CN112615154A - 一种功能可切换的超宽带馈电网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能可切换的超宽带馈电网络，包括第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器、第三双节超宽带威尔金森功分器、多模谐振器、参考相移线单元、第一开路Lange耦合器、第二开路Lange耦合器、第一短路Lange耦合器、第二短路Lange耦合器、第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2。本发明涉及天线通信领域，通过合理配置各双节超宽带威尔金森功分器、开路与短路的Lange耦合器、多模谐振器和参考相移线单元，构成一个可灵活切换双极化馈电或圆极化馈电网络的电路结构，从而减少天线馈电网络占用面积，实现天线的多功能的同时降低制作成本。

Description

一种功能可切换的超宽带馈电网络
技术领域
本发明涉及天线通信领域，更具体地说，它涉及一种功能可切换的超宽带馈电网络。
背景技术
随着通信技术的发展，通信***容量提高，信息传输速度越来越快，传统的线极化天线难以满足要求。因此天线的宽带化、小型化是未来天线的重要发展方向，具有极高的应用价值和研究意义。为了使天线朝宽带化、小型化方向发展，目前常将天线的极化方式设计为双极化、圆极化等多极化方式。同时，不同极化天线也运用于不同场景，例如双极化天线常运用于移动通信，圆极化天线常运用于卫星通信。
目前实现天线多极化的方法多是设计成通过动态改变辐射单元的可重构天线，少有通过动态改变馈电电路的馈电路径的方法。若在不改变天线结构的条件下想要拥有不同的极化方式，一般可以通过设计多条不同的馈电电路实现极化切换，但在基板上设计多条不同的馈电电路不仅会增加天线基板面积和制作成本，还会影响天线的安装。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种功能可切换的超宽带馈电网络，通过合理配置各双节超宽带威尔金森功分器、开路与短路的Lange耦合器、多模谐振器和参考相移线单元，构成一个可灵活切换双极化馈电或圆极化馈电网络的电路结构，从而减少天线馈电网络占用面积，实现天线的多功能的同时降低制作成本。
本发明所述一种功能可切换的超宽带馈电网络，包括第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器、第三双节超宽带威尔金森功分器、多模谐振器、参考相移线单元、第一开路Lange耦合器、第二开路Lange耦合器、第一短路Lange耦合器、第二短路Lange耦合器、第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2；多模谐振器输出的信号和参考相移线单元输出的信号之间相位差为90度，但幅值相同；第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2同时受单路信号控制；当第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第二动端a2和第二单刀双掷开关的第二动端b2时，所述功能可切换的超宽带馈电网络工作在双路差分电路状态，第一馈电端Q1和第二馈电端Q2之间的信号幅度相等且相位差为180度，第三馈电端Q3和第四馈电端Q4之间的信号幅度相等且相位差为180度；此时第一馈电端Q1和第二馈电端Q2与第三馈电端Q3和第四馈电端Q4之间处于相互独立和隔离的状态；当第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第一动端a1和第二单刀双掷开关的第一动端b1时，所述功能可切换的超宽带馈电网络处于四个输出端口全正交状态，第一馈电端Q1、第二馈电端Q2、第三馈电端Q3和第四馈电端Q4上的信号幅度相等并在相邻两个端口之间依次存在90度的相位差。
进一步地，第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器和第三双节超宽带威尔金森功分器都将输入端接收的信号在输出端分成两个信号，且两个信号的功率都变为输入信号的1/2。
进一步地，第一开路Lange耦合器和第一短路Lange耦合器输出端产生的信号具有180度相位差；第二短路Lange耦合器和第二开路Lange耦合器输出端产生的信号也具有180度相位差。
