CN110190372A - 宽频带一分六等功率分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种宽频带一分六等功率分配器，上层一分六微带线结构附于中间介质基板上表面，底层金属覆铜地板附于中间介质基板下表面；中间介质基板上表面一端设置信号输入端，信号输入端直接连接主路一分二等分功分电路，其两支路的末端均连接一分二不等分功分电路，按2:1功率分成两个支路，将功率小的作为第二信号输出端，功率大的连接一个支路一分二等分功分电路，从而形成第三和第四信号输出端；上层一分六微带线结构关于X轴对称，以依次形成多个信号输出端；每个一分二功分器分成的支路之间均设置有隔离电阻，六个信号输出端均连接一个3dBπ型衰减电路。其结构简单，损耗低，功率分配一致性好，相位一致性好，有效地提高功分器的隔离度性能。

Description

宽频带一分六等功率分配器

技术领域

本发明涉及微波无源技术领域，具体地，涉及一种宽频带一分六等功率分配器。

背景技术

在微波技术领域中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，就需要应用到功率分配器。微带线具有体积小、易加工、易集成等优点，因此微带功分器被广泛应用于微波及毫米波电路，在阵列天线的馈电网络中，功率分配器可以将一路信号分成多路信号；应用于微波固态放大器，可以将多个信号合成一个更大功率的输出信号，功率器的性能好坏直接关系到固态发射机的效率、幅频特性等性能的好坏。

多路功分器可分为两类：第一类是通过一个结构将一路信号一次性分为多路输出；第二类是将一路信号经过一系列的一分二结构逐次分成多路输出。在第二类功分器是将最简单的一分二级联形成N路偶等分功分器。

由此，对宽频带一分六等分功分电路的设计提出了新的要求：1、低损耗，匹配性能良好；2、宽频带，可实现多个频带的应用兼容；3、结构紧凑，尺寸小，重量轻，易于加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽频带一分六等功率分配器，该宽频带一分六等功率分配器结构简单，损耗低，功率分配一致性好，相位一致性好，有效地提高功分器的隔离度性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种宽频带一分六等功率分配器，该宽频带一分六等功率分配器的单元包括上层一分六微带线结构、中间介质基板和底层金属覆铜地板；上层一分六微带线结构附于中间介质基板的上表面，底层金属覆铜地板附于中间介质基板的下表面；

上层一分六微带线结构包括一个信号输入端、主路一分二等分功分电路、两个支路一分二等分功分电路、两个一分二不等分功分电路、第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端、第五信号输出端以及第六信号输出端；

中间介质基板的上表面一端设置信号输入端，信号输入端直接连接主路一分二等分功分电路，主路一分二等分功分电路两支路的末端均连接一个一分二不等分功分电路；一分二不等分功分电路按2:1功率分成两个支路，将两个支路中功率小的作为第二信号输出端，功率大的支路连接一个支路一分二等分功分电路，从而形成第三信号输出端和第四信号输出端；并且，上层一分六微带线结构关于X轴对称，Y轴左侧信号输出端口和右侧信号输出端口一致以依次形成为第一信号输出端、第五信号输出端和第六信号输出端；

每个一分二功分器分成的支路之间均设置有隔离电阻，六个信号输出端均连接一个3dBπ型衰减电路。

优选地，信号输入端为信号的发送区。

优选地，主路一分二等分功分电路、支路一分二等分功分电路和一分二不等分功分电路级联成为传输区。

优选地，第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端、第五信号输出端以及第六信号输出端为信号的接收区。

优选地，中间介质基板采用Rogers 4003，厚度为0.508mm，金属覆铜厚度为0.017mm，中间介质基板上表面和下表面的金属覆铜表面沉金处理。

根据上述技术方案，本发明采用了威尔金森功分器，保证了各输出端口良好的隔离度性能。威尔金森功分器的对称性保证了信号的平衡性，隔离电阻进一步提高了输出端口的隔离度，单节3dB威尔金森功分器即可实现倍频的带宽，且改变两输出分支线的特性阻抗，即可实现任意功分比的分配。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中的宽频带一分六等功率分配器的结构示意图；

