專利名稱：三頻帶威爾金森功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻微波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三頻帶威爾金森功率分配器。
背景技術(shù)：
威爾金森(Wilkinson)功率分配器是微波射頻電路中一種重要的無(wú)源器件，具有 功率分配或功率組合的功能，它被廣泛地應(yīng)用于平衡功率放大器、平衡混頻器和天線陣列 等射頻電路中。隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和通信行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，對(duì)威爾金森功率分配器 的性能也提出了新的要求。傳統(tǒng)的威爾金森功率分配器是利用四分之一波長(zhǎng)傳輸線的阻抗變換特性來(lái)實(shí)現(xiàn)， 只能工作在單一的頻段及其奇次諧波處，傳統(tǒng)的威爾金森功率分配器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn) 代無(wú)線通信的雙頻、多頻和寬帶的要求。而目前應(yīng)用的雙頻的威爾金森功率分配器，主要是通過(guò)采用兩節(jié)傳輸線阻抗變換 器來(lái)實(shí)現(xiàn)功率分配器偶模激勵(lì)時(shí)的端口匹配特性的，但是為了實(shí)現(xiàn)功率分配器奇模激勵(lì)時(shí) 的端口匹配特性，必須額外加入集總元件(如電阻、電感和電容)；而集總元件電感和電容 的引入會(huì)帶來(lái)電路不便加工和制作，以及高頻工作時(shí)的寄生效應(yīng)等缺點(diǎn)。最近幾年P(guān)ark提 出了利用兩節(jié)耦合線阻抗變換器的思路設(shè)計(jì)雙頻威爾金森功率分配器，這種設(shè)計(jì)的最大好 處就是不需要在輸出端口加入額外的電感和電容。目前，三頻帶威爾金森功率分配器是利用三節(jié)傳輸線阻抗變換器實(shí)現(xiàn)的，其在結(jié) 構(gòu)中采用了三個(gè)集總元件(電阻)實(shí)現(xiàn)端口匹配和隔離特性，由三節(jié)傳輸線阻抗變換器和 三個(gè)隔離電阻組成，三節(jié)傳輸線阻抗變換器可以實(shí)現(xiàn)功率分配器偶模激勵(lì)時(shí)的端口匹配， 但加入的三個(gè)隔離電阻不能嚴(yán)格保證奇模激勵(lì)時(shí)的端口匹配，而且這3個(gè)電阻的值隨著不 同的工作頻率而變化，給設(shè)計(jì)增加了難度，同時(shí)，多個(gè)電阻的引入也相應(yīng)增加了寄生效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)威爾金森功率分配器只能工作在單一的頻段及其奇 次諧波處等缺點(diǎn)，提供三頻帶威爾金森功率分配器，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)三頻帶威爾金森功率分 配器的工作，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以在三個(gè)可控的頻段下工作以滿足現(xiàn)代無(wú)線 通信的多頻段工作要求。本發(fā)明目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，三頻帶威爾金森功率分配器，包括雙頻 威爾金森功率分配器，所述雙頻威爾金森功率分配器的三個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換 器，所述阻抗變換器用于實(shí)現(xiàn)三頻威爾金森功率分配器的工作。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述阻抗變換器由雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻威 爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。所述雙頻威爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接，具體是指，所述傳 輸線與雙頻諧振器并聯(lián)，所述傳輸線的一端口與雙頻威爾金森功率分配器的端口連接，傳 輸線的另一端口作為三頻帶威爾金森功率分配器的端口。
