CN112038742A - 一种小型化功率分配器及其工作方法 - Google Patents

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips

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Abstract

本发明公开了一种小型化功率分配器及其工作方法，属于功率分配器领域；一种小型化功率分配器，包括：一个输入端口、两个终端短路耦合线、并列耦合线、隔离电阻、以及两个输出端口组成；电路使用平行耦合微带线，从而使传输线具有不同的奇模传输阻抗与偶模传输阻抗，在奇模阻抗偶模阻抗均匹配的情况下，实现了耦合线1与耦合线2的电长度之和在70度以内，从而获得更小的电路尺寸；本发明具有***损耗低、输入/输出回波良好、隔离度高、电路尺寸小等优点；本发明专利可用于各种微波毫米波***中，在通信、雷达、测控等***中有广阔的应用前景。

Description

一种小型化功率分配器及其工作方法
技术领域
本发明涉及功率分配器领域，尤其是一种小型化功率分配器及其工作方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，功率分配/合成器作为一种重要的电路，被广泛应用于电子***中，特别是阵列天线馈电网络、平行式放大电路的设计中。
近年来，在5G通信、物联网等新型产业应用需求的牵引下，电子通信***对于电路与模块的集成度与小型化要求逐步增加，因此研究功率分配/合成器的小型化对于微波毫米波***的发展具有十分重要的意义。
发明内容
发明目的：提供一种小型化功率分配器及其工作方法，使用平行耦合微带线，从而使传输线具有不同的奇模传输阻抗与偶模传输阻抗，在奇模阻抗偶模阻抗均匹配的情况下，实现了两段传输耦合线的电长度之和在70度以内；从而解决上述提到的问题。
技术方案：一种小型化功率分配器，包括：
输入模块，包括：一个输入端口；用于输出信号的信号能量输入；
传输模块，包括：终端短路耦合线和并列耦合线，所述终端短路耦合线用于进行信号能量奇模激励等效和偶模激励等效；所述并列耦合线用于进行信号能量合并输出；
隔离模块，包括：一个隔离电阻；用于平衡输出端口，进行共模信号与差模信号之间的隔离；
输出模块，包括：第一输出端口和第二输出端口；用于进行输入信号的分开输出。
在一个实施例中，所述输入端口的一端与所述终端短路耦合线的输入端连接，所述终端短路耦合线的输出端与所述并列耦合线的输入端连接，所述隔离电阻同时与所述并列耦合线的输出端和所述输出端口的输入端连接。
在一个实施例中，所述终端短路耦合线包括第一终端短路耦合线和第二终端短路耦合线；所述第一终端短路耦合线和所述第二终端短路耦合线与所述并列耦合线的输入端连接。
在一个实施例中，终端短路耦合线和并列耦合线使用平行耦合微带线，从而使传输线具有不同的奇模传输阻抗与偶模传输阻抗。
在一个实施例中，所述终端短路耦合线和并列耦合线可实现功率分配与合成，通过合理分配参数，可使得两段传输线的电长度之和小于70度，获得较小电路尺寸。
在一个实施例中，该功率分配器的工作频率范围为4.9Hz-6.6GHz；在4.9-6.6GHz频带范围内输入输出回波损耗以及输出端口隔离均大于20dB，实现了较好的输入输出匹配与输出端口隔离。
在一个实施例中，输入端口和第一输出端口和第二输出端口的端口宽度为1.09MM，终端短路耦合线的长度为3.98MM，终端短路耦合线的宽度为0.36MM，并列耦合线的宽度为0.66MM，并列耦合线的长度为2.41MM，并列耦合线的并列距离为0.28MM，终端短路耦合线的并列距离为0.22MM。
一种小型化功率分配器的工作方法，其特征在于，该功率分配器通过进行将输入信号能量分成两路或多路输出，从而实现功分效果；具体步骤如下：
步骤1、功率分配器进行输入工作电压，从而进行工作；
步骤2、工作信号通过输入模块中输入端口的一端输入，且通过输入端口输入至传输模块中的终端短路耦合线；
步骤21、工作信号通过终端短路耦合线中第一终端短路耦合线和第二终端短路耦合线进行左右两路分开输出；
步骤22、且通过第一终端短路耦合线的另一端和第二终端短路耦合线的另一端输出值并列耦合线的输入端；
步骤3、工作信号通过并列耦合线的输出端输出至隔离电阻进行消除差模信号；
步骤31、工作信号最后通过输出模块中的第一输出端口和第二输出端口进行分开输出。
