專利名稱：具高隔離度的功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具高隔離度的功率分配器，尤其涉及一種不需使用電阻亦具有高 隔離特性的功率分配器。
背景技術(shù)：
功率分配器常被使用于微波電路中，用來將輸入信號功率分配至各組件中。傳統(tǒng) 常用的一分二功率分配器有威爾金森功率分配器(Wilkinson power divider)以及T型功 率分配器(T-junction power divider)等兩種。這兩種功率分配器的差異主要在于威爾 金森功率分配器通常需要一個額外的電阻器來提升隔離度，而T型功率分配器則是不需額 外的電阻器，但其隔離度則相對較差。請參考圖1，圖1為公知一威爾金森功率分配器10的示意圖。威爾金森功率分配 器10包含有一輸入端口 102、分路端口 104，106以及一電阻器108。一般來說，電阻器108 的阻抗值通常為輸入端口 102的兩倍。舉例來說，輸入端口 102的阻抗值為Zo，分路端口 104，106的阻抗值為Zo，電阻器108的阻抗值則為2Zo。威爾金森功率分配器10可通過輸 入端口 102輸入一微波輸入信號Si，并經(jīng)由分路端口 104，106輸出兩個微波輸出信號S01， S02至輸出端口 110，112。然而，由于一般電阻器通常有操作頻率的限制，當威爾爾金森功 率分配器10使用一般電阻器在愈高頻時，組件間所產(chǎn)生的寄生電容及電感效應(yīng)會更加明 顯，而使威爾金森功分配器10的電子特性變差。請參考圖2，圖2為公知威爾爾金森功率分 配器10在高頻時使用理想電阻的模擬響應(yīng)波形圖。其中，輸入端口 102為第1端口，輸出 端口 110為第2端口，輸出端口 112為第3端口，而電阻器108是以100歐姆的理想電阻實 現(xiàn)。由圖2的模擬結(jié)果可知，盡管威爾爾金森功率分配器10使用了電阻性較佳(即去除了 寄生電感效應(yīng))的理想電阻，S23隔離度參數(shù)依然不甚理想，僅在-SdB左右。也就是說，縱 使將電阻器108換成理想電阻，仍無法提供理想的隔離度，由此可知。威爾金森功率分配器 10確實不適用于高頻。除此之外，當威爾金森功率分配器10操作的頻率越來越高時，四分之一波長分路 端口 104，106會隨著操作頻率的升高而尺寸變得更小，以使用R04233 (介電系數(shù)為3. 33) 的基板為例，當操作于Ka頻段時，分路端口 104，106的長度僅約2. 4mm左右，如此一來，由 于兩分路端口彼此間的距離過短，將造成極大的耦合效應(yīng)。在此情況下，即使使用理想電 阻，依然無法達到有效的隔離度特性。簡言之，公知技術(shù)中，使用T型功率分配器雖不需使用額外的電阻器，但無法獲得 適當?shù)母綦x度，而使用威爾爾金森功率分配器在操作頻率較低頻時雖可達到一定程度的隔 離特性，但卻必須增加昂貴的電阻器成本，并且當操作頻率較高時，仍無法提供有效的隔離度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種具高隔離度的功率分配器。
本發(fā)明公開一種具高隔離度的功率分配器，該功率分配器包含有一基板，該基板 包含有一第一表面及一第二表面；一第一分路臂，布于該基板的該第一表面上，該第一分路 臂包含有一第一端及一第二端；一第二分路臂，布于該基板的該第一表面上，該第二分路臂 包含有一第一端及一第二端；一信號輸入單元，布于該基板的該第一表面上，并耦接于該第 一分路臂的該第一端與該第二分路臂的該第一端，用來接收一輸入信號并將該輸入信號分 配至該第一分路臂及該第二分路臂；一連接單元，布于該基板的該第一表面上，并耦接于該 第一分路臂的該第二端與該第二分路臂的該第二端，其中該連接單元、該第一分路臂與該 第二分路臂圍繞出一第一區(qū)域；一接地層，布于該基板的該第二表面上，用來提供接地；以 及一狹縫槽，形成于該接地層中；其中至少一部分的該狹縫槽形成于相對于該第一區(qū)域的 一第二區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明的功率分配器不需使用額外的電阻組件，而能保有優(yōu)異的高隔離度特性， 可大幅地節(jié)省制造成本，更重要的是，本發(fā)明的功率分配器可有效適用于高頻頻段，改善了 以往傳統(tǒng)功率分配器操作于高頻時無法提供有效隔離度的缺點，以滿足功率分配的需求。



102輸入端口
104分路端口
108電阻器
30功率分配器
302基板