进一步地，多模谐振器和第一单刀双掷开关S1的第一动端a1之间通过传输线相连；参考相移线单元和第二单刀双掷开关S2的第一动端b1也通过传输线相连；传输线都为50欧姆传输线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过合理配置各双节超宽带威尔金森功分器、开路与短路的Lange耦合器、多模谐振器和参考相移线单元，构成一个可灵活切换双极化馈电或圆极化馈电网络的电路结构，从而减少天线馈电网络占用面积，实现天线的多功能的同时降低制作成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的双路巴伦S参数曲线图；
图3为Q1和Q2分别与I1之间的相位关系图；
图4为Q1与Q2之间的相位差曲线图；
图5为Q3和Q4分别与I2之间的相位关系图；
图6为Q3和Q4之间的相位差曲线图；
图7为I3及Q1、Q2、Q3、Q4的传输系数曲线图；
图8为I3及Q1、Q2、Q3、Q4的反射系数曲线图；
图9为Q1、Q2、Q3和Q4分别与I3之间的相位关系图；
图10为Q1、Q2、Q3、Q4之间的隔离度曲线图。
其中：
A-信号A、B-信号B、C-信号C、D-信号D、E-信号E、F-信号F、G-信号G、H-信号H；
I1-第一输入端、I2-第二输入端、I3-第三输入端、Q1-第一馈电端、Q2-第二馈电端、Q3-第三馈电端、Q4-第四馈电端；
S1-第一单刀双掷开关、a1-第一单刀双掷开关的第一动端、a2-第一单刀双掷开关的第二动端、a3-第一单刀双掷开关的不动端；
S2-第二单刀双掷开关、b1-第二单刀双掷开关的第一动端、b2-第二单刀双掷开关的第二动端、b3-第二单刀双掷开关的不动端。
具体实施方式
下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
参阅附图1，本发明提供一种功能可切换的超宽带馈电网络，包括第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器、第三双节超宽带威尔金森功分器、多模谐振器、参考相移线单元、第一开路Lange耦合器、第二开路Lange耦合器、第一短路Lange耦合器、第二短路Lange耦合器、第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2。通过合理配置各双节超宽带威尔金森功分器、开路与短路的Lange耦合器、多模谐振器和参考相移线单元，构成一个可灵活切换双极化馈电或圆极化馈电网络的电路结构，从而减少天线馈电网络占用面积，实现天线的多功能的同时降低制作成本。
第三双节超宽带威尔金森功分器的输入端连接第三输入端I3；第三双节超宽带威尔金森功分器的第一输出端、多模谐振器、第一单刀双掷开关S1的第一动端a1、不动端a3和第一双节超宽带威尔金森功分器的输入端依次相连。第一单刀双掷开关的第二动端a2连接第一输入端I1；第一双节超宽带威尔金森功分器的两个输出端分别通过第一开路Lange耦合器连接第一馈电端Q1以及通过第一短路Lange耦合器连接第二馈电端Q2。第三双节超宽带威尔金森功分器的第二输出端、参考相移线单元、第二单刀双掷开关S2的第一动端b1、不动端b3和第二双节超宽带威尔金森功分器的输入端依次相连。第二单刀双掷开关的第二动端b2连接第二输入端I2；第二双节超宽带威尔金森功分器的两个输出端分别通过第二短路Lange耦合器连接第三馈电端Q3以及通过第二开路Lange耦合器连接第四馈电端Q4。
在整个超宽带馈电网络中，第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器和第三双节超宽带威尔金森功分器都将其输入端接收的信号在输出端分成两个信号，且两个信号的功率都变为输入信号的1/2，从而实现后续端口输出的信号功率保持基本相等。
多模谐振器和第一单刀双掷开关S1的第一动端a1之间通过传输线相连；参考相移线单元和第二单刀双掷开关S2的第一动端b1也通过传输线相连。使用的所有传输线都为50欧姆传输线，这样不仅损耗低，而且使用更方便。第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2均采用JSW2-63DR+型号，具有性能优异和价格较低的特点。
以下是双极化和圆极化两种馈电模式的切换原理：
当需要双极化馈电模式时，第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第二动端a2和第二单刀双掷开关的第二动端b2，整个馈电网络的输入信号从第一输入端I1和第二输入端I2输入。然后分别经过第一双节超宽带威尔金森功分器和第二双节超宽带威尔金森功分器分成信号E、信号F、信号G、和信号H这四个信号，这四个信号的功率都变为输入信号的1/2。