所述雙頻諧振器由開(kāi)路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線組成，其中在三頻帶威爾金森功率分 配器輸出端口的阻抗變換器中，所述開(kāi)路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線并聯(lián)，短路枝節(jié)線與傳輸線 并聯(lián)；在三頻帶威爾金森功率分配器輸入端口的阻抗變換器中，所述開(kāi)路枝節(jié)線與傳輸線 并聯(lián)，短路枝節(jié)線與傳輸線并聯(lián)。所述阻抗變換器由階梯阻抗諧振器和傳輸線組成，所述雙頻威爾金森功率分配器 通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接。所述雙頻威爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接，具體是指，所 述傳輸線與階梯阻抗諧振器并聯(lián)，所述傳輸線的一端口與雙頻威爾金森功率分配器的端口 連接，傳輸線的另一端口作為三頻帶威爾金森功率分配器的端口。所述階梯阻抗諧振器由串聯(lián)的第二傳輸線和開(kāi)路枝節(jié)線組成，所述階梯阻抗諧振 器的第二傳輸線與傳輸線連接。所述傳輸線的特征阻抗和雙頻威爾金森功率分配器的端口阻抗相同。所述傳輸線為微帶傳輸線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果1、實(shí)現(xiàn)多頻，降低成本傳統(tǒng)的威爾金森功率分配器只能工作在單一的頻段及其 奇次諧波處，而本發(fā)明通過(guò)在雙頻威爾金森功率分配器的端口加入阻抗變換器，使得功率 分配器可以工作在三個(gè)可控的頻段下，減少了多頻通信系統(tǒng)中所需功率分配器的數(shù)目，從 而減小了系統(tǒng)的電路尺寸，降低了生產(chǎn)成本。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與現(xiàn)有的利用三節(jié)傳輸線阻抗變換器設(shè)計(jì)的三頻帶功率分配器相 比，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不需要額外的集總元件(電感和電容)，工作頻段外存在多個(gè)傳輸零點(diǎn) 的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的利用三節(jié)傳輸線阻抗變換器設(shè)計(jì)的三頻帶功率分配器需要三個(gè)隔離電阻實(shí) 現(xiàn)功率分配器奇模激勵(lì)時(shí)端口匹配特性，而且這三個(gè)電阻的值隨著工作頻率變化而變化； 本發(fā)明只需要一個(gè)隔離電阻，且電阻值不隨工作頻率變化。傳統(tǒng)的利用三節(jié)傳輸線阻抗變 換器的三頻帶功率分配器設(shè)計(jì)需要復(fù)雜的綜合公式；而在本發(fā)明中，功率分配器設(shè)計(jì)所需 的參數(shù)可以由解析式唯一確定，不需要額外的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整；由于功率分配器中采用了開(kāi) 路或則短路枝節(jié)線，因此本發(fā)明可以在功率分配器通帶外引入傳輸零點(diǎn)，抑制不需要的信 號(hào)，更適合于多頻微波通信系統(tǒng)的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明中三頻帶威爾金森功率分配器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中阻抗變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例一中工作在1/2. 55/3GHZ三頻帶威爾金森功率分配器的PCB布版 圖；圖4是實(shí)施例--中三Ξ頻帶威爾金森功率分配器輸入端回波損耗結(jié)果示意圖
圖5是實(shí)施例--中三Ξ頻帶威爾金森功率分配器輸出端回波損耗結(jié)果示意圖
