專利名稱：一種混合型功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種結(jié)合Wilkinson和Gyse l型結(jié)構(gòu)的混合型功分器,屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在微波通信、雷達系統(tǒng)的功率分配和饋電網(wǎng)絡中，功分器被廣泛使用。功分器有許多種類，其中Wilkinson型和Gysel型功分器是常見的兩種結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的Wilkinson型功分器結(jié)構(gòu)如圖1，圖I中Ztl為三個端口特性阻抗，1 =分支線特性阻抗，Ro = ZZtl為隔離電阻，各個傳輸線的電長度Θ =90°。Wilkinson型功分器具有低插損、高隔離度和合理的帶寬等優(yōu)點，然而在高功率應用中，Wilkinson型功分器由于隔離電阻跨接結(jié)構(gòu)，失配造成的功率流失將損耗在隔離電阻上，然而在跨接結(jié)構(gòu)的隔離電阻上不易加裝散熱裝置，熱量直接產(chǎn)生在模塊內(nèi)部，將嚴重影響模塊電學特性。Gysel型功分器克服了 Wilkinson型功分器的低散熱能力的缺點，其負載電阻可接出模塊并接地，便于散熱；同時，Gysel功分器還有監(jiān)測輸出端口功率失配度的能力。加裝合適散熱系統(tǒng)，Gysel型功分器可承受L波段上至IOkW和S波段上至5kW的連續(xù)波(CW)功率。傳統(tǒng)的Gysel型功分器結(jié)構(gòu)如圖2，圖2中Ztl為三個端口特性阻抗， : =Z2=Ztl, Z3 = Ztl為三個分支線特性阻抗，I = Ztl為接地負載電阻，傳輸線的電長度Θ =90°。傳統(tǒng)Gysel型功分器能將I端口輸入的功率從2、3端口等分輸出，并能在工作頻率下，實現(xiàn)三個端口良好的匹配以及兩個輸出端口間的相互隔離。最近幾年，國內(nèi)外出現(xiàn)了有關(guān)提高Gysel功分器帶寬的報道。0. Ban-Leong等在文獻(0. Ban-Leong, W.Palei, and M. S. Leong, " Broad-banding technique for in-phasehybrid ring equal power divider, " Microwave Theory and Techniques， IEEETransactions on, vol. 50，pp. 1790-1794，2002.)中釆用更改優(yōu)化各分支線的阻抗和長度的方法可提高 15%的帶寬。H. Oraizi 等在文獻(H. Oraizi and A. R. Sharifi, " OptimumDesign of a Wideband Two-Way Gysel Power Divider With Source to Load ImpedanceMatching， " Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions on，vol. 57，pp. 2238-2248，2009.和H. Oraizi and A. R. Sharifi，" Optimum Design of AsymmetricalMultisection Two-Way Power Dividers With Arbitrary Power Division and ImpedanceMatching， " Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions on，vol. 59，pp. 1478-1490,2011.)中，提出通過釆用多節(jié)Gysel功分器的技術(shù)可調(diào)高32%的帶寬，但是這種技術(shù)導致了功分器更大的面積。而且上述技術(shù)中缺乏最終的設(shè)計參數(shù)和方程，通常需要釆用計算機優(yōu)化的方法來得到最終參數(shù)。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題[0007]本實用新型針對Wilkinson型功分器不適合高功率應用，傳統(tǒng)Gysel型功分器帶寬窄，而已有寬帶Gysel型功分器只能通過計算機優(yōu)化設(shè)計的不足，提供一種結(jié)合Wilkinson和Gysel型結(jié)構(gòu)的混合型功分器。