输出的四个信号中，信号E通过第一开路Lange耦合器在第一馈电端Q1产生0度相位的输出信号，信号F通过第一短路Lange耦合器在第二馈电端Q2产生180度相位的输出信号，实现了第一开路Lange耦合器和第一短路Lange耦合器输出端产生的信号具有180度相位差。第一馈电端Q1和第二馈电端Q2输出信号的相位关系仿真结果分别如图3、图4所示，从图中可见，信号从第一输入端I1输入时，第一馈电端Q1和第二馈电端Q2输出信号的相位差为180度，仿真与理论值匹配度很好。
同样的，信号G通过第二短路Lange耦合器在第三馈电端Q3产生180度相位的输出信号，信号H通过第二开路Lange耦合器在第四馈电端Q4产生0度相位的输出信号，这就实现了第二短路Lange耦合器和第二开路Lange耦合器输出端产生的信号也具有180度相位差。第三馈电端Q3和第四馈电端Q4输出信号的相位关系仿真结果如图5、图6所示，表明信号从第二输入端I2输入时，第三馈电端Q3和第四馈电端Q4输出信号的相位差为180度。第一馈电端Q1输出信号相位为0度，第四馈电端Q4输出信号相位为0度，第二馈电端Q2输出信号相位为180度，第三馈电端Q3输出信号相位为180度，这样就构成一个双极化相移馈电网络，从而实现双极化超宽带馈电。仿真结果的双路巴伦S参数曲线如图2所示，从图中可以看出，该馈电网络从2GHz至6GHz的相对带宽接近100％。
当需要圆极化馈电模式时，第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第一动端a1和第二单刀双掷开关的第一动端b1，整个馈电网络的输入信号从第三输入端I3输入。然后经过第三双节超宽带威尔金森功分器分成信号A和信号B这两个信号，这两个信号功率变为输入信号的1/2。信号A和信号B经过多模谐振器以及参考相移线单元的协同作用，产生90度相位差的信号C和信号D，信号C是维持输入信号原来的相位(即0度)，信号D是在输入信号的相位基础上相移90度(即0+90度)，而且信号C和信号D幅值相同。信号C和信号D经过第一双节超宽带威尔金森功分器和第二双节超宽带威尔金森功分器分成信号E、信号F、信号G和信号H这四个信号，这四个信号的功率变为第三输入端I3输入信号的1/4。
信号E通过第一开路Lange耦合器在第一馈电端Q1产生0度相位的输出信号，信号F通过第一短路Lange耦合器在第二馈电端Q2产生180度相位的输出信号，实现了第一开路Lange耦合器和第一短路Lange耦合器输出端产生的信号具有180度相位差。同样的，信号G通过第二短路Lange耦合器在第三馈电端Q3产生270度相位的输出信号，信号H通过第二开路Lange耦合器在第四馈电端Q4产生90度相位的输出信号，这就实现了第二短路Lange耦合器和第二开路Lange耦合器输出端产生的信号也具有180度相位差。第一馈电端Q1信号相位为0度，第四馈电端Q4信号相位为90度，第二馈电端Q2信号相位为180度，第三馈电端Q3信号相位为270度，从而构成一个圆极化相移馈电网络，从而实现圆极化超宽带馈电。
功能可切换的超宽带馈电网络在圆极化馈电模式时，仿真结果如图7至图10所示。I3及Q1、Q2、Q3、Q4的传输系数曲线如图7所示，各端口反射系数仿真结果如图8所示。从图中可以看出，该馈电网络从第三输入端I3输入到第一馈电端Q1、第二馈电端Q2、第三馈电端Q3、第四馈电端Q4的信号功率基本相等，而且从2.5GHz至6GHz的相对带宽接近100％。第一馈电端Q1、第二馈电端Q2、第三馈电端Q3和第四馈电端Q4分别与第三输入端I3之间的相位关系仿真结果如图9所示，从图中可以看出，从2.5GHz至6GHz各个输出端口之间呈现相位正交特性，依次互为90度相位差。第一馈电端Q1、第二馈电端Q2、第三馈电端Q3和第四馈电端Q4之间的隔离度曲线仿真结果如图10所示，从图中可以看出，从2.5GHz至6GHz任意两个输出端口之间的隔离度大于15dB，输出端口之间实现了良好的隔离。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (4)

