一種小型化寬帶功分器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型化寬帶功分器電路，包括第一端口、第二端口、第三端口、第一阻抗變換單元、第二阻抗變換單元、第一隔離電阻、第二隔離電阻和諧振單元，信號由第一端口進入后分為兩路信號鏈路，一路經(jīng)過第一阻抗變換單元到達第二端口輸出，另一路經(jīng)過第二阻抗變換單元到達第三端口輸出；第一隔離電阻一端位于第一阻抗變換單元與第二端口之間，另一端與第二隔離電阻相連接，第二隔離電阻一端位于第二阻抗變換單元與第三端口之間，另一端與第一隔離電阻相連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)各端口回波損耗、隔離度的帶寬同時展寬，在克服了已有寬帶展寬技術電路尺寸大、電路結(jié)構難調(diào)整、性能不佳等缺點的同時，具有帶寬可調(diào)范圍大，結(jié)構緊湊等優(yōu)點。
【專利說明】一種小型化寬帶功分器電路

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻無線通信【技術領域】，具體涉及一種小型化寬帶功分器電路。

【背景技術】
[0002]功分器是將輸入功率分成相等或不相等的幾路輸出的一種多端口微波網(wǎng)絡器件，在相控陣雷達、多路無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。寬頻帶、小型化、低損耗器件一直以來都是微波射頻電路的研究熱點，而且隨著寬帶天線、寬帶濾波器等器件的不斷發(fā)展，對寬帶功分器的要求也越來越高，需求也越來越大。
[0003]對于功分器而言，主要的設計要求有:各端口電路匹配，端口間隔離度高，當其中一路出現(xiàn)故障時不至于影響另一路的正常工作或影響很小，從而提高設備的可靠性；傳輸損耗小，各路相位一致性好，以保證較高的分配效率；電路形式簡單，容易調(diào)整，且體積要小，以便于設備的小型化和實現(xiàn)批量生產(chǎn)。Wilkinson型功分器不僅具有良好的幅度相位特性而且端口匹配、傳輸損耗小、設計簡便，被廣泛的用于功分器設計中，但由于單節(jié)Wilkinson功分器的狹窄帶寬限制了其在寬帶系統(tǒng)中的應用。近年來，為了增加帶寬，多級級聯(lián)、微帶分支線加載等技術(文獻[1-3])被用來設計寬帶功分器。
[0004]在文獻[1-2]中，通過對傳統(tǒng)的單級Wilkinson功分器進行級聯(lián)和各支路加載分支短接線，實現(xiàn)了回波損耗、隔離度帶寬展寬。這些功分器結(jié)構易于用微帶線或帶狀線實現(xiàn)，但尺寸大，損耗大等缺點使得其不適合電路小型化應用。將微帶線用集總元件代替，并采用芯片級加工應用，可大大減少功分器的尺寸，實現(xiàn)微型化。
[0005]在文獻[3]中，提出了一種集總寬帶Wilkinson功分器芯片，通過將級聯(lián)型寬帶功分器中的λ/4傳輸線替換為Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件，如圖1，從而實現(xiàn)帶寬展寬的同時，大大減少了電路尺寸，但其電路難調(diào)整、傳輸曲線只有部分帶寬展寬且工作于15GHz高頻段。自此，關于更多新型Wilkinson功分器寬帶展寬技術還未有研究報生口 ο


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明針對級聯(lián)型、加載分支線型寬帶功分器，微帶線實現(xiàn)時電路尺寸大、損耗大，集總方式實現(xiàn)時電路結(jié)構復雜、傳輸性能不佳等不足，提出了一種小型化寬帶功分器電路，僅在兩支路隔離電阻間加載諧振單元，便能夠?qū)崿F(xiàn)高性能寬帶功分器電路。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種小型化寬帶功分器電路，該電路包括第一端口 1、第二端口 2、第三端口 3、第一阻抗變換單元10、第二阻抗變換單元20、第一隔離電阻R1、第二隔離電阻R2和諧振單元30，其中:
[0010]信號由第一端口 I進入后分為兩路信號鏈路，一路信號鏈路經(jīng)過第一阻抗變換單元10到達第二端口 2輸出，另一路信號鏈路經(jīng)過第二阻抗變換單元20到達第三端口 3輸出；
[0011]第一隔離電阻Rl —端位于第一阻抗變換單元10與第二端口 2之間，另一端與第二隔離電阻R2相連接，第二隔離電阻R2—端位于第二阻抗變換單元20與第三端口 3之間，另一端與第一隔離電阻Rl相連接。
[0012]上述方案中，所述第一隔離電阻Rl和所述第二隔離電阻R2位于所述第二端口 2與所述第三端口 3之間，用于實現(xiàn)兩路信號鏈路的隔離。
[0013]上述方案中，所述第一隔離電阻Rl和所述第二隔離電阻R2對稱分布，保證了加載諧振單元30后該小型化寬帶功分器電路的對稱性。
[0014]上述方案中，所述諧振單元30連接于第一隔離電阻Rl與第二隔離電阻R2之間，該電路通過加載諧振單元30實現(xiàn)了各端口回波損耗和隔離度的帶寬同時展寬。
[0015]上述方案中，所述第一阻抗變換單元10和所述第二阻抗變換單元20是由λ /4傳輸線表示，其中λ/4傳輸線的電路結(jié)構形式有均勻阻抗線、階躍阻抗線、耦合線以及其變形結(jié)構，以用于PCB板級加工應用。