圖6是實(shí)施例--中三Ξ頻帶威爾金森功率分配器插入損耗結(jié)果示意圖7是實(shí)施例--中三Ξ頻帶威爾金森功率分配器輸出的隔離度結(jié)果示意圖8是實(shí)施例二二中三Ξ頻帶威爾金森功率分配器的PCB布版圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。實(shí)施例一本實(shí)施例一個(gè)工作在1/2. 55/3GH三頻帶威爾金森功率分配器，其結(jié)構(gòu)如圖1所 示，包括雙頻威爾金森功率分配器，所述雙頻威爾金森功率分配器的三個(gè)端口上分別安裝 有阻抗變換器，所述阻抗變換器用于實(shí)現(xiàn)三頻帶威爾金森功率分配器的輸入端口匹配和輸 出端口隔離。如圖2所示，所述阻抗變換器由雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻威爾金森功 率分配器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。如圖3所示，兩段傳輸線10的輸入端接在一起，并在輸出端之間接入一個(gè)隔離電 阻11組成傳統(tǒng)的單頻威爾金森功率分配器，所述雙頻威爾金森功率分配器是通過(guò)在傳統(tǒng) 單頻威爾金森功率分配器結(jié)構(gòu)的端口加入兩段開(kāi)路枝節(jié)線12和兩段開(kāi)路枝節(jié)線13實(shí)現(xiàn) 的。為了使得電路緊湊，尺寸小，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將這些傳輸線10、開(kāi)路枝節(jié)線12和開(kāi)路枝節(jié) 線13彎曲。三頻帶威爾金森功率分配器輸出端口(端口 2和端口 3)所需的阻抗變換器由 傳輸線16、開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線15組成，所述傳輸線16的一端并聯(lián)開(kāi)路枝節(jié)線14， 同時(shí)開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線15并聯(lián)。其中并聯(lián)的開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線15相 當(dāng)于輸出端阻抗變換器中的雙頻諧振器部分，傳輸線16的一端連接所述的雙頻威爾金森 功率分配器的輸出端口，傳輸線16的另一端變成為所述三頻帶威爾金森功率分配器的輸 出端口 2或輸出端口 3。三頻帶威爾金森功率分配器的輸入端口 1所需的阻抗變換器由傳 輸線19、開(kāi)路枝節(jié)線17和短路枝節(jié)線18組成，所述傳輸線19與開(kāi)路枝節(jié)線17并聯(lián)，所述 傳輸線19與短路枝節(jié)線18并聯(lián)，其中開(kāi)路枝節(jié)線17和短路枝節(jié)線18相當(dāng)于輸入端阻抗 變換器中的雙頻諧振器部分，傳輸線19的一端連接雙頻威爾金森功率分配器的輸出端，傳 輸線19的另一端變成為三頻帶威爾金森功率分配器的輸入端口 1。短路枝節(jié)線15和短路 枝節(jié)線18的末端分別設(shè)有接地通孔20，微帶線通過(guò)該接地通孔20與地板相連形成短路。 同樣為了減小電路尺寸，對(duì)開(kāi)路枝節(jié)線17、開(kāi)路枝節(jié)線14和短路枝節(jié)線18進(jìn)行彎折。隔離 電阻11的值確定為三頻帶威爾金森功率分配器端口阻抗值的2倍，傳輸線10的特征阻抗 值為三頻帶威爾金森功率分配器端口阻抗值的1. 85倍，開(kāi)路分支線12的阻抗值為三頻帶 威爾金森功率分配器端口阻抗值的2. 62倍，開(kāi)路分支線13的阻抗值為三頻帶威爾金森功 率分配器端口阻抗值的2. 62倍，開(kāi)路分支線14的阻抗值為三頻帶威爾金森功率分配器端 口阻抗值的1. 46倍，短路分支線15的阻抗值為三頻帶威爾金森功率分配器端口阻抗值的 1. 03倍，傳輸線16的特征阻抗值和三頻帶威爾金森功率分配器端口阻抗值一樣，傳輸線19 的特征阻抗值和三頻帶威爾金森功率分配器端口阻抗值一樣。工作在第一個(gè)頻段和第二個(gè) 頻段的中心頻率處時(shí)，傳輸線10、開(kāi)路分支線12、開(kāi)路分支線14、開(kāi)路枝節(jié)線17、短路枝節(jié) 線15和短路枝節(jié)線18的電長(zhǎng)度均為90°，在第3個(gè)頻段的中心頻率處，傳輸線16的電長(zhǎng) 度為70. 3°，傳輸線19的電長(zhǎng)度為40. 4°。所述傳輸線16和傳輸線19均為微帶傳輸線。上述三頻帶威爾金森功率分配器輸入端回波損耗結(jié)果示意圖，如圖4所示，其中 實(shí)線是電磁仿真結(jié)果，虛線是電路仿真結(jié)果；圖中可以清晰看到在lGHz、2. 