一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，包括一個(gè)功率分配環(huán)及至少一個(gè)隔離環(huán)，所述隔離環(huán)位于所述功率分配環(huán)的外部。采用上述方案，具有低損耗、寬頻帶特性，而且兩支路之間具有很高的幅相一致性。利用了微帶環(huán)形電橋的工作原理，能夠有效解決傳統(tǒng)的Wilkinson功率分配/合成器中隔離電阻功率容量問題以及插入損耗增大的問題。
【專利說明】一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)形功率分配合成器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波信號(hào)的寬帶高效功率合成技術(shù)是大功率測(cè)試系統(tǒng)、微波毫米波通信系統(tǒng)及電磁兼容測(cè)試等多個(gè)領(lǐng)域的重要組成部分，是解決目前微波毫米波通用信號(hào)源輸出功率小、無(wú)法滿足大功率信號(hào)需要等問題的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]平面功率合成器是一種將多路輸入信號(hào)能量合成一路信號(hào)能量輸出的微波毫米波電路，也可反過來(lái)將一路信號(hào)能量分成多路輸出，此時(shí)也可稱為功率分配器。傳統(tǒng)的微波毫米波平面功率分配及合成電路一般都是用Lange耦合器或Wilkinson功分器加四分之一波長(zhǎng)變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其主要缺點(diǎn)是，在工作頻段加寬時(shí)，由于功分支路的節(jié)數(shù)增多，造成通路加長(zhǎng)，損耗加大，尤其作為功率合成電路應(yīng)用時(shí)，高損耗將直接導(dǎo)致功率合成效率的大大降低。
[0004]圖1所示為一個(gè)兩路等比例分配的多節(jié)Wilkinson功分器的原理示意圖。該結(jié)構(gòu)為平面三端口網(wǎng)絡(luò)，電磁波信號(hào)由輸入端口 12進(jìn)入后，經(jīng)過一節(jié)功分環(huán)路100或多節(jié)功分環(huán)路100及200后，由兩個(gè)輸出端口 10、11等比例同相位輸出。為了增加工作頻帶寬度及兩個(gè)輸出端口 10及11之間的隔離度，就必須通過增加隔離電阻的節(jié)數(shù)來(lái)解決，但由于該結(jié)構(gòu)中功率分配環(huán)路與隔離環(huán)路重合，因此，當(dāng)功分及隔離環(huán)路節(jié)數(shù)增多時(shí)，將導(dǎo)致功率分配/合成通路的損耗增大，從而使得功率分配/合成的效率迅速下降。
[0005]現(xiàn)有平面電路功率分配/合成技術(shù)，以Wilkinson功率分配/合成器為例，雖然其采用多節(jié)結(jié)構(gòu)可獲得較寬的工作頻帶及較高的隔離度，但其缺點(diǎn)隨著節(jié)數(shù)的增加，其插入損耗隨之迅速增加，導(dǎo)致了功率分配及合成的效率大大降低；另外，由于該結(jié)構(gòu)中功率分配環(huán)路與隔離環(huán)路重合，環(huán)路內(nèi)部的隔離電阻受整體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，無(wú)法做到增大散熱面積，因此，功率容量受到很大限制。若一路放大器遭到損壞，或兩個(gè)支路中任意一個(gè)支路的端口匹配不好時(shí)，其端口反射的電磁波加到隔離電阻兩端的功率隨之增大，因此很難保證隔離電阻因大功率而不被燒毀，雖然可以通過將微帶電路上的薄膜電阻更換為厚膜電阻以增大其功率容量，但在增加成本的同時(shí)，散熱效率很難得到有效提高，從而導(dǎo)致了該結(jié)構(gòu)在大功率工作或端口失配時(shí)可靠性大大降低。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，包括一個(gè)功率分配環(huán)及至少一個(gè)隔離環(huán)，所述隔離環(huán)位于所述功率分配環(huán)的外部。
[0010]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述隔離環(huán)設(shè)置為一個(gè)。
[0011]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述功率分配環(huán)上設(shè)置一個(gè)輸入端口及兩個(gè)輸出端口 ；所述兩個(gè)輸出端口通過第二節(jié)點(diǎn)及第三節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述隔離環(huán)設(shè)置通過第四節(jié)點(diǎn)及第五節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)位于一側(cè)，所述第三節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)位于另一側(cè)。
[0012]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)相位相同；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為半波長(zhǎng)；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為四分之一波長(zhǎng)。
[0013]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。
[0014]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述隔離環(huán)設(shè)置為2-4個(gè)。
[0015]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述隔離環(huán)上均對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)或所述隔離環(huán)相連接。
[0016]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均分別串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。