304第一分路臂
306第二分路臂
308信號輸入單元
310連接單元
312接地層
314狹縫槽
4
316第一信號輸出單元
318第二信號輸出單元A第一區(qū)域
A，第二區(qū)域 SI輸入信號 S0US02輸出信號
具體實施例方式請參考圖3至圖5，圖3為本發(fā)明實施例的一功率分配器30的上視平面圖，圖4為 功率分配器30的下視平面圖，圖5為功率分配器30的立體結(jié)構(gòu)圖。功率分配器30包含有 一基板302、一第一分路臂304、一第二分路臂306、一信號輸入單元308、一連接單元310、一 接地層312、一狹縫槽(slit) 314、一第一信號輸出單元316及一第二信號輸出單元318?；?板302包含有一上表面及與上表面相對的一下表面，其中第一分路臂304、第二分路臂306、 信號輸入單元308、連接單元310、第一信號輸出單元316及第二信號輸出單元318布設(shè)于 上表面，而接地層312及狹縫槽314布設(shè)于下表面。較佳地，第一分路臂304、第二分路臂 306、信號輸入單元308及連接單元310可以一微帶傳輸線結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。如圖3所示，第一分 路臂304的一第一端304A與第二分路臂306的一第一端306A會耦接至信號輸入單元308。 因此，信號輸入單元308可將一輸入信號SI分配至第一分路臂304與第二分路臂306，再分 別由其對應(yīng)的第一信號輸出單元316及第二信號輸出單元318傳送出輸出信號S01，S02。 連接單元310耦接于第一分路臂304的一第二端304B與第二分路臂306的一第二端306B。 連接單元310、第一分路臂304與第二分路臂306所圍繞出的區(qū)域為一第一區(qū)域A。而在用 以提供接地的接地層312中包含有相對于第一區(qū)域A的區(qū)域為一第二區(qū)域A’。換句話說， 第二區(qū)域A’為第一區(qū)域A正投影于接地層312的區(qū)塊范圍。在此情況下，狹縫槽314會形 成于接地層312中，并且至少有一部分的狹縫槽314形成于第二區(qū)域A’的范圍內(nèi)。相比較于傳統(tǒng)威爾金森功率分配器使用電阻組件來提高各分路間的隔離性，在本 發(fā)明實施例中，功率分配器30將傳統(tǒng)威爾金森功率分配器使用電阻組件的位置以連接單 元310取代，并利用狹縫槽314產(chǎn)生阻抗值。以微帶傳輸線的理論來說明，微帶傳輸線可等 效一 RLGC電路，也就是串聯(lián)的電感與電阻，再加上兩個并聯(lián)的電容與電導(dǎo)。通常電感值主 要是隨微帶線本身的長度而變，電容值則是由微帶線與接地面所產(chǎn)生的。當功率分配器30 增加了狹縫槽314，即相當于微帶線的下方的接地面增加了狹縫槽的改變，如此一來，相當
于降低該RLGC等效電路的電容值。而在理想無損耗的微帶線中，其特性阻抗等于&，因
此，在電容值降低時，相對地整體阻抗值即會提高。因此，本發(fā)明的功率分配器30通過狹縫 槽314的設(shè)計，即能達到傳統(tǒng)威爾金森功率分配器中的電阻組件的目的。簡單來說，本發(fā)明的功率分配器30通過狹縫槽314的設(shè)計而能有效到高隔離度的 目的，如此一來，不需使用額外的電阻組件，便將輸入的射頻信號分配成多路相互隔離的同 相輸出信號。為方便說明，在本實施例中，所提出的模擬結(jié)果主要是以功率分配器30為基本架 構(gòu)，信號輸入單元308設(shè)為第1端口，第一信號輸出單元316設(shè)為第2端口，第二信號輸出單元318設(shè)為第3端口，并以此計算S參數(shù)。圖6為具矩形狹縫槽的功率分配器30的模擬 響應(yīng)波形圖，其是以圖5所示的實施例為架構(gòu)，操作于10. 7GHz至12. 75GHz的Ku頻段間所 模擬出的結(jié)果。如圖6所示，S23隔離度參數(shù)超過隔離度基準-15dB的頻寬達到0. 39GHz, 意味著擁有高隔離度的特性，而反射系數(shù)Sll參數(shù)亦落在-IOdB附近，數(shù)值很小，表示大部 分的能量都已被傳輸出去。在本實施例中，狹縫槽314為形成于接地層312中的槽洞，其可以任何形狀的槽體 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，舉例來說，如圖3至圖5所示，狹縫槽314為狹長矩形槽體狀。如圖7所示，狹縫 槽314為一梯形槽體。