55GHz和3GHz這三個(gè)頻率附近ISllI小于-20dB，其中ISllI表示端口 1的反射系數(shù)的幅度。本實(shí)施例的三 頻帶威爾金森功率分配器實(shí)現(xiàn)了在這3個(gè)頻段下的輸入端口匹配。上述三頻帶威爾金森功率分配器輸出端回波損耗結(jié)果示意圖，如圖5所示，其中 實(shí)線是電磁仿真結(jié)果，虛線是電路仿真結(jié)果；圖中可以清晰看到在lGHz、2. 55GHz和3GHz這 三個(gè)頻率附近|S22|小于-20dB，其中|S22|表示端口 2的反射系數(shù)的幅度。本實(shí)施例的三 頻帶威爾金森功率分配器實(shí)現(xiàn)了功率分配器在這3個(gè)頻段下的輸出端口匹配。上述三頻帶威爾金森功率分配器插入損耗結(jié)果示意圖，如圖6所示，其中實(shí)線是 電磁仿真結(jié)果，虛線是電路仿真結(jié)果，(61)為直流處的一個(gè)傳輸零點(diǎn)，(62)為第一個(gè)工作 頻帶和第二個(gè)工作頻段之間的一個(gè)傳輸零點(diǎn)，(63)為第三個(gè)工作頻段高阻帶處的一個(gè)傳輸 零點(diǎn)；圖中可以清晰看到在lGHz、2. 55GHz和3GHz這三個(gè)頻率附近|S211在_3dB左右，其 中|S21|表示端口 1到端口 2的傳輸系數(shù)的幅度。本實(shí)施例的三頻帶威爾金森功率分配器 實(shí)現(xiàn)了功率分配器在這3個(gè)頻段下的等功率輸出。見(jiàn)圖中(61)、(62)和(63)這些傳輸零 點(diǎn)，信號(hào)在這3個(gè)頻率處，不能從輸入端傳輸?shù)捷敵龆耍ㄟ^(guò)這些傳輸零點(diǎn)可以抑制在這3 個(gè)頻率處不需要的信號(hào)。上述三頻帶威爾金森功率分配器輸出的隔離度結(jié)果示意圖，如圖7所示，其中實(shí) 線是電磁仿真結(jié)果，虛線是電路仿真結(jié)果，圖中可以清晰看到在IGHz、2. 55GHz和3GHz這三 個(gè)頻率附近|S32|在-20dB左右，其中I S32 I表示端口 2到端口 3的傳輸系數(shù)的幅度。本 實(shí)施例的三頻帶威爾金森功率分配器實(shí)現(xiàn)了在這3個(gè)頻段下的輸出端口隔離。實(shí)施例二一種三頻帶威爾金森功率分配器，其結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括雙頻威爾金森功率分 配器，所述雙頻威爾金森功率分配器的三個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所述阻抗變換 器用于實(shí)現(xiàn)三頻帶威爾金森功率分配器的輸入端口匹配和輸出端口隔離。所述阻抗變換器由階梯阻抗諧振器(SIR，Step Impedance Resonator)和傳輸線 組成，所述雙頻威爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接。如圖8所示，將兩段傳輸線10的輸入端接在一起，并在輸出端之間接入一個(gè)隔離 電阻11組成傳統(tǒng)的單頻威爾金森功率分配器。雙頻威爾金森功率分配器是通過(guò)在傳統(tǒng)單 頻威爾金森功率分配器結(jié)構(gòu)的端口加入兩段開(kāi)路枝節(jié)線12和兩段開(kāi)路枝節(jié)線13實(shí)現(xiàn)的。 為了使得電路緊湊，尺寸小，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，將這些傳輸線10、開(kāi)路枝節(jié)線12和開(kāi)路枝節(jié)線13 彎曲。所述的三頻帶威爾金森功率分配器輸出端口(輸出端口 2和輸出端口 3)的阻抗變 換器均由傳輸線16、第二傳輸線26和開(kāi)路枝節(jié)線27組成，所述傳輸線16和第二傳輸線26 并聯(lián)，第二傳輸線26和開(kāi)路枝節(jié)線27串聯(lián)，其中第二傳輸線26和開(kāi)路枝節(jié)線27構(gòu)成了階 梯阻抗諧振器，傳輸線16的一端連接所述的雙頻威爾金森功率分配器的輸出端口，傳輸線 16的另一端口變成為三頻帶威爾金森功率分配器的輸出端口 2或輸出端口 3。三頻帶威爾 金森功率分配器的輸入端口 1所需的阻抗變換器由傳輸線19、第二傳輸線29和開(kāi)路枝節(jié)線 30組成，所述傳輸線19和第二傳輸線29并聯(lián)，第二傳輸線29和開(kāi)路枝節(jié)線30串聯(lián)，其中 第二傳輸線29和開(kāi)路枝節(jié)線30構(gòu)成了階梯阻抗諧振器，傳輸線19的一端連接所述的雙頻 威爾金森功率分配器的輸出端口，傳輸線19的另一端變成為所述三頻帶威爾金森功率分 配器的輸入端口 1。為了減小電路尺寸，對(duì)第二傳輸線26、第二傳輸線29進(jìn)行彎折。所述傳輸線16的特征阻抗和雙頻威爾金森功率分配器的端口阻抗相同，傳輸線19的特征阻抗和雙頻威爾金森功率分配器的端口阻抗相同，所述傳輸線16和傳輸線19為 均微帶傳輸線。 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