[0017]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述功率分配環(huán)及所述隔離環(huán)均設(shè)置為軸向?qū)ΨQ。
[0018]采用上述方案:
[0019]1、具有低損耗、寬頻帶特性，而且兩支路之間具有很高的幅相一致性。利用了微帶環(huán)形電橋的工作原理，能夠有效解決傳統(tǒng)的Wilkinson功率分配/合成器中隔離電阻功率容量問題以及插入損耗增大的問題。
[0020]2、解決功率分配與合成中的寬頻帶、高可靠性、高效率和低損耗，在微波及毫米波頻段，由于隔離環(huán)路與功率分配環(huán)路不再重合，而是在功率分配環(huán)路之外，因此，通路損耗不會(huì)隨著隔離環(huán)的節(jié)數(shù)的增加而增加，并且由于可以較為方便的增大隔離電阻的面積，使得正向傳輸?shù)碾姶挪ê头瓷洳ㄔ诟綦x電阻上產(chǎn)生的熱量的傳導(dǎo)效率得到有效提高，因此隔離電阻即使采用是薄膜電阻，也具有良好的散熱效率，從而大大提高了該結(jié)構(gòu)工作的可靠性。
[0021]3、在同等結(jié)構(gòu)尺寸下，比傳統(tǒng)的Wilkinson功率分配/合成器具有更高的端口隔離度、更低的通路損耗及更大的功率容量等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，還可以通過改變隔離環(huán)的節(jié)數(shù)、調(diào)節(jié)隔離環(huán)的半徑或改變隔離電阻阻值的方法，很方便地實(shí)現(xiàn)不同的工作頻段及不同指標(biāo)要求的端口隔離度，本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功分器的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明環(huán)形功率分配合成器一實(shí)施例示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明環(huán)形功率分配合成器另一實(shí)施例示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本發(fā)明所采用的環(huán)形功率分配/合成技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該結(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合了微帶環(huán)形電橋的工作原理，其整體主要由一個(gè)功率分配環(huán)及一個(gè)或多個(gè)隔離環(huán)組成。它將傳統(tǒng)微帶環(huán)形電橋中微帶環(huán)上的四路分支結(jié)構(gòu)改進(jìn)為五路分支結(jié)構(gòu)，即在節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間再增加節(jié)點(diǎn)5。使得節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)3之間的路徑差為四分之一波長(zhǎng)λ g/4，而節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)4之間的路徑差為半波長(zhǎng)λ g/2。功率分配環(huán)的阻抗為50 Ω阻抗的^倍，其環(huán)的半徑約為中心頻率的四分之一波長(zhǎng)λ g/4。電磁波由輸入端口 12輸入時(shí)，由于電磁波到達(dá)節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3的相位是相同的且功率等分輸出，因此將節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3所連接的兩路作為功率分配/合成器的兩個(gè)輸出通路，其端口分別叫做輸出端口 10與輸出端口 11。由于到達(dá)節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)5的電磁波的幅度及相位均相同且均與節(jié)點(diǎn)I處反相，且節(jié)點(diǎn)4與節(jié)點(diǎn)5處，相對(duì)于輸入端的節(jié)點(diǎn)I來(lái)說為隔離端，因此兩節(jié)點(diǎn)之間可以通過隔離環(huán)22串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻6，以對(duì)節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3所在的兩個(gè)輸出支路起到隔離的作用。輸出端口 10和輸出端口 11上的圓弧角度為120度，隔離環(huán)上圓弧角度為150度，它們弧的半徑根據(jù)幾何關(guān)系很容易求得。
[0028]實(shí)施例2
[0029]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖3所示，本發(fā)明還提供其整體主要由一個(gè)功率分配環(huán)21及二個(gè)隔離環(huán)22及23組成。將功率分配環(huán)21連接的兩路作為功率分配/合成器的兩個(gè)輸出通路，其端口分別叫做輸出端口 10與輸出端口 11。在隔離環(huán)22上串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻6，在隔離環(huán)23上串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻7，加載到隔離電阻兩端的信號(hào)很小，故隔離電阻承載的功耗很小，從而提高了該結(jié)構(gòu)的功率容量及可`靠性。同時(shí)，由于可以較為方便地調(diào)節(jié)隔離電阻面積，因此隔離電阻也無(wú)需做成厚膜電阻，從而降低了生產(chǎn)成本。
[0030]實(shí)施例3
[0031]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步說明，一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，包括一個(gè)功率分配環(huán)及至少一個(gè)隔離環(huán)，所述隔離環(huán)位于所述功率分配環(huán)的外部。
