一種雙頻等分威爾金森功分器及設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功率分配器，尤其涉及一種威爾金森功率分配器。
【背景技術】
[0002] 功率分配器(簡稱功分器)在微波和射頻領域有著非常廣泛的應用，主要用于實現 功率按比例分配或合成。通過將兩個功率放大器的輸出功率合成成單端輸出，極大程度上 緩解了單個功率放大器在輸出相同功率時因功耗大而產生的熱穩定性的問題。由于傳統的 威爾金森功分器只適用于特定的基波頻率及其奇數諧波，不適用于現代通信系統多頻多模 方面的應用，所以研究任意頻率比的雙頻功分器具有重要的實際意義。
[0003] 到目前為止，已經報道了多種實現雙頻威爾金森功分器的技術方案。如I.Lin等人 在文南犬中（I · Lin，Μ · Vincentis，et al. Arbitrary dual-band components using composite right/left-hand transmission 1ines[J]. IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，Apr. 2004，52(4): 1142-1149.)通過采用獨殊的電路結構和材料實現雙頻功分器，不 過，這種方法對于微波集成電路來說過于復雜，且不容易集成。
[0004] 在中國專利201220433173.9中，采用階梯阻抗諧振器實現雙頻阻抗變換的功能， 不過這種方法需要相鄰傳輸線間有著較好的耦合系數，在一定程度上增加了設計的復雜 度。
[0005] 另外，在中國專利201010213812.6中，采用兩節傳輸線實現阻抗變換，并通過在分 別在兩輸出端口并聯一段開路微帶線提高隔離度，不過這種方法額外增加了功分器的體 積。
【發明內容】
[0006] 現有的雙頻威爾金森設計方法上，要么依賴特殊板質材料，要么采用傳統方式的 微帶線結構，從而使所設計的功分器體積過于龐大，不適合于現代通信系統的要求。
[0007] 本發明采用兩節不同特性阻抗的傳輸線，并結合RLC并聯諧振網絡，提供一種結構 簡單，同時可以在任意頻率比的兩個頻率下實現精確的阻抗變換的雙頻等分威爾金森功分 器電路結構及其設計方法。其通過以下技術方案實現：
[0008] -種雙頻等分威爾金森功分器，包括分別連接有負載的第一端口、第二端口和第 三端口，第一段傳輸線網絡101，第二段傳輸線網絡102,以及RLC并聯諧振網絡103;
[0009] 所述第一段傳輸線網絡101由兩段特性阻抗相同的第一傳輸線104和第二傳輸線 105組成，且第一端口連接于第一傳輸線104和第二傳輸線105的連接處;所述第二段傳輸線 網絡102由兩段特性阻抗相同的第三傳輸線106和第四傳輸線107組成，且第一傳輸線104的 另一端與第三傳輸線106相連，第二傳輸線105的另一端與第四傳輸線107相連，第四傳輸線 107的另外一端與第二端口相連，第三傳輸線106的另外一端與第三端口相連；
[0010] 所述RLC并聯諧振網絡103由電阻、電容和電感并聯組成二端口網絡，所述RLC并聯 諧振網絡的其中一端與第二端口相連，另外一端與第三端口相連。所述的RLC并聯諧振網絡 103包括各種形式的電阻、電容和電感的并聯組合方式或其等效方式，RCL并聯諧振網絡103 中的電容和電感可以使用開路傳輸線或短路傳輸線代替。
[0011] 進一步，所述第一端口、第二端口和第三端口的負載電阻值相同；所述的第一端口 在第二端口和第三端口接負載時，輸入阻抗值與負載電阻值相同；所述的第二端口在第一 端口和第三端口接負載時，輸入阻抗值與負載電阻值相同；所述的第三端口在第一端口和 第二端口接負載時，輸入阻抗值與負載電阻值相同；
[0012] 進一步，所述第一傳輸線104和第二傳輸線105的長度相同，所述第三傳輸線106和 第四傳輸線107的長度相同；
[0013] 進一步，為了消除傳輸線直角的電容效應，傳輸線拐角處為切角處理。
[0014] 本發明還提供了一種所述雙頻等分威爾金森功分器的電路參數設計方法;其包括 以下步驟：
[0015]步驟A:選擇和確定PCB板材，確定加載在所述第一端口、第二端口和第三端口的負 載的電阻值以及所述功分器的任意兩個工作頻率點&上(&< f2)，并記fi=Mf2，M為所述兩 個工作頻率點的頻率比，第一段傳輸線網絡101中的第一傳輸線104和第二傳輸線105的長 度相等記為li，特性阻抗為Z 1;第二段傳輸線網絡102中的第三傳輸線106和第四傳輸線107 的長度相等記為12,特性阻抗為Z 2;根據所述頻率比Μ計算第一段傳輸線網絡101與第二段傳 輸線網絡102中傳輸線的最小長度比例因子；
[0016] 步驟Β:根據步驟Α中第一端口、第二端口和第三端口所接的負載的電阻值，最小長 度比例因子，以及所述兩個工作頻率點的相位常數(fo，fe)，分別計算第一段傳輸線網絡101 和第二段傳輸線網絡102中的傳輸線的特性阻抗(ZhZs)、長度山山），以及RLC并聯諧振網 絡103中的電容Cx和電感Lx。
[0017] 進一步，所述步驟A中，第一端口、第二端口和第三端口所接負載的電阻值相同，均 為Zo,以保證功率均等分配。
[0018] 進一步，所述步驟A中，第一段傳輸線網絡101中的傳輸線與第二段傳輸線網絡102 中傳輸線的最小長度比例因子為正整數η。
[0019] 進一步，所述步驟Β中，為了使所述功分器的物理尺寸最小，第一和第二傳輸線的 長度h與第三和第四傳輸線的長度h相等且為：
[0020]
[0021] 第一段傳輸線網絡101和第二段傳輸線網絡102的傳輸線特性阻抗(Z^Zs)分別為：
[0022]
[0023]
[0024] 其中，RL為所述RLC并聯諧振網絡103中的電阻，Rl = 2Zo，a = (tanM 1)2，
[0025] RLC并聯諧振網絡103中的電容值Cx和電感值Lx分別為：
[0026]
[0027]
[0028] 其中，(^和^分別為所述兩個工作頻率點的角頻率，pztanM!，
[0029] A = (Z2-Z1P2) / [ Z2 (Z1+Z2) p ]，q = tanfe 12，B = (Z2_Ziq2) / [ Z2 (Z1+Z2) q ]。
[0030] 本發明的有益效果:該電路結構不僅實現了較大程度減小功分器的體積和實現精 確的雙頻操作，而且增加了系統的可重復利用率，通過調整RLC并聯諧振網絡的電感和電 容，可以