專利名稱：一種新型超寬帶威爾金森功分器的制作方法
技術領域：
本發明涉及到微波毫米波功率傳輸器件，更為具體的說，涉及到一種改進型的功率分配器件。
背景技術：
功率分配器(簡稱功分器)是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端口微波器件。在微波功率傳感、混頻器、相位檢測等眾多電路中均有應用。在微波毫米波等高頻系統中，都需要將發射或接受功率按一定的比例分配到個單元，因此微波毫米波功分器在微波毫米波組件與系統中達到了大量的應用，而且也是一個關鍵的部件。功分器有多種實現形式，如各種3dB電橋耦合器、分支線電橋耦合器、環形電橋耦合器、威爾金森功分器等多種結構的功率分配器。功分器的功能構件是約束或引導電磁波能量定向傳輸的傳輸線，即導行系統，導行波即定方向傳輸的電磁波，導行波的模式，又稱為傳輸模、正規模，是指能夠沿傳輸線獨立存在的場型，傳輸線中導模兩相鄰同相位之間的距離稱為該導模的波導波長，是與傳輸線結構密切相關的參數。目前隨著無線通信的高速發展，器件的寬頻帶、小型化、低損耗是微波射頻電路的研究熱點，而且隨著超寬帶天線、超寬帶濾波器等超寬帶器件的研究，對超寬帶的功率分配器的需求越來越大。但是Wilkinson功分器較窄的帶寬嚴重限制了其在超寬帶的應用。在威爾金森功分器設計中，通常使用的傳輸線為TEM或準TEM傳輸線，比如微帶線。圖2表示現有技術的威爾金森功分器的傳輸線結構，文獻An AnalyticalApproach for a Novel Coupled-Line Dual-Band Wilkinson Power Divider,[Wu,Y. Liu,Y. Xue, Q. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,2010, Page (s)I]提供了一個0. 5GHz-2. 5GHz頻段的威爾金森功分器實例，其模型如圖2所示，其Sll< -12dB, S22 < -18dB, S32 < -IOdB.此文通過奇偶模理論分析了各種具有雙頻段特性并且采用兩個隔離電阻的威爾金森功分器。現有威爾金森功分器存在的缺點(I)對于現有技術中的威爾金森功分器，為了使其工作于更寬的頻段內，一般通過增加隔離電阻的個數與傳輸線的級數來拓寬帶寬，如圖3所示。但由于自身結構上的限制，會產生較高的損耗，同時增加隔離電阻分布參數帶來的附加影響，導致測試結果和計算結果間較大的差異，威爾金森功分器的性能下降，另外其體積也相對較大。(2)威爾金森功分器應用于較高頻段時，波長就會與隔離電阻的尺寸相比擬，則不能忽略隔離電阻處存在的分布參數，而分布參數在功分器仿真設計是很難預測，且對最終測試結果有很大影響。雖然現有技術中可以用薄膜電阻代替貼片電阻，在薄膜電阻處存在的分布參數較小，但存在薄膜電阻阻值計算偏差的問題且其制造成本較高。
發明內容
針對現有技術的威爾金森功分器存在的不足，本發明的目的旨在提供一種改進型的威爾金森功分器，其有效降低了現有技術的多節威爾金森功分器由隔離電阻帶來的分布參數的附加影響，并且在使用單個隔離電阻且結構簡單易加工的情況下，有效的拓寬了威爾金森功分器的工作帶寬。本發明對現有技術的威爾金森功分器進行了有效的改進，具體方案如下在威爾金森功分器的T街頭或Y接頭的輸出主支路上處設置隔離電阻外和雙頻分支線的基礎之上，還設置一段根據一經驗公式建模的漸變微帶線，通過調節漸變曲線的程度和兩端的寬度，來調節匹配輸入與輸出分支線段電阻的大小，從而實現功分器有良好的輸出隔離和良好的輸入輸出匹配，且在使用相同隔離電阻的情況下，較現有的威爾金森功分器有更寬的工作帶寬。本發明公開的一種改進型的威爾金森功分器，它有電阻和傳輸線組成，其傳輸線包括一分二接頭，接頭的合路端口連接輸入支路，接頭的兩支路端口分別連接兩輸出支路，在輸入端與兩支路連接處和輸出端與兩支路連接處，我們采用了切角技術，以實現更好的輸入與輸出端口之間的信號傳輸，從而獲得更寬的工作頻率。在連接輸入與輸出端口的兩級傳輸線中，通過采用經驗公式對第一級傳輸線建模。通過傳輸線理論和奇偶模理論分析計算，可以的獲得兩級傳輸線的特性阻抗大小以及電長度、隔離電阻的初值。隔離電阻的大小和在兩支路之間的位置會隨著不同的工作頻段而變化。為了取得更好的效果，在上述技術方案的基礎上本發明還進一步采取了以下技術措施所述傳輸線為微帶線，兩輸出主支路問的分支傳輸線成都小于O. 25* λ ^，其中\0為功分器中心頻率對應的波導波長。本發明提供的功分器，由于其傳輸線的獨特結構設計，即結構上設有一個輸入，兩個輸出，兩輸出主支路之間不使用隔離電阻。本發明的特別結構設計，使得功分器在工作帶寬內，其輸入輸出得到了很好的匹配，兩輸出端之間有很好的隔離，輸入輸出的駐波性能以及兩個輸出端將的隔離性能都得到的很好的提高，提高了功分器仿真設計準確度和生產效率。本發明與普通的威爾金森功分器相比，省去了體積大價格高的隔離電阻，消除了隔離電阻造成的寄生效應的影響，降低了功分器體積和成本。本發明和現有技術中的分支線電橋相比，結構上少了一個隔離端，由于結構上的對稱性，其輸出端間的相位一致性好克服了分支線電橋功分器兩輸出端間由于各端口不能實現良好的駐波性能。本發明由于結構上的簡單，提高了仿真設計準確度和生產效率，因此能有效應用于麗IC，HMIC等設計中。
