-二节微带线，15-三节微带线，16-四节微带线，17-五节微带线，18-六节微带线，19-第一隔离电阻，20-第二隔离电阻，21-第三隔离电阻，22-第四隔离电阻，23-第五隔离电阻，24-第六隔离电阻。

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，下面结合实施例和附图，对本实用新型作在一种可选实施例中详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例1提供小型化超宽频带微带功分器，图1为本实用新型实施例1提供的小型化超宽频带微带功分器的原理图，如图1所示，小型化超宽频带微带功分器为一分九路等幅同相功分器，通过50Ω微带传输线将4个一分三功分器进行级联并连接隔离电阻实现。其中信号通过一级一分三功分器9，被等功率分流为3路信号，分别通过3个输入端7输入至3个二级一分三功分器10；3个二级一分三功分器10又分别将输入信号分流为等功率的9路信号进行最终输出。

图2为本实用新型实施例1提供的小型化超宽频带微带功分器的结构示意图，如图2所示，小在本实施例中小型化超宽频带微带功分器由十端口网络构成，具体包括盖板1、腔体2、一个N型射频连接器3、九个SMA型射频连接器4和一分九功分印制板5。

其中，N型射频连接器3固定于腔体2的第一侧面，SMA型射频连接器4固定于腔体2的第二侧面、第三侧面和第四侧面，第一侧面与第三侧面相对，第二侧面与第四侧面相对。在第二侧面上固定有五个SMA型射频连接器4，在第三侧面上固定有一个SMA型射频连接器4，在第四侧面上固定有三个SMA型射频连接器4。

一分九功分印制板5位于腔体2的内腔中，如图3所示。盖板1位于腔体2的上表面，盖板1与腔体2可拆卸连接，盖板1用于将一分九功分印制板5封在腔体2的内腔中。

一个所述一分九功分印制板5包括一级一分三功分器9和三个所述二级一分三功分器10。

进一步的，盖板1和腔体2选用铝合金材质进行加工，N型射频连接器3选择带防水垫的N-50KFD79G，SMA型射频连接器4为带防水垫的SMA-KFD228G。一分九功分印制板5选用介电常数为2.2，损耗角正切0.0009，厚度为0.787mm的Taconic TLY-5的介质基板进行加工。

一分九功分印制板5装配完成后，通过螺钉固定在长181mm×宽111mm×高20mm的腔体2内。输入端7口采用1个N型射频连接器3连接，输出端12口采用9个SMA型射频连接器4连接，本实施例所提供小型化超宽频带微带功分器具有装配方便，加工工艺简单，生产成本较低等特点。

进一步的，在盖板1和腔体2之间设置有防水胶条以保证腔体2的密闭性。

图4为本实用新型实施例1提供的一分九功分印制板5的结构示意图，如图4所示，一分九功分印制板5包括微带功分层、介质基层和金属地层。

其中，微带功分层包括一个一级一分三功分器9和三个二级一分三功分器10。三个二级一分三功分器10分别级联于一级一分三功分器9的三个输出端12。

微带功分层的实现过程如下：信号进入一级一分三功分器9后被等功率分配为三路信号，三路信号进入与一级一分三功分器9的输出端12一一对应连接的三个二级一分三功分器10，三路信号被三个二级一分三功分器10等功率分配为九路信号。

现有的宽带微带功分器大多以传统Wilkinson结构为基础，通过增加阶数，即增加四分之一波长线段和相应的隔离电阻数目来增加带宽，为了达到超宽带的带宽，必须使用三节以上的威尔金森功分器。但是三节威尔金森超宽带功分器的传输线长度达到了四分之三波长，极大增加了尺寸和插入损耗，不满足当前小型化的需求，并且生产成本较高。

本实用新型为缩小整体尺寸，同时减小由于微带线过长而引入的插入损耗，采用十四分之一波长微带线进行阻抗变换。但是，由于单节十四分之一波长阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此需要采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。本实施例设计的等功率分配、低损耗、小尺寸的威尔金森微带功分器采用多节十四分之一阻抗变换器来实现超宽带性能，同时缩小功分器尺寸，用以满足微波系统的小型化需求。

具体的，本实施例采用多节十四分之一阻抗变换器实现一分三功分器。

其中，一级一分三功分器9和二级一分三功分器10的结构相同，图5为本实用新型实施例1提供的一分三功分器的结构示意图，如图5所示，一分三功分器包括输入端7、50Ω的输入微带线8、三条功分支路和三条50Ω的输出微带线11。每条功分支路包括一节微带线13、二节微带线14、三节微带线15、四节微带线16、五节微带线17和六节微带线18。相邻的两条功分支路的每节微带线的末端处设置有隔离电阻。第一隔离电阻19设置于一节微带线13和二节微带线14的连接处；第二隔离电阻20设置于二节微带线14和三节微带线15的连接处；第三隔离电阻21设置于三节微带线15和四节微带线16的连接处；第四隔离电阻22设置于四节微带线16和五节微带线17的连接处；第五隔离电阻23设置于五节微带线17和六节微带线18的连接处；第六隔离电阻24设置于六节微带线18和输出微带线11的连接处。

通过上述设置，第一隔离电阻19、第二隔离电阻20、第三隔离电阻21、第四隔离电阻22、第五隔离电阻23和第六隔离电阻24可对一节微带线13、二节微带线14、三节微带线15、四节微带线16、五节微带线17、六节微带线18相邻两条功分支路间输出的射频信号进行隔离，同时，当其中一条功分支路出现开路或者短路时，反射回的功率会被隔离电阻吸收，以实现对功分器的保护。