在一个实施例中，第一终端短路耦合线与输入端口、并列耦合线、隔离电阻、以及第一输出端口组成奇模等效电路，其中第一终端短路耦合线可等效为一段普通传输线，对电路进行奇模激励时，从隔离电阻向左看去的阻抗等效于开路，输出端口与隔离电阻阻抗匹配，因此差模信号消耗在电阻上。
在一个实施例中，第二终端短路耦合线与输入端口、并列耦合线、隔离电阻、以及第二输出端口组成偶模等效电路，对电路进行偶模激励时，第二终端短路耦合线与输入端口和并列耦合线将输入端口和第二输出端口匹配起来；因此整体电路工作时，输入端口输入的信号可以被等分成相等的两路输出，第一输出端口和第二输出端口输入的共模信号合成到输入端口输出，第一输出端口和第二输出端口输入的差模信号消耗在隔离电阻上。
有益效果：本发明提出的小型化功分器采用耦合线实现，尺寸较小；在奇模等效电路中通过两段传输线对输入输出端口进行匹配，通过合理分配参数，可使得两段传输线的电长度之和小于70度；功分器电路中的三段传输线均为耦合线，使得电路更加紧凑，且易于加载小封装隔离电阻。
附图说明
图1是本发明的电路模型图。
图2是本发明的电路模型尺寸标注图。
图3是本发明的电路原理图。
图4是本发明的奇模等效电路图。
图5是本发明的偶模等效电路图。
图6是本发明的电路仿真曲线图。
图7是本发明的工作流程图。
附图标记：输入端口（1）、终端短路耦合线（2）、并列耦合线（3）、隔离电阻（4）、输出端口（5）。
具体实施方式
如图1所示，在该实施例中，一种小型化功率分配器，包括：三段耦合微带线、隔离电阻（4）、一个输入端口（1）以及输出端口（5）。
在进一步的实施例中，三段耦合微带线包括：终端短路耦合线（2）和并列耦合线（3），终端短路耦合线（2）包括第一终端短路耦合线（2）和第二终端短路耦合线（2）；第一终端短路耦合线（2）和第二终端短路耦合线（2）与并列耦合线（3）的输入端连接。
在进一步的实施例中，输入端口（1）的一端与所述终端短路耦合线（2）的输入端连接，所述终端短路耦合线（2）的输出端与所述并列耦合线（3）的输入端连接，所述隔离电阻（4）同时与所述并列耦合线（3）的输出端和所述输出端口（5）的输入端连接。
在进一步的实施例中，终端短路耦合线（2）和并列耦合线（3）使用平行耦合微带线，从而使传输线具有不同的奇模传输阻抗与偶模传输阻抗。
在进一步的实施例中，终端短路耦合线（2）和并列耦合线（3）可实现功率分配与合成，通过合理分配参数，可使得两段传输线的电长度之和小于70度，获得较小电路尺寸。
在进一步的实施例中，该功率分配器的工作频率范围为4.9Hz-6.6GHz。
在进一步的实施例中，输入端口（1）和第一输出端口和第二输出端口的端口宽度为1.09MM，终端短路耦合线（2）的长度为3.98MM，终端短路耦合线（2）的宽度为0.36MM，并列耦合线（3）的宽度为0.66MM，并列耦合线（3）的长度为2.41MM，并列耦合线（3）的并列距离为0.28MM，终端短路耦合线（2）的并列距离为0.22MM。
工作原理：功率分配器进行输入工作电压，从而进行工作；工作信号通过输入模块中输入端口（1）的一端输入，且通过输入端口（1）输入至传输模块中的终端短路耦合线（2）；工作信号通过终端短路耦合线（2）中第一终端短路耦合线和第二终端短路耦合线进行左右两路分开输出；且通过第一终端短路耦合线的另一端和第二终端短路耦合线的另一端输出值并列耦合线（3）的输入端；工作信号通过并列耦合线（3）的输出端输出至隔离电阻（4）进行消除差模信号；工作信号最后通过输出模块中的第一输出端口和第二输出端口进行分开输出；第一终端短路耦合线与输入端口（1）、并列耦合线（3）、隔离电阻（4）、以及第一输出端口组成奇模等效电路，其中第一终端短路耦合线可等效为一段普通传输线，对电路进行奇模激励时，从隔离电阻（4）向左看去的阻抗等效于开路，输出端口（5）与隔离电阻（4）阻抗匹配，因此差模信号消耗在电阻上；第二终端短路耦合线与输入端口（1）、并列耦合线（3）、隔离电阻（4）、以及第二输出端口组成偶模等效电路，对电路进行偶模激励时，第二终端短路耦合线与输入端口（1）和并列耦合线（3）将输入端口（1）和第二输出端口匹配起来；因此整体电路工作时，输入端口（1）输入的信号可以被等分成相等的两路输出，第一输出端口和第二输出端口输入的共模信号合成到输入端口（1）输出，第一输出端口和第二输出端口输入的差模信号消耗在隔离电阻（4）上。
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。