圖I為現有技術的威爾金森功分器示意圖。圖2為現有技術的雙頻傳輸線威爾金森功分器示意圖。圖3為T接頭示意圖。圖4為Y接頭示意圖。圖5為本發明功分器工作在I. 5GHz-7. 5GHz結構及尺寸的示意圖。圖6為本發明功分器在I. 5GHz-7. 5GHz頻段內的Sn、S22、S12、S23曲線示意圖。圖7為本發明功分器工作在18GHz-27GHz結構及尺寸的示意圖。圖8為本發明功分器在18GHz-27GHz頻段內的Sn、S22、S12、S23曲線示意圖。圖9為摘要附圖具體實施例下面結合附圖對本發明的實施例進行說明。實施例I
其結構如圖5所示，為等分功分器，圖6為該功分器模型的Sn、S22, S12, S23曲線示意圖。由曲線圖可知該功分器的中心頻率為4. 5GHz，其中S11 ( -15dB, S22 ( _12dB，S12 ( O. 12dB, S23 ( -10dB。實施例2其結構如圖7所示，為等分功分器，圖8為該功分器模型的Sn、S22, S12, S23曲線示意圖。由曲線圖可知該功分器的中心頻率為4. 5GHz，其中S11彡-20dB，S22彡_27dB，S12 ( O. IdB, S23 ( -17. 5dB。
權利要求
1.一種新型超寬帶微帶型Wil kinson功率分配器，由傳輸線和一個電阻組成。其傳輸線包括一分二接頭，即AB段，AB段傳輸線為了適應隔離電阻的大小(隔離電阻的長度為來那個分支線之間的距離)，而采用微帶線寬度漸變的形式。在B處，為了使輸入端與分支線之間有更好的傳輸特性，采用切角的設計技術。在BC段，我們采用傳輸線漸變的形式，其漸變形式可以有經驗公式w(z) = (W2-W1)-(W2-W1) Sin2O z/21),其中O彡Z彡I。w(z)為微帶線沿BC方向的寬度，z為BC方向的坐標，W1、W2分別為B、C兩處微帶線的寬度，I為BC段的長度，約為四分之一中心頻率波長。Wp W2可以分別由微帶線B，C兩處的特性阻抗Zp
2.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于B、D處采用切角設計。
3.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于BC段采取具有經驗公式的W(Z)
4.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于兩輸出支路為對稱設計。
5.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于兩輸出主支路分支線的的長度小于中心頻率對應的波長。
6.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于其傳輸線為微帶傳輸線。
7.根據權利要求I所述的新型的功分器，其特征在于其傳輸線為帶狀線。
8.根據權利要求1-7所述的新型的功分器，其特征在于其分支段傳輸線位于隔離電阻的兩側。
全文摘要
本發明公開了一種能夠在多倍頻帶寬內工作的微帶型Wilkinson功分器，其由傳輸線和電阻組成。此功分器輸入與輸出段均采用特性阻抗為50歐姆的傳輸線，即AB、DE、DF段。在B處采用切角技術實現輸入端與BC段分支線相連，BC段采用Klofenstin漸變以實現更好的傳輸特性，CD段為BC段漸變線與輸出段的阻抗匹配段，在D處同樣采用切角技術以實現更好的傳輸特性。兩輸出線之間為隔離電阻，可以通過調節電阻的位置調節輸出端的隔離度。本發明的輸入與輸出段得到很好的匹配，兩個輸出端具有很好的隔離，克服了Wilkinson功分器由隔離電阻造成的寄生效應的影響，并且具有結構簡單，易加工，工作帶寬極寬，損耗低的特點。
文檔編號H01P5/16GK102956948SQ20111025048
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月29日 優先權日2011年8月29日
發明者黃森 申請人:黃森