[0032]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述隔離環(huán)設(shè)置為一個(gè)。
[0033]所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其中，所述功率分配環(huán)上設(shè)置一個(gè)輸入端口及兩個(gè)輸出端口 ；所述兩個(gè)輸出端口通過第二節(jié)點(diǎn)及第三節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述隔離環(huán)設(shè)置通過第四節(jié)點(diǎn)及第五節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)位于一側(cè)，所述第三節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)位于另一側(cè)。所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)相位和幅度相同；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為半波長(zhǎng)；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為四分之一波長(zhǎng)。所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。所述隔離環(huán)設(shè)置為2-4個(gè)。所述隔離環(huán)上均對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)或所述隔離環(huán)相連接。所述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均分別串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。所述功率分配環(huán)及所述隔尚環(huán)均設(shè)置為軸向?qū)ΨQ。
[0034]綜上所述，該技術(shù)方案中由于加載到隔離電阻兩端的信號(hào)很小，故隔離電阻承載的功耗很小，從而提高了該結(jié)構(gòu)的功率容量及可靠性。同時(shí)，由于可以較為方便的調(diào)節(jié)隔離電阻面積，因此隔離電阻也無(wú)需做成厚膜電阻，從而降低了生產(chǎn)成本。另外，通過調(diào)節(jié)功率分配環(huán)及隔離環(huán)半徑的方法，很方便的調(diào)節(jié)至不同的工作頻段，還可以通過增加隔離環(huán)節(jié)數(shù)的方法，很方便的增加工作頻帶寬度，同時(shí)，也可以通過增加隔離環(huán)節(jié)數(shù)及調(diào)節(jié)薄膜電阻阻值的方法來(lái)提高兩個(gè)輸出支路之間的隔離度。由于隔離環(huán)被置于功率分配環(huán)的外部，因此隔離環(huán)節(jié)數(shù)的增加并不會(huì)增加兩個(gè)功率分配支路的路徑長(zhǎng)度，從而不會(huì)降低功率分配或合成通路的損耗。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，包括一個(gè)功率分配環(huán)及至少一個(gè)隔離環(huán)，所述隔離環(huán)位于所述功率分配環(huán)的外部。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環(huán)設(shè)置為一個(gè)。
3.如權(quán)利要求2所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配環(huán)上設(shè)置一個(gè)輸入端口及兩個(gè)輸出端口 ；所述兩個(gè)輸出端口通過第二節(jié)點(diǎn)及第三節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述隔離環(huán)設(shè)置通過第四節(jié)點(diǎn)及第五節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)相連接；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)位于一側(cè)，所述第三節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)位于另一側(cè)。
4.如權(quán)利要求3所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)相位相同；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為半波長(zhǎng)；所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)之間的路徑差為四分之一波長(zhǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述第四節(jié)點(diǎn)與所述第五節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環(huán)設(shè)置為2-4個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環(huán)上均對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與所述功率分配環(huán)或所述隔離環(huán)相連接。
8.如權(quán)利要求7所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均分別串聯(lián)一個(gè)薄膜電阻。
9.如權(quán)利要求5或8所述的寬帶大功率低損耗環(huán)形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配環(huán)及所述隔離環(huán)均設(shè)置為軸向?qū)ΨQ。
【文檔編號(hào)】H01P5/12GK103618125SQ201310589944
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】孫國(guó)泉, 姜萬(wàn)順, 寧曰民 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所