CN205159484U - 基于并联短截线的t型功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于并联短截线的T型功分器，该T型功分器包括采用等特性阻抗的微带线构成两条支路，两条支路的一端通过并联线相连接，两条支路的另一端分别为T型功分器的两个端口P2和P3，所述并联线中部引出有T型功分器的另一个端口P1，所述并联线中部向两侧的四分之一波长处均设置一根开路短截线，两根开路短截线与并联线实现功率分配，调节各根短截线的长度实现T型功分器的任意功分比输出。本实用新型传输线仅使用一种特性阻抗为50Ω的阻抗微带线即可完成，而且，只需要调节两根开路短截线的长度就可以实现不同的功分比，操作简单，可靠性高，加工方便，具有良好的应用前景。

Description

基于并联短截线的T型功分器

技术领域

本实用新型涉及阵列天线馈电网络技术领域，具体涉及一种基于并联短截线的T型功分器。

背景技术

目前，微带T型功分器，是阵列天线馈电网络中最常见的微带功分器，容易实现各种形式的复杂馈电网络，但是大功分比条件下需要用到高阻抗微带线，但是，高阻抗微带线的线宽非常窄，难以加工，制作成本高。在《缺陷地结构在不等分威尔金森功分器中的应用》文献中，采用缺陷地结构也实现了高阻抗线，取得了一定的成果，但是也存在一些明显问题，缺陷地结构相对复杂，加工困难，调试难度大，而且，不便于小型化，批量生产一致性难以控制等；在《一种任意功分比的微带T型不等功分器》文献中使用的短路短截线实现，会产生较大的辐射损耗，而且，对于微带线这种印制电路板来说，在印制电路板上使用需要配置过孔的短路短截线，也比较麻烦，加工复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有的采用缺陷地结构也实现了高阻抗线，缺陷地结构相对复杂，加工困难，调试难度大，而且，不便于小型化，批量生产一致性难以控制的问题。本实用新型的基于并联短截线的任意功分比的微带T型功分器，传输线仅使用一种特性阻抗为50Ω的阻抗微带线即可完成，而且，只需要调节两根开路短截线的长度就可以实现不同的功分比，操作简单，可靠性高，加工方便，具有良好的应用前景。

为了达到上述的目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于并联短截线的T型功分器，其特征在于：包括采用等特性阻抗的微带线构成两条支路，两条支路的一端通过并联线相连接，两条支路的另一端分别为T型功分器的两个端口P2和P3，所述并联线中部引出有T型功分器的另一个端口P1，所述并联线中部向两侧的四分之一波长处均设置一根开路短截线，所述波长为T型功分器工作频率下对应的工作波长，两根开路短截线与并联线实现功率分配，调节各根短截线的长度实现T型功分器的任意功分比输出，

前述的基于并联短截线的T型功分器，其特征在于：所述等特性阻抗的微带线的阻抗为50Ω。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的基于并联短截线的T型功分器，具体优点如下，

(1)该结构的T型功分器比缺陷地结构的T型功分器更容易设计大功分比的功分器，传输线仅使用一种特性阻抗为50Ω的阻抗微带线即可完成，解决了大功分比条件下需要用到高阻抗微带线，但是高阻抗微带线线宽非常窄，难以加工的问题。

(2)该结构的T型功分器只需要调节两根开路短截线的长度就可以实现不同的功分比，操作简单，可靠性高。

(3)该结构的T型功分器还避免了《一种任意功分比的微带T型不等功分器》文献中使用的短路短截线，对于微带线这种印制电路板来说，采用开路短截线更加方便，因为开路不需要配置过孔，过孔在短路短截线终端形成接地状态是必须的，而且过孔加工比较麻烦，加工复杂。

附图说明

图1是本实用新型的基于并联短截线的任意功分比的微带T型功分器的结构示意图。

图2是本实用新型等功率分配T型功分器的幅度仿真图。

图3是本实用新型等功率分配T型功分器的相位仿真图。

图4是本实用新型1：10的T型功分器的幅度仿真图。

图5是本实用新型1：10的T型功分器的相位仿真图。

图6是本实用新型1：20的T型功分器的幅度仿真图。

图7是本实用新型1：20的T型功分器的相位仿真图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的基于并联短截线的T型功分器，包括采用等特性阻抗的微带线构成两条支路，两条支路的一端通过并联线相连接，两条支路的另一端分别为T型功分器的两个端口P2和P3，所述并联线中部引出有T型功分器的另一个端口P1，所述并联线中部向两侧的四分之一波长处均设置一根开路短截线，所述波长为T型功分器工作频率下对应的工作波长，两根开路短截线与并联线实现功率分配，调节各根短截线的长度实现T型功分器的任意功分比输出。

