CN112838840B - 一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑 - Google Patents
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Abstract
一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，通过同时引入多模谐振器和宽带复隔离阻抗实现。该等功率分配/合成电路拓扑在经典威尔金森等功率分配/合成电路拓扑基础上，将其四分之一阻抗变换线替换成多模谐振器，该多模谐振器输入输出通过强耦合馈线技术实现；同时将隔离纯电阻替换成宽带复隔离阻抗，该复隔离阻抗则通过特定传输线网络和纯电阻实现；最终本发明公开的等功率分配/合成电路拓扑具有宽带功分/合成、低输入输出驻波和宽带深输出隔离功能。基于本发明公开的等功率分配/合成电路拓扑，可以通过普通微带传输线、悬置微带传输线、带状线传输线、脊间隙波导传输线等支持TEM波/准TEM波的传输线结合表贴电阻实现。
Description
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，特别适用于宽带功率分配/合成且要求宽带深隔离的网络。
背景技术
在通信和雷达前端***设计中，功率分配/合成电路是一类重要的关键无源器件，其既可以用于功率放大器芯片的功率合成网络设计，也可以用于相控阵***的合成网络，还可以用于镜像抑制混频器的设计等等。经典的功率分配/合成电路有威尔金森电路拓扑和Gysel电路拓扑，然而它们的分配/合成带宽和输出隔离带宽通常较小，一般在20％左右。对于宽带大规模阵列应用而言，这样的带宽往往不能满足需求，且这类阵列应用中通道单元之间的隔离度要求也较高，因此需要研究具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路。
近年来，基于经典威尔金森电路拓扑的宽带功率分配/合成电路研究较多，其中以多级传输线匹配技术、多模谐振腔加载技术、准耦合线加载技术、电容加载多级传输线匹配技术等等为代表，这些技术的应用有效增加了功率分配/合成电路的分配/合成带宽和隔离带宽，然而隔离度有限，一般在20dB左右。因此，基于复隔离阻抗和表面波抑制技术被研究人员提出用于隔离度的提升，然而这种窄带复隔离阻抗技术比较适合相对带宽较窄的功分滤波电路。针对宽带功率分配/合成电路，还需要在上述宽带技术基础上，结合宽带复隔离阻抗技术同时实现带宽的展开和隔离度的提升。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，实现宽带功分/合成、低输入输出驻波和宽带深输出隔离功能，有利于宽带且隔离度要求较高的大规模阵列应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于，所述电路拓扑具有轴对称性，包括：公共端口、两根第一强耦合馈线、两个多模谐振器、两根第二强耦合馈线、宽带复隔离阻抗和两个分配/合成端口；所述公共端口通过结构相同的两路分别连接至两个分配/合成端口，每一路中，公共端口、第一强耦合馈线、多模谐振器、第二强耦合馈线、分配/合成端口依次连接，所述宽带复隔离阻抗连接在两个多模谐振器之间。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，每一路中，所述第一强耦合馈线采用第一耦合传输线，所述第二强耦合馈线采用第二耦合传输线，所述第一耦合传输线的一半和第二耦合传输线的一半均与第一传输线相连，通过分支线技术实现多模谐振器。
进一步地，所述第一耦合传输线的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ze1＝150Ω，Zo1＝30Ω，θc1＝90°；所述第二耦合传输线的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ze2＝100Ω，Zo2＝9Ω，θc2＝90°；所述第一传输线的特性阻抗和电长度分别为Zb＝200Ω，θb＝5°。
进一步地，所述宽带复隔离阻抗由第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线、第七传输线和电阻组成；所述第二传输线一端连接其中一根第一传输线，另一端分别连接第四传输线和第六传输线，所述第六传输线的另一端连接电阻，所述电阻的另一端连接第七传输线，所述第七传输线的另一端分别连接第五传输线和第三传输线，所述第三传输线的另一端连接至另一根第一传输线。
进一步地，所述第二传输线、第三传输线的阻抗和电长度分别为Zi1＝48Ω，θil＝146°；所述第四传输线、第五传输线的阻抗和电长度分别为Zi2＝48Ω，θi2＝5°，第六传输线、第七传输线的特性阻抗和电长度分别为Zi3＝48Ω，θi3＝32°；所述电阻的电阻值为Ri＝68Ω。
进一步地，所述电路拓扑通过支持TEM波/准TEM波的传输线结合表贴电阻实现，支持TEM波/准TEM波的传输线包括普通微带传输线、悬置微带传输线、带状线传输线、脊间隙波导传输线。
进一步地，所述电路拓扑通过单层电路或者多层电路实现。
进一步地，所述多模谐振器通过传输线多模谐振器、基片集成波导多模谐振器、间隙波导多模谐振器或集中LC多模谐振器实现。
本发明的有益效果是：本发明能同时实现宽带功分/合成、低输入输出驻波和宽带深输出隔离功能，有利于宽带且隔离度要求较高的大规模阵列应用。
附图说明
图1为本发明所提出的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑示意图。
图2为本发明所提出的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑的传输线实施例图。
图3a-3d为本发明所提出的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑的传输线实施例的性能仿真结果，其中图3a表示端口1的回波损耗，图3b表示功率分配传输性能，图3c表示端口2/3的回波损耗，图3d表示输出端口2/3的隔离度。