[0016]上述方案中，所述第一阻抗變換單元10和所述第二阻抗變換單元20是由Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件表示，其中串聯(lián)電感兩側(cè)的并聯(lián)電容元件值是相同或不相同，以用于芯片級加工應用。
[0017]上述方案中，所述諧振單元30是由λ/4短路接地傳輸線或λ/2開路傳輸線表示，或者是由電感-電容串聯(lián)接地表示，以實現(xiàn)PCB板級及芯片級電路加工應用。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明提供的這種小型化寬帶功分器電路，具有帶寬可調(diào)范圍大，結(jié)構緊湊，性能優(yōu)良等優(yōu)點。通過在兩隔離電阻間加載簡單諧振單元，在通帶內(nèi)相應頻率處引入了一個傳輸極點(通帶內(nèi)增加極點即可展寬帶寬)，從而實現(xiàn)各端口回波損耗、隔離度的帶寬同時展寬。通過調(diào)整諧振單元尺寸可控制傳輸極點的頻率位置，使得電路帶寬可調(diào)，結(jié)構更緊湊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有的級聯(lián)型寬帶Wilkinson功分器電路結(jié)構示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明所提出的小型化寬帶功分器電路結(jié)構示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的阻抗變換單元由λ /4傳輸線表示，諧振單元由λ /4短路接地傳輸線表示；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的阻抗變換單元由λ /4傳輸線表示，諧振單元由λ/2開路傳輸線表示；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的阻抗變換單元由Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件表示，諧振單元由電感-電容串聯(lián)接地表示；
[0025]圖6是本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的端口回波損耗頻譜特性；
[0026]圖7是本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的端口隔離度頻譜特性。

【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的一種小型化寬帶功分器電路，該電路包括第一端口 1、第二端口 2、第三端口 3、第一阻抗變換單元10、第二阻抗變換單元20、第一隔離電阻R1、第二隔離電阻R2和諧振單元30。其中:信號由第一端口 I進入后分為兩路信號鏈路，一路信號鏈路經(jīng)過第一阻抗變換單元10到達第二端口 2輸出，另一路信號鏈路經(jīng)過第二阻抗變換單元20到達第三端口 3輸出；由于兩路電路結(jié)構對稱，完成了信號功率等分的目的；第一隔離電阻Rl —端位于第一阻抗變換單元10與第二端口 2之間，另一端與第二隔離電阻R2相連接，第二隔離電阻R2 —端位于第二阻抗變換單元20與第三端口 3之間，另一端與第一隔離電阻Rl相連接。
[0029]所述第一隔離電阻Rl和所述第二隔離電阻R2位于所述第二端口 2與所述第三端口 3之間，用于實現(xiàn)兩路信號鏈路的高度隔離，且第一隔離電阻Rl和第二隔離電阻R2的對稱分布，保證了加載諧振單元30后該小型化寬帶功分器電路的對稱性。
[0030]諧振單元30連接于第一隔離電阻Rl和第二隔離電阻R2之間，該電路通過加載諧振單元30后，在各端口回波損耗與隔離度通帶內(nèi)引入了傳輸極點，從而展寬了功分器的帶寬，實現(xiàn)了各端口回波損耗和隔離度的帶寬同時展寬。由于加載結(jié)構簡單有效，從而電路調(diào)整簡易、電路尺寸小。
[0031]第一阻抗變換單元10和第二阻抗變換單元20可由λ/4傳輸線、Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件表示，諧振單元30可由λ/4短路接地傳輸線、λ/2開路傳輸線、電感-電容串聯(lián)接地表示，如圖3、圖4和圖5。用不同結(jié)構形式表示第一阻抗變換單元10、第二阻抗變換單元20和諧振單元30，以適應不同加工工藝、工作頻率。圖3中代替第一阻抗變換單元10的λ /4傳輸線的總特性阻抗為Zl，代替第二阻抗變換單元20的λ/4傳輸線的總特性阻抗為Ζ2，電路結(jié)構形式有均勻阻抗線、階躍阻抗線、耦合線以及其變形結(jié)構，代替諧振單元30的λ /4短路接地傳輸線的總特性阻抗為Ζ3。
[0032]圖4中代替第一阻抗變換單元10的λ /4傳輸線的總特性阻抗為Ζ1，代替第二阻抗變換單元20的λ /4傳輸線的總特性阻抗為Ζ2，電路結(jié)構形式有均勻阻抗線、階躍阻抗線、耦合線以及其變形結(jié)構，代替諧振單元30的λ /2開路傳輸線的總特性阻抗為Ζ4。
[0033]Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件由λ /4傳輸線等效而來，圖5中代替第一阻抗變換單元10的Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件由C1-L1-C2表示，代替第二阻抗變換單元20的Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件由C3-L2-C4表示。為了保持電路對稱，電容Cl和C3、電容C2和C4的元件值大小相同，但電容Cl和C2的元件值可相同，也可不同。代替諧振單元30的電感-電容串聯(lián)接地由電感LO和電容CO串聯(lián)并末端接地表示。
