專利名稱：基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平衡端口的功率分配器，確切地說(shuō)，涉及一種基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器，屬于微波傳輸器件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在射頻無(wú)源電路中，用于功率分配及組合的功率分配器具有非常重要的地位。功率分配器具有結(jié)構(gòu)緊湊，容易生產(chǎn)，制作成本低等許多優(yōu)點(diǎn)，往往應(yīng)用于功率放大器、混頻器和陣列天線等無(wú)線通信系統(tǒng)中。然而，以前國(guó)內(nèi)外往往集中于研究單端口的功率分配器，對(duì)平衡端口的功率分配器研究則相對(duì)較少。與單端射頻電路系統(tǒng)相比較，平衡端口的射頻電路系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)更多，比如好的共模信號(hào)抑制能力，對(duì)噪聲信號(hào)的消除，最大限度的傳輸差模信號(hào)等等。據(jù)申請(qǐng)人所知平衡功率放大器具有能夠最大限度地傳輸差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)，容易消除零點(diǎn)漂移和容易實(shí)現(xiàn)比單端功率放大器更好的線性度等一系列優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和專利的檢索發(fā)現(xiàn)，目前，基于平面微帶的平衡到平衡的Wilkinson (威爾金森)功率分配器已經(jīng)有人提出(參見(jiàn)《A NewBalanced-to-Balanced Power Divider/Combiner》，干丨J 于 IEEE Trans. Microw. TheoryTech. ,2012,60, (9)，pp. 2791-2798)，其具體電路結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1所示。該電路包括下述部件一對(duì)輸入端口 A (由1，4組成)和兩對(duì)輸出端口 B (由2，3組成)和C (由5，6組成)，其他電路元件采用了嚴(yán)格的對(duì) 稱結(jié)構(gòu)，采用奇偶模分析法解析該電路的各個(gè)組成元件共使用了七條傳輸線(分別為各一條的Z14、Z25和Z36,以及兩條的Z12和Z23，其中Z14、Z25, Z36> Z12和Z23分別表示各自傳輸線的特性阻抗)和四個(gè)電阻(即兩個(gè)R2和兩個(gè)R3)。其中輸入端口對(duì)1、4之間，以及輸出端口對(duì)2、3和5、6之間均分別采用電長(zhǎng)度Θ = Ji的傳輸線連接；輸
入和輸出之間的1、2端口和4、5端口分別用電長(zhǎng)度0 = f的傳輸線連接。為隔離兩個(gè)輸出
端口 2、5，采用傳輸線Z25連接兩個(gè)相同的電阻R2。同樣地，也采用傳輸線Z36連接兩個(gè)相同的電阻R3來(lái)隔離兩個(gè)輸出端口 3、6。這個(gè)現(xiàn)有電路的功能是A端口的差模輸入信號(hào)等分、同向地分別從B、C兩個(gè)端口輸出，實(shí)現(xiàn)了完全的匹配；還實(shí)現(xiàn)了 B、C兩個(gè)端口之間的隔離；A、B、C三個(gè)端口的共模輸入信號(hào)完全被抑制。但是，這個(gè)功率分配器的電路有個(gè)最大的缺點(diǎn)就是兩個(gè)隔離端口之間分別使用跨接電阻R2和R3，使得兩個(gè)輸出端的信號(hào)必須同向；由于輸出端口的不匹配等因素造成的功率損耗將會(huì)集中產(chǎn)生在電阻R2和R3上。然而，由于這兩個(gè)電阻R2和R3采用了跨接結(jié)構(gòu)，不容易加載散熱裝置，導(dǎo)致其產(chǎn)生的熱量直接耗散在該功率分配器的電路內(nèi)部，從而嚴(yán)重影響該功率分配器的電路性能，使得該器件不能用于大功率場(chǎng)合，限制了其應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器，該器件利用兩個(gè)接地電阻取代了原來(lái)器件電路中的4個(gè)跨接電阻，既簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，更解決了現(xiàn)有器件不易散熱的問(wèn)題，在保證平衡性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了大功率的應(yīng)用，同時(shí)兼顧了平衡和大功率兩方面性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器，其控制電路是基于平衡式威爾金森(Wilkinson)功率分配器的平面微帶的結(jié)構(gòu)改進(jìn)電路，包括有相同的一對(duì)差分輸入端口( A)和兩對(duì)差分輸出端口( B )與(C);其特征在于所述功率分配器增設(shè)兩條微帶傳輸線和兩個(gè)接地電阻，用于取代原來(lái)分別位于兩個(gè)對(duì)稱輸出端口之間的一條微帶傳輸線和兩個(gè)隔離電阻，即在端口 2和5之間連接有兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z25和位于其中間的接地電阻R2，在端口 3和6之間同樣連接有兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z36和位于其中間的接地電阻R3，藉由該兩個(gè)接地電阻將該功率分配器工作產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至地而散熱，從而有利于加設(shè)散熱器而保證大功率的應(yīng)用。本發(fā)明功率分配器的電路創(chuàng)新技術(shù)是采用了嚴(yán)格的平面微帶對(duì)稱結(jié)構(gòu)，與原來(lái)功率分配器的電路相比較，本發(fā)明功率分配器電路是在端口 2、5之間連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z25和位于其中間的接地電阻R2，在端口 3、6之間同樣連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z36和位于其中間的接地電阻R3，這兩條電路對(duì)稱，上下兩個(gè)微帶傳輸線相同，故名稱也相同，藉由該兩個(gè)接地電阻將該功率分配器控制電路工作產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至地而散熱，有利于加設(shè)散熱器而保證大功率的應(yīng)用。本發(fā)明功率分配器通過(guò)奇偶模分析技術(shù)，為滿足小型化和最簡(jiǎn)化，相關(guān)元件的參數(shù)合理、適宜。特別是在隔離電路中，采用Gysel功率分配器中的兩個(gè)電阻接地技術(shù)，使其熱量通過(guò)接地電阻向外界擴(kuò)散，從而可以應(yīng)用于大功率，很好地彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在保證原有器件功能基礎(chǔ)上，還可應(yīng)用于大功率場(chǎng)合，特別是應(yīng)用在功率放大器、陣列天線、混頻器和雙工器等大功率場(chǎng)合。而且，器件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制作成本低廉，采用平面微帶結(jié)構(gòu)，易于集成，能夠應(yīng)用于更加復(fù)雜、密集的集成電路中，具有很好的推廣應(yīng)用前景。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的功率分配器電路結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本發(fā)明功率分配器電路結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖3是本發(fā)明功率分配器的微帶線印制版圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例仿真試驗(yàn)結(jié)果差?；蚬材Ｐ盘?hào)到差模的S參數(shù)比較圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例仿真試驗(yàn)結(jié)果差?；蚬材Ｐ盘?hào)到共模的S參數(shù)比較圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果差?；蚬材Ｐ盘?hào)到差模的S參數(shù)比較圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果差?；蚬材Ｐ盘?hào)到共模的S參數(shù)比較圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖2，介紹本發(fā)明基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器的電路的整體結(jié)構(gòu)其電路是在平衡式Wilkinson功率分配器的平面微帶電路上的改進(jìn)，具有平衡和大功率雙方面的優(yōu)勢(shì)。