一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，包括一個功率分配環及至少一個隔離環，所述隔離環位于所述功率分配環的外部。采用上述方案，具有低損耗、寬頻帶特性，而且兩支路之間具有很高的幅相一致性。利用了微帶環形電橋的工作原理，能夠有效解決傳統的Wilkinson功率分配/合成器中隔離電阻功率容量問題以及插入損耗增大的問題。
【專利說明】一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器
【技術領域】
[0001]本發明屬于環形功率分配合成器【技術領域】，尤其涉及的是一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器。
【背景技術】
[0002]微波信號的寬帶高效功率合成技術是大功率測試系統、微波毫米波通信系統及電磁兼容測試等多個領域的重要組成部分，是解決目前微波毫米波通用信號源輸出功率小、無法滿足大功率信號需要等問題的關鍵技術。
[0003]平面功率合成器是一種將多路輸入信號能量合成一路信號能量輸出的微波毫米波電路，也可反過來將一路信號能量分成多路輸出，此時也可稱為功率分配器。傳統的微波毫米波平面功率分配及合成電路一般都是用Lange耦合器或Wilkinson功分器加四分之一波長變換器來實現。其主要缺點是，在工作頻段加寬時，由于功分支路的節數增多，造成通路加長，損耗加大，尤其作為功率合成電路應用時，高損耗將直接導致功率合成效率的大大降低。
[0004]圖1所示為一個兩路等比例分配的多節Wilkinson功分器的原理示意圖。該結構為平面三端口網絡，電磁波信號由輸入端口 12進入后，經過一節功分環路100或多節功分環路100及200后，由兩個輸出端口 10、11等比例同相位輸出。為了增加工作頻帶寬度及兩個輸出端口 10及11之間的隔離度，就必須通過增加隔離電阻的節數來解決，但由于該結構中功率分配環路與隔離環路重合，因此，當功分及隔離環路節數增多時，將導致功率分配/合成通路的損耗增大，從而使得功率分配/合成的效率迅速下降。
[0005]現有平面電路功率分配/合成技術，以Wilkinson功率分配/合成器為例，雖然其采用多節結構可獲得較寬的工作頻帶及較高的隔離度，但其缺點隨著節數的增加，其插入損耗隨之迅速增加，導致了功率分配及合成的效率大大降低；另外，由于該結構中功率分配環路與隔離環路重合，環路內部的隔離電阻受整體結構尺寸的限制，無法做到增大散熱面積，因此，功率容量受到很大限制。若一路放大器遭到損壞，或兩個支路中任意一個支路的端口匹配不好時，其端口反射的電磁波加到隔離電阻兩端的功率隨之增大，因此很難保證隔離電阻因大功率而不被燒毀，雖然可以通過將微帶電路上的薄膜電阻更換為厚膜電阻以增大其功率容量，但在增加成本的同時，散熱效率很難得到有效提高，從而導致了該結構在大功率工作或端口失配時可靠性大大降低。
[0006]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，包括一個功率分配環及至少一個隔離環，所述隔離環位于所述功率分配環的外部。
[0010]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述隔離環設置為一個。
[0011]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述功率分配環上設置一個輸入端口及兩個輸出端口 ；所述兩個輸出端口通過第二節點及第三節點與所述功率分配環相連接；所述隔離環設置通過第四節點及第五節點與所述功率分配環相連接；所述第二節點與所述第四節點位于一側，所述第三節點與所述第五節點位于另一側。
[0012]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述第二節點與所述第三節點相位相同；所述第四節點與所述第五節點相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節點與所述第五節點之間的路徑差為半波長；所述第二節點與所述第四節點之間的路徑差為四分之一波長。
[0013]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述第四節點與所述第五節點之間設置串聯一個薄膜電阻。
[0014]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述隔離環設置為2-4個。
[0015]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述隔離環上均對稱設置兩個節點與所述功率分配環或所述隔離環相連接。
[0016]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述兩個節點之間均分別串聯一個薄膜電阻。
[0017]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述功率分配環及所述隔離環均設置為軸向對稱。
[0018]采用上述方案:
[0019]1、具有低損耗、寬頻帶特性，而且兩支路之間具有很高的幅相一致性。利用了微帶環形電橋的工作原理，能夠有效解決傳統的Wilkinson功率分配/合成器中隔離電阻功率容量問題以及插入損耗增大的問題。
[0020]2、解決功率分配與合成中的寬頻帶、高可靠性、高效率和低損耗，在微波及毫米波頻段，由于隔離環路與功率分配環路不再重合，而是在功率分配環路之外，因此，通路損耗不會隨著隔離環的節數的增加而增加，并且由于可以較為方便的增大隔離電阻的面積，使得正向傳輸的電磁波和反射波在隔離電阻上產生的熱量的傳導效率得到有效提高，因此隔離電阻即使采用是薄膜電阻，也具有良好的散熱效率，從而大大提高了該結構工作的可靠性。
[0021]3、在同等結構尺寸下，比傳統的Wilkinson功率分配/合成器具有更高的端口隔離度、更低的通路損耗及更大的功率容量等優點；同時，還可以通過改變隔離環的節數、調節隔離環的半徑或改變隔離電阻阻值的方法，很方便地實現不同的工作頻段及不同指標要求的端口隔離度，本發明結構設計簡單，調節方便，具有很強的工程實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為現有技術中功分器的示意圖。
[0023]圖2為本發明環形功率分配合成器一實施例示意圖。