图2为本发明中的宽频带一分六等功率分配器的输入端阻抗效果图；

图3为本发明中的宽频带一分六等功率分配器的输入输出端驻波效果图；

图4为本发明中的宽频带一分六等功率分配器的输入输出端传输损耗效果图；

图5为本发明中的宽频带一分六等功率分配器的各端口之间隔离效果图。

附图标记说明

1-信号输入端 2-第一信号输出端

3-第二信号输出端 4-第三信号输出端

5-第四信号输出端 6-第五信号输出端

7-第六信号输出端 8-中间介质基板

9-底层金属覆铜地板 10-隔离电阻

11-3dBπ型衰减电路 12-主路一分二等分功分电路

13-一分二不等分功分电路 14-支路一分二等分功分电路

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、中、下”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

本发明提供一种宽频带一分六等功率分配器，该宽频带一分六等功率分配器的单元包括上层一分六微带线结构、中间介质基板8和底层金属覆铜地板9；上层一分六微带线结构附于中间介质基板8的上表面，底层金属覆铜地板9附于中间介质基板8的下表面；其中，

上层一分六微带线结构包括一个信号输入端1、主路一分二等分功分电路12、两个支路一分二等分功分电路14、两个一分二不等分功分电路13、第一信号输出端2、第二信号输出端3、第三信号输出端4、第四信号输出端5、第五信号输出端6以及第六信号输出端7；

中间介质基板8的上表面一端设置信号输入端1，信号输入端1直接连接主路一分二等分功分电路12，主路一分二等分功分电路12两支路的末端均连接一个一分二不等分功分电路13；一分二不等分功分电路13按2:1功率分成两个支路，将两个支路中功率小的作为第二信号输出端3，功率大的支路连接一个支路一分二等分功分电路14，从而形成第三信号输出端4和第四信号输出端5；并且，上层一分六微带线结构关于X轴对称，Y轴左侧信号输出端口和右侧信号输出端口一致以依次形成为第一信号输出端2、第五信号输出端6和第六信号输出端7；

每个一分二功分器分成的支路之间均设置有隔离电阻10，六个信号输出端均连接一个3dBπ型衰减电路11。

在本实施方式中，优选地，信号输入端1为信号的发送区。

在本实施方式中，优选地，主路一分二等分功分电路12、支路一分二等分功分电路14和一分二不等分功分电路13级联成为传输区。

在本实施方式中，优选地，第一信号输出端2、第二信号输出端3、第三信号输出端4、第四信号输出端5、第五信号输出端6以及第六信号输出端7为信号的接收区。

在本实施方式中，优选地，中间介质基板8采用Rogers 4003，厚度为0.508mm，金属覆铜厚度为0.017mm，中间介质基板8上表面和下表面的金属覆铜表面沉金处理。

具体的，该信号输入端1的位置可根据实际需要进行调节，在上层微带线结构的一端设置信号输入端1，输入端引入一个主路一分二等分功分电路12，该电路的支路末端各连接一分二不等分功分电路13(2:1)；其中在一分二不等分功分电路13(2:1)中，功率小的支路作为第二信号输出端3，功率大的支路各连接支路一分二等分功分电路14，从而形成第三信号输出端4和第四信号输出端5；由于该上层一分六微带线结构是关于X轴对称；Y轴左侧信号输出端口和右侧信号输出端口一致，依次为信号输出端实现一分六功分电路的等功率分配；

通过级联多节功分电路，可进一步提高功分器的工作频段。为了提高各端口的隔离度，故在四分之一阻抗变换末端分别焊接隔离电阻10(0406)，阻值均为100欧姆，同时在各输出端口连接3dBπ型衰减电路11，电阻值分别为18欧姆、300欧姆、300欧姆，可有效地提高各端口的隔离度和阻抗匹配效果。

如图1所示，该上层微带线结构直接附于中间介质基板8的上面，底层金属覆铜地板9附于中间介质基板8的下表面。

该中间介质基板8材料为Rogers 4003，相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，尺寸大约为38.0mm*30.0mm；所对应的微带线特性阻抗为50欧姆，微带线宽为1.11mm，中间介质基板8的上表面和下表面的金属覆铜厚度为0.017mm；