三頻帶威爾金森功率分配器，包括雙頻威爾金森功率分配器，其特征在于，所述雙頻威爾金森功率分配器的三個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所述阻抗變換器用于實(shí)現(xiàn)三頻威爾金森功率分配器的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述阻抗變換器由 雙頻諧振器和傳輸線組成，所述雙頻威爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述雙頻威爾金森 功率分配器通過(guò)傳輸線與雙頻諧振器連接，具體是指，所述傳輸線與雙頻諧振器并聯(lián)，所述 傳輸線的一端口與雙頻威爾金森功率分配器的端口連接，傳輸線的另一端口作為三頻帶威 爾金森功率分配器的端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述雙頻諧振器由 開(kāi)路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線組成，其中在三頻帶威爾金森功率分配器輸出端口的阻抗變換器 中，所述開(kāi)路枝節(jié)線和短路枝節(jié)線并聯(lián)，短路枝節(jié)線與傳輸線并聯(lián)；在三頻帶威爾金森功率 分配器輸入端口的阻抗變換器中，所述開(kāi)路枝節(jié)線與傳輸線并聯(lián)，短路枝節(jié)線與傳輸線并 聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述阻抗變換器由 階梯阻抗諧振器和傳輸線組成，所述雙頻威爾金森功率分配器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振 器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述雙頻威爾金森 功率分配器通過(guò)傳輸線與階梯阻抗諧振器連接，具體是指，所述傳輸線與階梯阻抗諧振器 并聯(lián)，所述傳輸線的一端口與雙頻威爾金森功率分配器的端口連接，傳輸線的另一端口作 為三頻帶威爾金森功率分配器的端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述階梯阻抗諧振 器由串聯(lián)的第二傳輸線和開(kāi)路枝節(jié)線組成，所述階梯阻抗諧振器的第二傳輸線與傳輸線連 接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述傳輸線的特 征阻抗和雙頻威爾金森功率分配器的端口阻抗相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述三頻帶威爾金森功率分配器，其特征在于，所述傳輸線為微 帶傳輸線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了三頻帶威爾金森功率分配器，包括雙頻威爾金森功率分配器，所述雙頻威爾金森功率分配器的三個(gè)端口上分別安裝有阻抗變換器，所述阻抗變換器用于實(shí)現(xiàn)三頻威爾金森功率分配器的工作。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)三頻威爾金森功率分配器的工作，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以在三個(gè)可控的頻段下工作以滿足現(xiàn)代無(wú)線通信的多頻段工作要求。
文檔編號(hào)H01P5/16GK101976754SQ20101052990
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者林峰, 褚慶昕 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)