[0034]下面結(jié)合一具體實例對本發(fā)明實施例提供的一種新型的小型化寬帶功分器電路進行說明，電路結(jié)構圖如圖5。其中阻抗變換單元由Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件組成,諧振單元由電感-電容串聯(lián)接地組成，相關電路元件參數(shù)值如下:
[0035]第一阻抗變換單元10中的電感LI值約為6.7ηΗ，電容Cl值約為1.3pF，電容C2值約為1.5pF ;第二阻抗變換單元20中的電感L2值約為6.7nH，電容C3值約為1.3pF，電容C4值約為1.5pF。兩個隔離電阻R1、R2的值相同，約為41歐姆。諧振單元中，電感LO值約為21nH，電容CO值約為1.6pF。
[0036]本發(fā)明實施例提供的一種新型的小型化寬帶功分器電路，其電路結(jié)構圖和實物版圖的仿真工具為ADSXandence，仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。圖6為本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的端口回波損耗頻譜特性，圖7為本發(fā)明實施例小型化寬帶功分器的端口隔離度頻譜特性，第一端口 I到第一端口 I的回波損耗S11，第二端口 2到第二端口 2的回波損耗S22，第二端口 2到第三端口 3的隔離度S23，在1-1.85GHz頻率范圍內(nèi)的模值都小于_15dB。單級Wilkinson功分器的帶寬最多為40MHz，由此可看出，本發(fā)明實施例中的帶寬展寬了 2倍以上，且通過調(diào)整各元件值大小，可輕松調(diào)整帶寬。
[0037]以上的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和實施方式進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0038]參考文獻
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【權利要求】
1.一種小型化寬帶功分器電路，其特征在于，該電路包括第一端口(I)、第二端口(2)、第三端口(3)、第一阻抗變換單元(10)、第二阻抗變換單元(20)、第一隔離電阻(Rl)、第二隔離電阻(R2)和諧振單元(30)，其中: 信號由第一端口(I)進入后分為兩路信號鏈路，一路信號鏈路經(jīng)過第一阻抗變換單元(10)到達第二端口(2)輸出，另一路信號鏈路經(jīng)過第二阻抗變換單元(20)到達第三端口(3)輸出； 第一隔離電阻(Rl) —端位于第一阻抗變換單元(10)與第二端口(2)之間，另一端與第二隔離電阻(R2)相連接，第二隔離電阻(R2) —端位于第二阻抗變換單元(20)與第三端口(3)之間，另一端與第一隔離電阻(Rl)相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述第一隔離電阻(Rl)和所述第二隔離電阻(R2)位于所述第二端口(2)與所述第三端口(3)之間，用于實現(xiàn)兩路信號鏈路的隔離。
3.根據(jù)權利要求2所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述第一隔離電阻(Rl)和所述第二隔離電阻(R2)對稱分布，保證了加載諧振單元(30)后該小型化寬帶功分器電路的對稱性。
4.根據(jù)權利要求1所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述諧振單元(30)連接于第一隔離電阻(Rl)與第二隔離電阻(R2)之間，該電路通過加載諧振單元(30)實現(xiàn)了各端口回波損耗和隔離度的帶寬同時展寬。
5.根據(jù)權利要求1所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述第一阻抗變換單元(10)和所述第二阻抗變換單元(20)是由λ/4傳輸線表示，其中λ/4傳輸線的電路結(jié)構形式有均勻阻抗線、階躍阻抗線、耦合線以及其變形結(jié)構，以用于PCB板級加工應用。
6.根據(jù)權利要求1所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述第一阻抗變換單元(10)和所述第二阻抗變換單元(20)是由Π型并聯(lián)電容-串聯(lián)電感-并聯(lián)電容集總元件表示，其中串聯(lián)電感兩側(cè)的并聯(lián)電容元件值是相同或不相同，以用于芯片級加工應用。
7.根據(jù)權利要求1所述的小型化寬帶功分器電路，其特征在于，所述諧振單元(30)是由λ/4短路接地傳輸線或λ/2開路傳輸線表示，或者是由電感-電容串聯(lián)接地表示，以實現(xiàn)PCB板級及芯片級電路加工應用。
【文檔編號】H01P5/16GK104078736SQ201310100333
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月26日 優(yōu)先權日:2013年3月26日
【發(fā)明者】萬晶, 孫征宇, 楊洪文, 閻躍鵬 申請人:中國科學院微電子研究所