設(shè)有A、B、C三對(duì)端口 一對(duì)差分輸入端口 A和兩對(duì)差分輸出端口 B與C，其中的端口 1、2、3和端口 4、5、6采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，差分輸入端口 A由端口 1、4組成，兩對(duì)差分輸出端口 B與C分別由端口 2、3和端口 5、6組成。其與平衡式Wilkinson功率分配器電路的區(qū)別是增設(shè)兩條微帶傳輸線和兩個(gè)接地電阻，用于取代原來(lái)分別位于兩個(gè)對(duì)稱輸出端口之間的一條微帶傳輸線和兩個(gè)隔離電阻，即在端口 2和5之間連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z25和位于其中間的接地電阻R2,在端口 3和6之間同樣連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z36和位于其中間的接地電阻R3，藉由該兩個(gè)接地電阻將該功率分配器控制電路工作產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至地而散熱，從而有利于加設(shè)散熱器而保證大功率的應(yīng)用。差分輸入端口 A的兩個(gè)端口之間的微帶傳輸線的特性阻抗為Z14，其電長(zhǎng)度Θ 14=^ ;兩對(duì)差分輸出端口 B與C的各自兩個(gè)端口 2、3之間和5、6之間的微帶傳輸線的特
性阻抗都為Z23，其電長(zhǎng)度θ23=π。微帶傳輸線Z25和微帶傳輸線Z36的電長(zhǎng)度均為
H=-。為了使得差分輸入端口 A的差模輸入信號(hào)能夠等分、同向地分別從兩個(gè)差分輸出端口 B與C 輸出，實(shí)現(xiàn)完全匹配，使得差分輸入端口 A與兩個(gè)差分輸出端口 B與C之間實(shí)現(xiàn)完全隔離和兩個(gè)差分輸出端口 B與C之間不能傳輸差模信號(hào)，以及上述三個(gè)端口完
全抑制共模信號(hào)，本發(fā)明功率分配器的微帶傳輸線參數(shù)要滿足下述四個(gè)公式Z12 ，It Ji Iτ
f +，6 12 =OTX-和 θ23=ηΧπ ;式中，Z12、Z25 和 Z36 分別為微帶傳輸線 Z12、Z25 和
Z 25 ^36 Ζ02
Z36的特征阻抗，Θ 12和Θ 23分別為微帶傳輸線Z12和Z23的電長(zhǎng)度，R2, R3為接地電阻，Z0為500，!!1和11是兩個(gè)正奇數(shù)。本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了多次實(shí)施試驗(yàn)，為滿足電路的小型化和最簡(jiǎn)化，實(shí)施例的參數(shù)
θ14 =沒(méi)23 =貧
二 θ36 =:/2
如下= Z21 = Z25 = Ζ, = ^oo ;實(shí)施例的印制板圖如圖3所示。
Zi2 =35.3553Ω R2 = R:' = 25Ω本發(fā)明實(shí)施例的微帶線印制板(如圖3所示)是用F4B基板制成，其相對(duì)介電常數(shù)為2. 65，損耗角正切為O. 001，厚度為1mm，相關(guān)尺寸為WQ=2. 72mm, W1=I 49mm,I1=I3=Se. 58mm，12=17. 58mm，I4=Hmm0參見(jiàn)圖4和5，介紹本發(fā)明仿真實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果示意圖差?；蚬材Ｐ盘?hào)到差模的S參數(shù)的仿真測(cè)試結(jié)果和共?；虿钅Ｐ盘?hào)到共模的S參數(shù)仿真測(cè)試結(jié)果。從仿真圖中可以看到差模傳輸系數(shù)SddBA=-3. OldB，共模反射系數(shù)Scxaa和SeeBB接近OdB。式中，下標(biāo)dd表示從差模到差模的轉(zhuǎn)換，BA為A端口到B端口的傳輸，CC表示共模到共模的轉(zhuǎn)換，AA為A端口到A端口的傳輸、即A端口的反射，BB為B端口到B端口的傳輸、即B端口的反射。在2. 45GHz時(shí)，其它的混合參數(shù)接近O?？梢钥吹皆诮咏行念l率的時(shí)候，實(shí)施例電路的參數(shù)都是理想的情況。圖6和圖7為最終測(cè)試結(jié)果，可以看到在中心頻率端口 A到端口 B的差模傳輸系數(shù)SddBA為-1. 6dB,端口 A和端口 B的差模反射系數(shù)SddAA和SddBB都小于-15dB，而端口 A和端口 B的共模反射系數(shù)SeeAA和Scxbb分別有其最大值-O. 07dB和-O. 25dB,且在2. 