其中狹縫槽314的短底面與長底面的邊長分別為S與L，且狹縫槽 314的短底面部分位于第二區(qū)域A’內(nèi)。請繼續(xù)參考圖8，圖8為具梯形狹縫槽的功率分配 器30的模擬響應(yīng)波形圖，其是以圖7所示的實施例為架構(gòu)，操作于10. 7GHz至12. 75GHz的 Ku頻段間所模擬出的結(jié)果。如圖8所示，S23隔離度參數(shù)超過隔離度基準-15dB的頻寬大 于4. 5GHz，而反射系數(shù)Sll參數(shù)于整個頻段內(nèi)皆小于-15dB。換句話說，本發(fā)明的功率分配 器30具備極優(yōu)異的高隔離度的特性并擁有很小的反射損失。請參考圖9及圖10，圖9為圖 7中狹縫槽314的短底面的邊長S對諧振頻率的比較示意圖。圖10為圖7中狹縫槽314的 長底面的邊長L對諧振頻率的比較示意圖。橫軸表示邊長長度，縱軸表示諧振頻率。由圖 9及圖10可知，當短底面或長底面的邊長越短，S23隔離度參數(shù)的諧振頻率越往低頻偏移， 而Sll與S22反射系數(shù)參數(shù)則朝高頻偏移。換句話說，當使用梯形狹縫槽時，可以藉由改變 其短底面或長底面的邊長來調(diào)整功率分配器30的諧振頻率。如先前技術(shù)所述，傳統(tǒng)威爾金森功率分配器必須使用電阻器于兩分路臂間，隨著 操作頻率愈高，寄生效應(yīng)及電磁耦合效應(yīng)會更加嚴重，因而造成威爾金森功率分配器操作 于高頻頻段時，無法達到有效的隔離度而導(dǎo)致電子特性不佳。相比較之下，本發(fā)明的設(shè)計不 需使用到電阻器，而更能適用于高頻頻段。舉例來說，請參考圖11，圖11為本發(fā)明實施例 功率分配器30操作于Ka頻段的模擬響應(yīng)波形圖，其是以圖7所示的實施例為架構(gòu)，操作于 18. 2GHz至20. 2GHz的Ka頻段間所模擬出的結(jié)果。如圖11所示，于18. 2GHz至20. 2GHz的 頻段間，S23隔離度參數(shù)皆低于-18dB。相比較于圖2中傳統(tǒng)威爾金森功率分配器的模擬 結(jié)果，本發(fā)明實施例在隔離度方面提升了至少IOdB的效果。而反射系數(shù)Sll及S22亦均落 于-IOdB之下，亦即擁有極少的反射損失。因此，本發(fā)明的功率分配器將可摒除傳統(tǒng)威爾金 森功率分配器的缺點而使用于較高的頻率。另一方面，如同公知功率分配器的功能，本發(fā)明的功率分配器除了能將輸入的射 頻信號分配成多路相互隔離的同相輸出信號外；同理，將本發(fā)明的功率分配器反向操作，亦 即將信號分別由第一信號輸出單元316及第二信號輸出單元318輸入至第一分路臂304與 第二分路臂306，通過信號輸入單元308將流經(jīng)第一分路臂304與第二分路臂306的同相信 號結(jié)合起來輸出，便成為一功率合成器。換句話說，本發(fā)明的功率分配器可雙向操作，除了 用于功率分配，亦可反向作功率合成之用。需注意的是，功率分配器30僅為本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員當可據(jù)以作不 同的修飾。舉例來說，功率分配器30可應(yīng)用于各種信號頻段，例如Ka-Ku頻段。狹縫槽 314可以蝕刻方式或是其他方式形成于接地層312?；?02可以是任何的微波基板，例如 R04233微波基板。一般來說，第一分路臂304與第二分路臂306的長度或?qū)挾瓤梢暪β史?配的比例或是其他任何需求加以變化。舉例來說，若欲使經(jīng)分配出的信號擁有更一致性的
6相位，則可將第一分路臂304與第二分路臂306設(shè)計成長度相同的分路臂。若將第一分路 臂304與第二分路臂306設(shè)計為不同寬度時，則可達到不等功率分配的目的。此外，分路臂 的長度可設(shè)計成四分之一波長或四分之一波長的奇數(shù)倍，以獲得等功率分配的效果?？偠灾啾容^于傳統(tǒng)威爾金森功率分配器，本發(fā)明的功率分配器不需使用額 外的電阻組件，而能保有優(yōu)異的高隔離度特性，可大幅地節(jié)省制造成本，更重要的是，本發(fā) 明的功率分配器可有效適用于高頻頻段，改善了以往傳統(tǒng)功率分配器操作于高頻時無法提 供有效隔離度的缺點，以滿足功率分配的需求。