所述等特性阻抗的微带线的阻抗为50Ω，传输线仅使用一种特性阻抗为50Ω的阻抗微带线即可完成，解决了大功分比条件下需要用到高阻抗微带线，但是高阻抗微带线线宽非常窄，难以加工的问题，而且，该结构的T型功分器只需要调节两根开路短截线的长度就可以实现不同的功分比，操作简单，可靠性高。

基于并联短截线的T型功分器的任意功分比实现方法，包括以下步骤，

步骤(A)，根据传输线理论，得到并联线上的第一开路短截线AC1的输入阻抗Z_inac1，如公式(1)所示，

Z_inac1＝-jZ₀cotβl₁(1)

第一开路短截线AC1的输入导纳Y_inac1，如公式(2)所示，

Y_inac1＝jY₀tanβl₁(2)

其中，Z₀为传输线的特性阻抗，该T型功分器均使用特性阻抗为Z₀的微带传输线；β为相位常数，β＝2π/λ，λ为T型功分器的工作波长；l₁为第一开路短截线AC1的物理长度；Y₀为传输线的特性导纳，Y₀＝1/Z₀；

步骤(B)，设开路短截线AC1的电角度θ₁＝βl₁，并联线上的第二开路短截线BC2的电角度其中，l₂的第二开路短截线BC2的物理长度，则第二开路短截线BC2的输入阻抗Z_inbc2，如公式(3)所示，

$Z_{inbc2}=-{\mathrm{jZ}}_0{\mathrm{cot\βl}}_2=-{\mathrm{jZ}}_0{\mathrm{cot\θ}}_2=-{\mathrm{jZ}}_0\cot ({\mathrm{\θ}}_1+\frac{\mathrm{\π}}{2})={\mathrm{jZ}}_0{\mathrm{tan\θ}}_1---\left(3\right)$

第二开路短截线BC2的输入导纳Y_inbc2，如公式(4)所示，

Y_inbc2＝-jY₀cotθ₁(4)

步骤(C)，50Ω等特性阻抗的并联线与第一开路短截线AC1连接处A点的输入导纳Y_Ain，如公式(5)所示，

Y_Ain＝Y₀+Y_inac1＝Y₀+jY₀tanθ₁(5)

步骤(D)，经过阻抗变换后，从并联线中部的O点往连接处A点看去的输入导纳Y_OAin，如公式(6)所示，

$Y_{OAin}=Y_0^2/Y_{Ain}=\frac{Y_0}{1+j{\mathrm{tan\θ}}_1}---\left(6\right)$

步骤(E)，50Ω等特性阻抗的并联线与第二开路短截线BC2连接处B点的输入导纳Y_BinY_Ain，如公式(7)所示，

Y_Bin＝Y₀+Y_inbc2＝Y₀-jY₀cotθ₁(7)

步骤(F)，经过阻抗变换后，从并联线中部的O点往连接处B点看去的输入导纳Y_OBin，如公式(8)所示，

$Y_{OBin}=Y_0^2/Y_{Bin}=\frac{Y_0}{1-j{\mathrm{cot\θ}}_1}---\left(8\right)$

步骤(G)，并联线中部的O点输入导纳Y_OBin，如公式(9)所示，

$\begin{array}{c}{Y}_{Oin}=Y_{OAin}+Y_{OBin}=\frac{Y_0}{1+j{\mathrm{tan\θ}}_1}+\frac{Y_0}{1-j{\mathrm{cot\θ}}_1}\\ =\frac{Y_0\left(1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}{\left(1+j{\mathrm{tan\θ}}_1\right)\left(1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}+\frac{Y_0\left(1+j{\mathrm{tan\θ}}_1\right)}{\left(1+j{\mathrm{tan\θ}}_1\right)\left(1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}\\ =\frac{Y_0\left(2+j{\mathrm{tan\θ}}_1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}{\left(1+j{\mathrm{tan\θ}}_1\right)\left(1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}=\frac{Y_0\left(2+j{\mathrm{tan\θ}}_1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}{\left(2+j{\mathrm{tan\θ}}_1-j{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}\\ =Y_0\end{array}---\left(9\right)$