Claims (10)

1.一种小型化功率分配器，其特征在于，包括：
输入模块，包括：一个输入端口；用于输出信号的信号能量输入；
传输模块，包括：终端短路耦合线和并列耦合线，所述终端短路耦合线用于进行信号能量奇模激励等效和偶模激励等效；所述并列耦合线用于进行信号能量合并输出；
隔离模块，包括：一个隔离电阻；用于平衡输出端口，进行共模信号与差模信号之间的隔离；
输出模块，包括：第一输出端口和第二输出端口；用于进行输入信号的分开输出。
2.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，所述输入端口的一端与所述终端短路耦合线的输入端连接，所述终端短路耦合线的输出端与所述并列耦合线的输入端连接，所述隔离电阻同时与所述并列耦合线的输出端和所述输出端口的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，所述终端短路耦合线包括第一终端短路耦合线和第二终端短路耦合线；所述第一终端短路耦合线和所述第二终端短路耦合线与所述并列耦合线的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，终端短路耦合线和并列耦合线使用平行耦合微带线，从而使传输线具有不同的奇模传输阻抗与偶模传输阻抗。
5.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，所述终端短路耦合线和并列耦合线可实现功率分配与合成，通过合理分配参数，可使得两段传输线的电长度之和小于70度，获得较小电路尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，该功率分配器的工作频率范围为4.9Hz-6.6GHz。
7.根据权利要求1所述的一种小型化功率分配器，其特征在于，输入端口和第一输出端口和第二输出端口的端口宽度为1.09MM，终端短路耦合线的长度为3.98MM，终端短路耦合线的宽度为0.36MM，并列耦合线的宽度为0.66MM，并列耦合线的长度为2.41MM，并列耦合线的并列距离为0.28MM，终端短路耦合线的并列距离为0.22MM。
8.一种小型化功率分配器的工作方法，其特征在于，该功率分配器通过进行将输入信号能量分成两路或多路输出，从而实现功分效果；具体步骤如下：
步骤1、功率分配器进行输入工作电压，从而进行工作；
步骤2、工作信号通过输入模块中输入端口的一端输入，且通过输入端口输入至传输模块中的终端短路耦合线；
步骤21、工作信号通过终端短路耦合线中第一终端短路耦合线和第二终端短路耦合线进行左右两路分开输出；
步骤22、且通过第一终端短路耦合线的另一端和第二终端短路耦合线的另一端输出值并列耦合线的输入端；
步骤3、工作信号通过并列耦合线的输出端输出至隔离电阻进行消除差模信号；
步骤31、工作信号最后通过输出模块中的第一输出端口和第二输出端口进行分开输出。
9.根据权利要求8所述的一种小型化功率分配器的工作方法，其特征在于，第一终端短路耦合线与输入端口、并列耦合线、隔离电阻、以及第一输出端口组成奇模等效电路，其中第一终端短路耦合线可等效为一段普通传输线，对电路进行奇模激励时，从隔离电阻向左看去的阻抗等效于开路，输出端口与隔离电阻阻抗匹配，因此差模信号消耗在电阻上。
10.根据权利要求8所述的一种小型化功率分配器的工作方法，其特征在于，第二终端短路耦合线与输入端口、并列耦合线、隔离电阻、以及第二输出端口组成偶模等效电路，对电路进行偶模激励时，第二终端短路耦合线与输入端口和并列耦合线将输入端口和第二输出端口匹配起来；因此整体电路工作时，输入端口输入的信号可以被等分成相等的两路输出，第一输出端口和第二输出端口输入的共模信号合成到输入端口输出，第一输出端口和第二输出端口输入的差模信号消耗在隔离电阻上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114759336A (zh) * 2022-01-27 2022-07-15 西安电子科技大学 基于耦合线的四频功分器及其设计方法

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CN114759336A (zh) * 2022-01-27 2022-07-15 西安电子科技大学 基于耦合线的四频功分器及其设计方法

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