1.一种功能可切换的超宽带馈电网络，其特征在于，包括第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器、第三双节超宽带威尔金森功分器、多模谐振器、参考相移线单元、第一开路Lange耦合器、第二开路Lange耦合器、第一短路Lange耦合器、第二短路Lange耦合器、第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2；多模谐振器输出的信号和参考相移线单元输出的信号之间相位差为90度，但幅值相同；第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2同时受单路信号控制；当第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第二动端a2和第二单刀双掷开关的第二动端b2时，所述功能可切换的超宽带馈电网络工作在双路差分电路状态，第一馈电端Q1和第二馈电端Q2之间的信号幅度相等且相位差为180度，第三馈电端Q3和第四馈电端Q4之间的信号幅度相等且相位差为180度；此时第一馈电端Q1和第二馈电端Q2与第三馈电端Q3和第四馈电端Q4之间处于相互独立和隔离的状态；当第一单刀双掷开关S1和第二单刀双掷开关S2分别连接第一单刀双掷开关的第一动端a1和第二单刀双掷开关的第一动端b1时，所述功能可切换的超宽带馈电网络处于四个输出端口全正交状态，第一馈电端Q1、第二馈电端Q2、第三馈电端Q3和第四馈电端Q4上的信号幅度相等并在相邻两个端口之间依次存在90度的相位差。
2.根据权利要求1所述的一种功能可切换的超宽带馈电网络，其特征在于，第一双节超宽带威尔金森功分器、第二双节超宽带威尔金森功分器和第三双节超宽带威尔金森功分器都将输入端接收的信号在输出端分成两个信号，且两个信号的功率都变为输入信号的1/2。
3.根据权利要求1所述的一种功能可切换的超宽带馈电网络，其特征在于，第一开路Lange耦合器和第一短路Lange耦合器输出端产生的信号具有180度相位差；第二短路Lange耦合器和第二开路Lange耦合器输出端产生的信号也具有180度相位差。
4.根据权利要求1所述的一种功能可切换的超宽带馈电网络，其特征在于，多模谐振器和第一单刀双掷开关S1的第一动端a1之间通过传输线相连；参考相移线单元和第二单刀双掷开关S2的第一动端b1也通过传输线相连；传输线都为50欧姆传输线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113708083A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 湖南国科雷电子科技有限公司 一种宽带可重构天线馈电网络

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6442371B1 (en) * 1998-12-17 2002-08-27 Lg Information & Communications, Ltd. Polarization measuring apparatus in a mobile communication system
US20040029549A1 (en) * 2002-08-09 2004-02-12 Fikart Josef Ludvik Downconverter for the combined reception of linear and circular polarization signals from collocated satellites
CN207743390U (zh) * 2018-01-29 2018-08-17 南京波平电子科技有限公司 一种宽带电调极化变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6442371B1 (en) * 1998-12-17 2002-08-27 Lg Information & Communications, Ltd. Polarization measuring apparatus in a mobile communication system
US20040029549A1 (en) * 2002-08-09 2004-02-12 Fikart Josef Ludvik Downconverter for the combined reception of linear and circular polarization signals from collocated satellites
CN207743390U (zh) * 2018-01-29 2018-08-17 南京波平电子科技有限公司 一种宽带电调极化变换器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113708083A (zh) * 2021-08-30 2021-11-26 湖南国科雷电子科技有限公司 一种宽带可重构天线馈电网络

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