43GHz處顯示了良好的共模抑制，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器，其控制電路是基于平衡式威爾金森(Wilkinson)功率分配器的平面微帶的結(jié)構(gòu)改進(jìn)電路，包括有相同的一對(duì)差分輸入端口(A)和兩對(duì)差分輸出端口(B)與(C);其特征在于所述功率分配器增設(shè)兩條微帶傳輸線和兩個(gè)接地電阻，用于取代原來(lái)分別位于兩個(gè)對(duì)稱輸出端口之間的一條微帶傳輸線和兩個(gè)隔離電阻，即在端口 2和5之間連接有兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z25和位于其中間的接地電阻R2,在端口 3和6之間同樣連接有兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z36和位于其中間的接地電阻R3，藉由該兩個(gè)接地電阻將該功率分配器工作產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至地而散熱，從而有利于加設(shè)散熱器而保證大功率的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率分配器，其特征在于所述功率分配器的三對(duì)端口中的端口 1、2、3和端口 4、5、6是對(duì)稱的，差分輸入端口由端口 1、4組成，兩對(duì)差分輸出端口分別由端口 2、3和端口 5、6所組成；其中，差分輸入端口(A)的兩個(gè)端口之間的微帶傳輸線的特性阻抗為Z14，其電長(zhǎng)度θ14= Ji ;兩對(duì)差分輸出端口(B)與(C)的各自兩個(gè)端口 2、3之間和5、6之間的微帶傳輸線的特性阻抗都為Z23，其電長(zhǎng)度θ 23=π
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率分配器，其特征在于所述微帶傳輸線Z25和微帶傳輸線Z36的電長(zhǎng)度均為，即民5 =Ab=-。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率分配器，其特征在于為使差分輸入端口(A)的差模輸入信號(hào)等分、同向地分別從兩個(gè)差分輸出端口(B)與(C)輸出，實(shí)現(xiàn)完全匹配，并使差分輸入端口(A)與兩個(gè)差分輸出端口(B)與(C)之間實(shí)現(xiàn)完全隔離，以及上述三個(gè)端口完全抑制共模信號(hào)，所述功率分配器的微帶傳輸線的參數(shù)要滿足下述四個(gè)公式Z12 ，Λ, R, Iπ+ ^y，沒(méi)12=wx—和θ23=ηΧ π ;式中，Z12、Z25和Z36分別為微帶傳輸線Z12、Z25和^25 <362Z36的特征阻抗，Θ 12和Θ 23分別為微帶傳輸線Z12和Z23的電長(zhǎng)度，R2, R3為接地電阻，Z0為.500，!!1和11是兩個(gè)正奇數(shù)。
全文摘要
一種基于大功率應(yīng)用的平面微帶平衡到平衡的功率分配器，是基于平衡式Wilkinson功率分配器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，設(shè)有一對(duì)差分輸入端口和兩對(duì)差分輸出端口，并增設(shè)兩條微帶傳輸線和兩個(gè)接地電阻，用于取代原來(lái)分別位于兩個(gè)對(duì)稱輸出端口之間的一條微帶傳輸線和兩個(gè)隔離電阻，即在端口2和5之間連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z25和位于其中間的接地電阻R2，在端口3和6之間同樣連接兩根對(duì)稱的微帶傳輸線Z36和位于其中間的接地電阻R3，藉由該兩個(gè)接地電阻提供的散熱通道，能將該功率分配器工作產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至地而散熱，從而有利于加設(shè)散熱器而保證大功率的應(yīng)用。其他特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)對(duì)稱、簡(jiǎn)單、緊湊，易于小型化和工程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01P5/16GK103035995SQ201210567670
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者吳永樂(lè), 劉強(qiáng), 張偉偉, 沈俊宇, 黎淑蘭, 于翠屏, 蘇明, 劉元安 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)