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本實用新型提供了一種混合型功分器，該功分器包括負載阻值為Ztl的第一端口 10，負載阻值為Ztl的第二端口 11，負載阻值為Ztl的第三端口 12，特性阻抗為Z1的第一分支傳輸線1，特性阻抗為Z2的第二分支傳輸線2，特性阻抗為Z3的第三分支傳輸線3，特性阻抗為Z1的第四分支傳輸線4，特性阻抗為Z2的第五分支傳輸線5，特性阻抗為Z3的第六分支傳輸線6，阻值為&的第一接地負載電阻7，阻值為&的第二接地負載電阻8，阻值為Rtl的第一隔離電阻9，其中所述第一分支傳輸線I、第二分支傳輸線2、第三分支傳輸線3、第六分支傳輸線6、第五分支傳輸線5和第四分支傳輸線4依次首尾相連呈閉合的傳輸線路；·[0011]所述第一端口 10連接于第一分支傳輸線I和第四分支傳輸線4的連接處；所述第二端口 11連接于第一分支傳輸線I和第二分支傳輸線2的連接處；所述第三端口 12連接于第四分支傳輸線4和第五分支傳輸線5的連接處；所述第一接地負載電阻7 —端連接于第二分支傳輸線2和第三分支傳輸線3的連接處，另一端短路接地；所述第二接地負載電阻8 —端連接于第五分支傳輸線5和第六分支傳輸線6的連接處,另一端短路接地；所述第一隔離電阻9 一端連接于第一分支傳輸線I和第二分支傳輸線2的連接處，另一端連接于第四分支傳輸線4和第五分支傳輸線5的連接處。上述方案中，所述第一至第六分支傳輸線具有相同的電長度，該電長度為Θ。上述方案中，在該功分器工作中心頻率&處，各個傳輸線的電長度Θ = 90° ;當因功分器失配時，功分器的第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻9上所吸收的反射功率比例因子值
P, Rfk =—=——
Po 2Rl其中為第一和第二兩個接地負載電阻總共吸收的反射功率，其中Ptl為第一隔離電阻9吸收的反射功率。上述方案中，所述各個分支傳輸線特性阻抗值、第一、二接地負載電阻值和第一隔離電阻值，是根據(jù)第一端口 10、第二端口 11和第三端口 12所接負載的阻值Ztl，以及第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻9上所吸收的反射功率比例因子k得到的，具體包括bl :計算出第一、四分支傳輸線特性阻抗值Z1，其值為Z1 = V 2Ζ0；b2 :設(shè)定第三、六分支傳輸線特性阻抗值Z3大小；為得到更大的帶寬，設(shè)定第二、五分支傳輸線特性阻抗值Z2，其值為Z2 = Rl ；b3 :根據(jù)第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻9上所吸收的反射功率比例因子k，得到兩個接地負載電阻的阻值仏和第一隔離電阻9的阻值Rtl，其值分別為
1 k[0022]R0 = 2Z0(k+l) ο(三)有益效果本實用新型提供的混合功分器,通過結(jié)合Wilkinson和Gysel型功分器的特點,調(diào)節(jié)傳輸線特性阻抗和電阻阻值，可以方便的實現(xiàn)對功分器帶寬和散熱特性的折衷選擇以適應不同設(shè)計需求。根據(jù)實際應用需求設(shè)置合理的參數(shù)值，可提高相對帶寬到66%的同時依然保留Gysel型傳統(tǒng)功分器一半的散熱能力。在工作頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)三個端口的好的匹配，第二端口和第三端口的好的隔離，第一端口與第二、第三端口功率低損耗傳輸，同時結(jié)構(gòu)簡單緊湊。傳輸線特性阻抗和電阻阻值動態(tài)可調(diào)范圍大，既能方便取用標準電阻值又能兼顧微帶線工藝對傳輸線特性阻抗的要求，尤其適合微波要求帶寬和高功率分配合成的應用。

圖I為傳統(tǒng)Wilkinson型功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；`圖2為傳統(tǒng)Gysel型功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為依照本實用新型明實施例的混合型功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為依照本實用新型明實施例的混合型功分器的I端口反射系數(shù)、23端口隔離度和12端口傳輸系數(shù)在不同&值情況下頻譜特性。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。圖3是依照本實用新型明實施例的混合型功分器的結(jié)構(gòu)示意圖。該混合型功分器可直接印制在高頻PCB印制板上，其傳輸線線長及線寬等根據(jù)使用頻率及PCB板材的不同而不同。參照圖3，本實用新型提供的這種混合型功分器，包括負載阻值為Ztl的第一端口10，負載阻值為Ztl的第二端口 11，負載阻值為Ztl的第三端口 12，特性阻抗為Z1的第一分支傳輸線1，特性阻抗為Z2的第二分支傳輸線2，特性阻抗為Z3的第三分支傳輸線3，特性阻抗為Z1的第四分支傳輸線4，特性阻抗為Z2的第五分支傳輸線5，特性阻抗為Z3的第六分支傳輸線6，阻值為&的第一接地負載電阻7，阻值為&的第二接地負載電阻8，阻值為Rtl的第一隔離電阻9,其中所述第一分支傳輸線I、第二分支傳輸線2、第三分支傳輸線3、第六分支傳輸線6、第五分支傳輸線5和第四分支傳輸線4依次首尾相連呈閉合的傳輸線路；所述第一端口 10連接于第一分支傳輸線I和第四分支傳輸線4的連接處；所述第二端口 11連接于第一分支傳輸線I和第二分支傳輸線2的連接處；所述第三端口 12連接于第四分支傳輸線4和第五分支傳輸線5的連接處；所述第一接地負載電阻7 —端連接于第二分支傳輸線2和第三分支傳輸線3的連接處，另一端短路接地；所述第二接地負載電阻8 一端連接于第五分支傳輸線5和第六分支傳輸線6的連接處，另一端短路接地；所述第一隔離電阻9一端連接于第一分支傳輸線I和第二分支傳輸線2的連接處，另一端連接于第四分支傳輸線4和第五分支傳輸線5的連接處。所述第一至第六分支傳輸線具有相同的電長度，該電長度為Θ。在該功分器工作中心頻率&處，各個傳輸線的電長度θ =90° ;當因功分器失配時，功分器的第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻9上所吸收的反射功率比例因子值