[0024]圖3為本發明環形功率分配合成器另一實施例示意圖。【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]本發明所采用的環形功率分配/合成技術的結構示意圖如圖2所示。該結構巧妙結合了微帶環形電橋的工作原理，其整體主要由一個功率分配環及一個或多個隔離環組成。它將傳統微帶環形電橋中微帶環上的四路分支結構改進為五路分支結構，即在節點3與節點4之間再增加節點5。使得節點5與節點3之間的路徑差為四分之一波長λ g/4，而節點5與節點4之間的路徑差為半波長λ g/2。功率分配環的阻抗為50 Ω阻抗的^倍，其環的半徑約為中心頻率的四分之一波長λ g/4。電磁波由輸入端口 12輸入時，由于電磁波到達節點2與節點3的相位是相同的且功率等分輸出，因此將節點2與節點3所連接的兩路作為功率分配/合成器的兩個輸出通路，其端口分別叫做輸出端口 10與輸出端口 11。由于到達節點4和節點5的電磁波的幅度及相位均相同且均與節點I處反相，且節點4與節點5處，相對于輸入端的節點I來說為隔離端，因此兩節點之間可以通過隔離環22串聯一個薄膜電阻6，以對節點2和節點3所在的兩個輸出支路起到隔離的作用。輸出端口 10和輸出端口 11上的圓弧角度為120度，隔離環上圓弧角度為150度，它們弧的半徑根據幾何關系很容易求得。
[0028]實施例2
[0029]在上述實施例的基礎上，如圖3所示，本發明還提供其整體主要由一個功率分配環21及二個隔離環22及23組成。將功率分配環21連接的兩路作為功率分配/合成器的兩個輸出通路，其端口分別叫做輸出端口 10與輸出端口 11。在隔離環22上串聯一個薄膜電阻6，在隔離環23上串聯一個薄膜電阻7，加載到隔離電阻兩端的信號很小，故隔離電阻承載的功耗很小，從而提高了該結構的功率容量及可`靠性。同時，由于可以較為方便地調節隔離電阻面積，因此隔離電阻也無需做成厚膜電阻，從而降低了生產成本。
[0030]實施例3
[0031]在上述實施例的基礎上，進一步說明，一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，包括一個功率分配環及至少一個隔離環，所述隔離環位于所述功率分配環的外部。
[0032]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述隔離環設置為一個。
[0033]所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其中，所述功率分配環上設置一個輸入端口及兩個輸出端口 ；所述兩個輸出端口通過第二節點及第三節點與所述功率分配環相連接；所述隔離環設置通過第四節點及第五節點與所述功率分配環相連接；所述第二節點與所述第四節點位于一側，所述第三節點與所述第五節點位于另一側。所述第二節點與所述第三節點相位和幅度相同；所述第四節點與所述第五節點相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節點與所述第五節點之間的路徑差為半波長；所述第二節點與所述第四節點之間的路徑差為四分之一波長。所述第四節點與所述第五節點之間設置串聯一個薄膜電阻。所述隔離環設置為2-4個。所述隔離環上均對稱設置兩個節點與所述功率分配環或所述隔離環相連接。所述兩個節點之間均分別串聯一個薄膜電阻。所述功率分配環及所述隔尚環均設置為軸向對稱。
[0034]綜上所述，該技術方案中由于加載到隔離電阻兩端的信號很小，故隔離電阻承載的功耗很小，從而提高了該結構的功率容量及可靠性。同時，由于可以較為方便的調節隔離電阻面積，因此隔離電阻也無需做成厚膜電阻，從而降低了生產成本。另外，通過調節功率分配環及隔離環半徑的方法，很方便的調節至不同的工作頻段，還可以通過增加隔離環節數的方法，很方便的增加工作頻帶寬度，同時，也可以通過增加隔離環節數及調節薄膜電阻阻值的方法來提高兩個輸出支路之間的隔離度。由于隔離環被置于功率分配環的外部，因此隔離環節數的增加并不會增加兩個功率分配支路的路徑長度，從而不會降低功率分配或合成通路的損耗。
[0035]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，包括一個功率分配環及至少一個隔離環，所述隔離環位于所述功率分配環的外部。
2.如權利要求1所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環設置為一個。
3.如權利要求2所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配環上設置一個輸入端口及兩個輸出端口 ；所述兩個輸出端口通過第二節點及第三節點與所述功率分配環相連接；所述隔離環設置通過第四節點及第五節點與所述功率分配環相連接；所述第二節點與所述第四節點位于一側，所述第三節點與所述第五節點位于另一側。
4.如權利要求3所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述第二節點與所述第三節點相位相同；所述第四節點與所述第五節點相位相同且均與所述輸入端口反相；所述第四節點與所述第五節點之間的路徑差為半波長；所述第二節點與所述第四節點之間的路徑差為四分之一波長。
5.如權利要求4所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述第四節點與所述第五節點之間設置串聯一個薄膜電阻。
6.如權利要求1所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環設置為2-4個。
7.如權利要求6所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述隔離環上均對稱設置兩個節點與所述功率分配環或所述隔離環相連接。
8.如權利要求7所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述兩個節點之間均分別串聯一個薄膜電阻。
9.如權利要求5或8所述的寬帶大功率低損耗環形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配環及所述隔離環均設置為軸向對稱。
【文檔編號】H01P5/12GK103618125SQ201310589944
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】孫國泉, 姜萬順, 寧曰民 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所