在一种可选实施例中，隔离电阻采用封装为1206的贴片电阻以及对应阻值的金属膜电阻，以便于焊接与后续装配。

为证明本实用新型具有突出性特点和显著的进步，图6至图10提供了采用小型化超宽频带微带功分器进行测试所得到的性能数据。

其中，图6为本实用新型实施例1提供的输入驻波比的实测图，其反映了输入驻波比与工作频率之间的关系，输入驻波比曲线表示该功分器信号由输入端7流向一级一分三功分器9测出的输入驻波比。

图7为本实用新型实施例1提供的VSWR2至VSWR5的输出驻波比的实测图，其反映了VSWR2至VSWR5的输出驻波比与工作频率之间的关系；图8为本实用新型实施例1提供的VSWR6至VSWR10的输出驻波比的实测图，其反映了VSWR6至VSWR10的输出驻波比与工作频率之间的关系。输出驻波比VSWR2、VSWR3、VSWR4、VSWR5、VSWR6、VSWR7、VSWR8、VSWR9、VSWR10分别表示该功分器信号由一级一分三功分器9输入端7流向3个二级一分三功分器10的9个输出端12测出的输出驻波比。

图9为本实用新型实施例1提供的隔离度的实测图，其反映了S32与工作频率之间的关系，S32表示该功分器输出端12相邻端口频率与隔离度的对应关系。

图10为本实用新型实施例1提供的插入损耗的实测图，其反映了S21与工作频率之间的关系，S21表示该功分器信号由该功分器的输出端12流向输入端7的插入损耗实测值。

如图6至图10所示，采用本实施例提供的小型化超宽频带微带功分器进行测试，所得到的性能为：工作频率为400MHz至1000MHz，输入驻波比＜1.6，输出驻波比＜1.15，隔离度＞24dB，插入损耗＜0.7dB。

本实施例所提供的小型化超宽频带微带功分器整体结构尺寸为：长181mm×宽111mm×高20mm。

综合小型化超宽频带微带功分器的测试性能和整体结构尺寸可以得出，本实施例所提供的小型化超宽频带微带功分器通过1个一级一分三功分器9与3个二级一分三功分器10级联的形式实现9路功分，一分三功分器采用6节十四分之一波长阻抗变换器的结构，在拓宽功分器带宽的同时大大缩小功分器尺寸，从而实现超宽带性能、损耗低且尺寸满足小型化需求。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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.小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，包括：

一个一级一分三功分器(9)和三个二级一分三功分器(10)，三个所述二级一分三功分器(10)分别级联于所述一级一分三功分器(9)的三个输出端(12)；

所述一级一分三功分器(9)和所述二级一分三功分器(10)均包括输入微带线(8)和连接在所述输入微带线(8)末端的三条功分支路；

每条所述功分支路均包括依次串联的一节微带线(13)、二节微带线(14)、三节微带线(15)、四节微带线(16)、五节微带线(17)、六节微带线(18)和输出微带线(11)，所述一节微带线(13)的首端与所述输入微带线(8)的末端连接。

2.根据权利要求1所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，三条所述功分支路之间设置有第一隔离电阻(19)、第二隔离电阻(20)、第三隔离电阻(21)、第四隔离电阻(22)、第五隔离电阻(23)和第六隔离电阻(24)。

3.根据权利要求2所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述第一隔离电阻(19)位于所述一节微带线(13)和所述二节微带线(14)的连接处；所述第二隔离电阻(20)位于所述二节微带线(14)和所述三节微带线(15)的连接处；所述第三隔离电阻(21)位于所述三节微带线(15)和所述四节微带线(16)的连接处；所述第四隔离电阻(22)位于所述四节微带线(16)和所述五节微带线(17)的连接处；所述第五隔离电阻(23)位于所述五节微带线(17)和所述六节微带线(18)的连接处；所述第六隔离电阻(24)位于所述六节微带线(18)和所述输出微带线(11)的连接处。

4.根据权利要求3所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述第一隔离电阻(19)、所述第二隔离电阻(20)、所述第三隔离电阻(21)、所述第四隔离电阻(22)、所述第五隔离电阻(23)和所述第六隔离电阻(24)采用1206封装贴片电阻以及与所述1206封装贴片电阻阻值对应的金属膜电阻。

5.根据权利要求1所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，一个所述一级一分三功分器(9)和三个所述二级一分三功分器(10)印刷于一分九功分印制板(5)上。

6.根据权利要求5所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述一分九功分印制板(5)采用介电常数为2.2，损耗角正切0.0009，厚度为0.787mm的Taconic TLY-5的介质基板制成。

7.根据权利要求6所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述小型化超宽频带微带功分器还包括腔体(2)，所述一分九功分印制板(5)固定于所述腔体(2)的内腔中。

8.根据权利要求7所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述腔体(2)的侧面设置有一个N型射频连接器(3)和九个SMA型射频连接器(4)。

9.根据权利要求7所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述小型化超宽频带微带功分器还包括盖板(1)，所述盖板(1)与所述腔体(2)可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的小型化超宽频带微带功分器，其特征在于，所述盖板(1)和所述腔体(2)之间设置有防水胶条。

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