權(quán)利要求1.一種混合型功分器,其特征在于,該功分器包括負載阻值為Ztl的第一端口(10),負載阻值為Ztl的第二端口(11)，負載阻值為Ztl的第三端口(12)，特性阻抗為Z1的第一分支傳輸線(I)，特性阻抗為Z2的第二分支傳輸線(2)，特性阻抗為Z3的第三分支傳輸線(3)，特性阻抗為Z1的第四分支傳輸線(4)，特性阻抗為Z2的第五分支傳輸線(5)，特性阻抗為Z3的第六分支傳輸線(6)，阻值為&的第一接地負載電阻(7)，阻值為&的第二接地負載電阻(8)，阻值為Rtl的第一隔離電阻(9)，其中 所述第一分支傳輸線(I)、第二分支傳輸線(2)、第三分支傳輸線(3)、第六分支傳輸線(6)、第五分支傳輸線(5)和第四分支傳輸線(4)依次首尾相連呈閉合的傳輸線路； 所述第一端口(10)連接于第一分支傳輸線(I)和第四分支傳輸線(4)的連接處；所述第二端口(11)連接于第一分支傳輸線(I)和第二分支傳輸線(2)的連接處；所述第三端口(12)連接于第四分支傳輸線(4)和第五分支傳輸線(5)的連接處；所述第一接地負載電阻(7) —端連接于第二分支傳輸線(2)和第三分支傳輸線(3)的連接處，另一端短路接地；所述第二接地負載電阻(8) —端連接于第五分支傳輸線(5)和第六分支傳輸線(6)的連接處，另一端短路接地；所述第一隔離電阻(9) 一端連接于第一分支傳輸線(I)和第二分支傳輸線(2)的連接處，另一端連接于第四分支傳輸線(4)和第五分支傳輸線(5)的連接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合型功分器，其特征在于，所述第一至第六分支傳輸線具有相同的電長度，該電長度為Θ。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合型功分器，其特征在于，在該功分器工作中心頻率&處，各個傳輸線的電長度Θ =90° ;當因功分器失配時，功分器的第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻(9)上所吸收的反射功率比例因子值,Pl ^kH 其中為第一和第二兩個接地負載電阻總共吸收的反射功率，其中Po為第一隔離電阻(9)吸收的反射功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合型功分器，其特征在于，所述各個分支傳輸線特性阻抗值、第一、二接地負載電阻值和第一隔離電阻值，是根據(jù)第一端口(10)、第二端口(11)和第三端口(12)所接負載的阻值Ztl,以及第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻(9)上所吸收的反射功率比例因子k得到的，具體包括 bl :計算出第一、四分支傳輸線特性阻抗值Z1，其值為Z1 — V 2Ζ0; b2 :設(shè)定第三、六分支傳輸線特性阻抗值Z3大??；為得到更大的帶寬，設(shè)定第二、五分支傳輸線特性阻抗值Z2，其值為Z2 = Rl ； b3 :根據(jù)第一和第二兩個接地負載電阻與第一隔離電阻(9)上所吸收的反射功率比例因子k，得到兩個接地負載電阻的阻值&和第一隔離電阻(9)的阻值Rtl，其值分別為R —奶+ 1)I — I， 1%.·R0 = 2Z0(k+l) ο
專利摘要本實用新型公開了一種結(jié)合Wilkinson和Gysel型結(jié)構(gòu)的混合型功分器，包括三端口、六個分支傳輸線、一個隔離電阻和兩個接地負載電阻。本實用新型的混合型功分器結(jié)合Wilkinson和Gysel型功分器的特點，通過調(diào)節(jié)傳輸線特性阻抗和電阻阻值，可以方便的實現(xiàn)對功分器帶寬和散熱特性的折衷選擇。根據(jù)實際應用需求設(shè)置合理的參數(shù)值，可以克服傳統(tǒng)Gysel型功分器帶寬窄的缺陷，同時保留了Gysel型傳統(tǒng)功分器部分的散熱能力，尤其適合微波系統(tǒng)中要求有一定帶寬和功率散熱能力的應用。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，傳輸線特性阻抗和電阻阻值動態(tài)可調(diào)范圍大，既能方便取用標準電阻值又能兼顧微帶線工藝對傳輸線特性阻抗的要求。
文檔編號H01P5/16GK202721250SQ20122018328
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者官勁, 張立軍, 孫征宇, 冷永清, 彭亞濤 申請人:中國科學院微電子研究所