步骤(H)，由于并联线中部的O点输入导纳Y_OBin＝Y₀，则O点引出的T型功分器的端口P1是匹配的；

步骤(I)，T型功分器的端口P2、P3的输出功分比如公式(10)所示，

$\begin{array}{c}\frac{P_2}{P_3}=\frac{\mathrm{Re}\[U{\left(\frac{U}{Z_{OAin}}\right)}^{*}\]}{\mathrm{Re}\[U{\left(\frac{U}{Z_{OBin}}\right)}^{*}\]}=\frac{\mathrm{Re}\[{\left(Y_{OAin}\right)}^{*}\]}{\mathrm{Re}\[{\left(Y_{OBin}\right)}^{*}\]}=\frac{Y_0}{1+{\tan }^2{\mathrm{\θ}}_1}/\frac{Y_0}{1+{\cot }^2{\mathrm{\θ}}_1}=\frac{1+{\cot }^2{\mathrm{\θ}}_1}{1+{\tan }^2{\mathrm{\θ}}_1}\\ =\frac{{\mathrm{tan\θ}}_1{\mathrm{cot\θ}}_1+{\cot }^2{\mathrm{\θ}}_1}{{\mathrm{tan\θ}}_1{\mathrm{cot\θ}}_1+{\tan }^2{\mathrm{\θ}}_2}=\frac{{\mathrm{cot\θ}}_1\left({\mathrm{tan\θ}}_1+{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}{{\mathrm{tan\θ}}_1\left({\mathrm{tan\θ}}_1+{\mathrm{cot\θ}}_1\right)}=\frac{1}{{\tan }^2{\mathrm{\θ}}_1}={\cot }^2{\mathrm{\θ}}_1\end{array}---\left(10\right)$

其中，和为功率定义计算公式，()*表示对括号内数据取共轭运算；U为T型功分器在O点处的输入电压；Z_OAin为从O点往A看上去的输入阻抗；Z_OBin为从O点往B看下去的输入阻抗；

步骤(J)，当T型功分器的端口P2、P3的输出功分比因为θ₁＝βl₁，通过调整l₁的长度，即可实现调整θ₁的角度，从而实现T型功分器任意功分比输出；同理，通过调整l₂的长度，也可实现T型功分器任意功分比输出；

本实用新型的基于并联短截线的T型功分器一个具体实施例，采用RogersRO4003基板，介电常数ε_r＝3.55，损耗角正切tanδ＝0.0027，工作频率为5.8GHz，计算得到50Ω特性阻抗对应微带线宽度为1.14mm。以此T型功分器设计三种不同功分比的功分器，

第一种，如表1所示，是等功率T型功分器的结构参数，对应S21＝S31＝‐3dB，算得θ₁＝45°，θ₂＝θ₁+90°＝135°，

表1等功率分配T型功分器结构参数(单位：mm)

L	W	W50	l1	l2	λ/4
						30	30	1.14	3.84	11.52	7.68

如图2及图3所示，是该T型功分器的仿真结果在中心频率5.8GHz处S11＝‐25.55dB，匹配良好，S21＝S31＝‐3.18dB，符合设计预期。

第二种，如表2所示，是的T型功分器的结构参数，对应S21＝‐10dB,S31＝‐0.46dB，算得θ₁＝72.45°，θ₂＝θ₁+90°＝162.45°，

表21:10的T型功分器结构参数(单位：mm)

L	W	W50	l1	l2	λ/4
						30	30	1.14	6.18	13.86	7.68

如图4及图5所示，该功分器的仿真结果在中心频率5.8GHz处S11＝‐31.54dB，匹配良好，S21＝‐10.6dB，S31＝‐0.57dB，符合设计预期。

第三种，如表3所示，是的T型功分器的结构参数，对应S21＝‐13.22dB,S31＝‐0.21dB，算得θ₁＝77.4°，θ₂＝θ₁+90°＝167.4°，

表31:20的T型功分器结构参数(单位：mm)

L	W	W50	l1	l2	λ/4
						30	30	1.14	6.6	14.28	7.68

如图6及图7所示，是该功分器的仿真结果在中心频率5.8GHz处S11＝‐34.27dB，匹配良好，S21＝‐13.53dB，S31＝‐0.36dB，符合设计预期。

综上所述，本实用新型的基于并联短截线的任意功分比的微带T型功分器，传输线仅使用一种特性阻抗为50Ω的阻抗微带线即可完成，而且，只需要调节两根开路短截线的长度就可以实现不同的功分比，操作简单，可靠性高，加工方便，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.基于并联短截线的T型功分器，其特征在于：包括采用等特性阻抗的微带线构成两条支路，两条支路的一端通过并联线相连接，两条支路的另一端分别为T型功分器的两个端口P2和P3，所述并联线中部引出有T型功分器的另一个端口P1，所述并联线中部向两侧的四分之一波长处均设置一根开路短截线，所述波长为T型功分器工作频率下对应的工作波长，两根开路短截线与并联线实现功率分配，调节各根短截线的长度实现T型功分器的任意功分比输出。

2.根据权利要求1所述的基于并联短截线的T型功分器，其特征在于：所述等特性阻抗的微带线的阻抗为50Ω。