如图2、图3所示，通过仿真软件ADS和电磁仿真软件HFSS联合仿真，在6.0～12.0GHz频段内，微带电路的阻抗匹配S11小于13.0dB，且输入驻波比小于1.6；

图4为各端口传输损耗效果图，为了调节各个输出端的阻抗匹配性能和各端口之间的隔离度，故在功分器支路末添加两级3dBπ型衰减电路11后，损耗均小于15.0dB；

图5为各端口之间的隔离度，均小于20dB，所覆盖频段为C、X波段，能基本满足实际工作频段需求。整个功分电路结构简单，易于装配，可广泛应用于微波及毫米波电路，阵列天线的馈电网络中。

由此可见，本发明采用威尔金森功分器，保证了各输出端口良好的隔离度性能。威尔金森功分器的对称性保证了信号的平衡性，隔离电阻进一步提高了输出端口的隔离度，单节3dB威尔金森功分器即可实现倍频的带宽，且改变两输出分支线的特性阻抗，即可实现任意功分比的分配。

该功分器结构是由两个不等分和三个等分一分二功分器级联而成的一分六功分器损耗小，且功率分配一致性好，相位一致性好，隔离度高。

同时，本发明在等分电路上设置了隔离电阻，有效地提高功分器的隔离度性能。

此外，在一分二功分器电路和一分二不等分功分器电路的支路均设置3dBπ衰减电路，以此来提高功分器的隔离度和阻抗匹配性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种宽频带一分六等功率分配器，其特征在于，所述宽频带一分六等功率分配器的单元包括上层一分六微带线结构、中间介质基板(8)和底层金属覆铜地板(9)；所述上层一分六微带线结构附于所述中间介质基板(8)的上表面，所述底层金属覆铜地板(9)附于所述中间介质基板(8)的下表面；其中，

所述上层一分六微带线结构包括一个信号输入端(1)、主路一分二等分功分电路(12)、两个支路一分二等分功分电路(14)、两个一分二不等分功分电路(13)、第一信号输出端(2)、第二信号输出端(3)、第三信号输出端(4)、第四信号输出端(5)、第五信号输出端(6)以及第六信号输出端(7)；

所述中间介质基板(8)的上表面一端设置所述信号输入端(1)，所述信号输入端(1)直接连接所述主路一分二等分功分电路(12)，所述主路一分二等分功分电路(12)两支路的末端均连接一个所述一分二不等分功分电路(13)；所述一分二不等分功分电路(13)按2:1功率分成两个支路，将两个支路中功率小的作为所述第二信号输出端(3)，功率大的支路连接一个所述支路一分二等分功分电路(14)，从而形成所述第三信号输出端(4)和第四信号输出端(5)；并且，所述上层一分六微带线结构关于X轴对称，Y轴左侧信号输出端口和右侧信号输出端口一致以依次形成为所述第一信号输出端(2)、第五信号输出端(6)和第六信号输出端(7)；

每个一分二功分器分成的支路之间均设置有隔离电阻(10)，六个信号输出端均连接一个3dBπ型衰减电路(11)。

2.根据权利要求1所述的宽频带一分六等功率分配器，其特征在于，所述信号输入端(1)为信号的发送区。

3.根据权利要求1所述的宽频带一分六等功率分配器，其特征在于，所述主路一分二等分功分电路(12)、支路一分二等分功分电路(14)和一分二不等分功分电路(13)级联成为传输区。

4.根据权利要求1所述的宽频带一分六等功率分配器，其特征在于，所述第一信号输出端(2)、第二信号输出端(3)、第三信号输出端(4)、第四信号输出端(5)、第五信号输出端(6)以及第六信号输出端(7)为信号的接收区。

5.根据权利要求1所述的宽频带一分六等功率分配器，其特征在于，所述中间介质基板(8)采用Rogers 4003，厚度为0.508mm，金属覆铜厚度为0.017mm，所述中间介质基板(8)上表面和下表面的金属覆铜表面沉金处理。