附图标记如下：1、公共端口；2、第一强耦合馈线；3、多模谐振器；4、第二强耦合馈线；5、宽带复隔离阻抗；6、分配/合成端口；7、第一耦合传输线；8、第一传输线；9、第二耦合传输线；10、第二传输线；10’、第三传输线；11、第四传输线；11’、第五传输线；12、第六传输线；12’、第七传输线；13、电阻。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑示意图。该等功率分配/合成电路拓扑在经典威尔金森等功率分配/合成电路拓扑基础上，将其四分之一阻抗变换线替换成多模谐振器，输入输出和该多模谐振器通过强耦合馈线技术实现；同时将隔离纯电阻替换成宽带复隔离阻抗，该复隔离阻抗则通过特定传输线网络和纯电阻实现。该等功率分配/合成电路拓扑关于轴SS’对称。
图2为基于传输线实现的图1电路拓扑的示意图。其中第一耦合传输线7和第二耦合传输线9分别实现了图1中的第一强耦合馈线2和第二强耦合馈线4，第一耦合传输线7和第二耦合传输线9中的一半传输线和第一传输线8相连，通过分支线技术实现了图1中的多模谐振器3。第二传输线10、第三传输线10’、第四传输线11、第五传输线11’、第六传输线12、第七传输线12’构成隔离支路上的分支线传输线并和电阻13一起构成图1中的宽带复隔离阻抗5。
如图2所示，具体电路参数为：Ze1＝150Ω，Zo1＝30Ω，θc1＝90°，Ze2＝100Ω，Zo2＝9Ω，θc2＝90°，Zb＝200Ω，θ＝5°，Zi1＝48Ω，θi1＝146°，Zi2＝48Ω，θi2＝5°，Zi3＝48Ω，θi3＝32°，Ri＝68Ω。
本发明提出的等功率分配/合成电路拓扑可以通过普通微带传输线、悬置微带传输线、带状线传输线、脊间隙波导传输线等支持TEM波/准TEM波的传输线结合表贴电阻实现，可以通过单层电路或者多层电路实现，其多模谐振器可以通过传输线多模谐振器、基片集成波导多模谐振器、间隙波导多模谐振器、集中LC多模谐振器等实现。
图3为根据本发明所提出的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑的理想传输线实施例的仿真结果图，其中图3a表示端口1的回波损耗，图3b表示功率分配传输性能(等功分3dB带宽约为76.8％)，图3c表示端口2/3的回波损耗，图3d表示输出端口2/3的隔离度(在7.2GHz至12.0GHz频率范围内实现了优于40dB的端口隔离)。由上述附图可知，本发明能同时实现宽带功分/合成、低输入输出驻波和宽带深输出隔离功能，有利于宽带且隔离度要求较高的大规模阵列应用。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于，所述电路拓扑具有轴对称性，包括：公共端口(1)、两个第一强耦合馈线(2)、两个多模谐振器(3)、两个第二强耦合馈线(4)、宽带复隔离阻抗(5)和两个分配/合成端口(6)；所述公共端口(1)通过结构相同的两路分别连接至两个分配/合成端口(6)，每一路中，公共端口(1)、第一强耦合馈线(2)、多模谐振器(3)、第二强耦合馈线(4)、分配/合成端口(6)依次连接，所述宽带复隔离阻抗(5)连接在两个多模谐振器(3)之间；
每一路中，所述第一强耦合馈线(2)采用第一耦合传输线(7)，所述第二强耦合馈线(4)采用第二耦合传输线(9)，所述第一耦合传输线(7)的一半和第二耦合传输线(9)的一半均与第一传输线(8)相连，通过分支线技术实现多模谐振器(3)；
所述宽带复隔离阻抗(5)由第二传输线(10)、第三传输线(10')、第四传输线(11)、第五传输线(11')、第六传输线(12)、第七传输线(12')和电阻(13)组成；所述第二传输线(10)一端连接其中一根第一传输线(8)，另一端分别连接第四传输线(11)和第六传输线(12)，所述第六传输线(12)的另一端连接电阻(13)，所述电阻(13)的另一端连接第七传输线(12')，所述第七传输线(12')的另一端分别连接第五传输线(11')和第三传输线(10')，所述第三传输线(10')的另一端连接至另一根第一传输线(8)。
2.如权利要求1所述的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于：所述第一耦合传输线(7)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ze1＝150Ω,Zo1＝30Ω,θc1＝90°；所述第二耦合传输线(9)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ze2＝100Ω,Zo2＝9Ω,θc2＝90°；所述第一传输线(8)的特性阻抗和电长度分别为Zb＝200Ω，θb＝5°。
3.如权利要求1所述的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于：所述第二传输线(10)、第三传输线(10')的阻抗和电长度分别为Zi1＝48Ω,θi1＝146°；所述第四传输线(11)、第五传输线(11')的阻抗和电长度分别为Zi2＝48Ω,θi2＝5°，第六传输线(12)、第七传输线(12')的特性阻抗和电长度分别为Zi3＝48Ω,θi3＝32°；所述电阻(13)的电阻值为Ri＝68Ω。
4.如权利要求1所述的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于：所述电路拓扑通过支持TEM波/准TEM波的传输线结合表贴电阻实现，支持TEM波/准TEM波的传输线包括普通微带传输线、悬置微带传输线、带状线传输线、脊间隙波导传输线。
5.如权利要求1所述的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于：所述电路拓扑通过单层电路或者多层电路实现。
6.如权利要求1所述的一种具有宽带深隔离度的宽带等功率分配/合成电路拓扑，其特征在于：所述多模谐振器(3)通过传输线多模谐振器、基片集成波导多模谐振器、间隙波导多模谐振器或集中LC多模谐振器实现。
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