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明所涵蓋的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具高隔離度的功率分配器，包括一基板，包括一第一表面及一第二表面；一第一分路臂，布于所述基板的所述第一表面上，所述第一分路臂包括一第一端及一第二端；一第二分路臂，布于所述基板的所述第一表面上，所述第二分路臂包括一第一端及一第二端；一信號輸入單元，布于所述基板的所述第一表面上，并耦接于所述第一分路臂的所述第一端與所述第二分路臂的所述第一端，用來接收一輸入信號并將所述輸入信號分配至所述第一分路臂及所述第二分路臂；一連接單元，布于所述基板的所述第一表面上，并耦接于所述第一分路臂的所述第二端與所述第二分路臂的所述第二端，其中所述連接單元、所述第一分路臂與所述第二分路臂圍繞出一第一區(qū)域；一接地層，布于所述基板的所述第二表面上，用來提供接地；以及一狹縫槽，形成于所述接地層中；其中至少一部分所述狹縫槽形成于相對于所述第一區(qū)域的一第二區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，還包括一第一信號輸出單元，布設(shè)于所述基板的 所述第一表面上，并耦接于所述第一分路臂的所述第二端，用來輸出經(jīng)由所述第一分路臂 的所述輸入信號；以及一第二信號輸出單元，布設(shè)于所述基板的所述第一表面上，并耦接于 所述第二分路臂的所述第二端，用來輸出經(jīng)由所述第二分路臂的所述輸入信號。
3.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述狹縫槽為一矩形槽體。
4.如權(quán)利要求3所述的功率分配器，其中所述狹縫槽為一狹長矩形槽體。
5.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述狹縫槽為一梯形槽體。
6.如權(quán)利要求5所述的功率分配器，其中所述狹縫槽的短底面部分位于所述第二區(qū)域內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的功率分配器，其中所述狹縫槽的短底面與長底面的邊長相關(guān)于 所述功率分配器的諧振頻率。
8.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述狹縫槽是以蝕刻方式形成于所述接地層。
9.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述第二區(qū)域為所述第一區(qū)域正投影于所述 接地層的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述第一分路臂、所述第二分路臂、所述信 號輸入單元及所述連接單元為一微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述基板為一R04233的微波基板。
12.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述功率分配器操作于一Ku微波頻段。
13.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述功率分配器操作于一Ka微波頻段。
14.如權(quán)利要求1所述的功率分配器，其中所述第一分路臂與第二分路臂的長度相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及具高隔離度的功率分配器。該功率分配器包含有一基板、一第一分路臂、一第二分路臂、一信號輸入單元、一連接單元、一接地層及一狹縫槽。該信號輸入單元用來接收一輸入信號并將該輸入信號分配至該第一分路臂及該第二分路臂。該接地層用來提供接地。該第一分路臂、該第二分路臂、該信號輸入單元及該連接單元布于該基板的一第一表面上，并圍繞出一第一區(qū)域。該接地層布于該基板的一第二表面上。其中該狹縫槽形成于該接地層中，并且至少一部分的該狹縫槽形成于相對于該第一區(qū)域的一第二區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明的功率分配器不需使用額外的電阻組件，而能保有優(yōu)異的高隔離度特性，大幅地節(jié)省制造成本，并能有效適用于高頻頻段，滿足功率分配的需求。
文檔編號H01P5/12GK101938029SQ20091014870
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者王則閔, 蔡文才 申請人:啟碁科技股份有限公司