本發(fā)明屬于射頻與微波功率合成設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波功率分配器是一種多端口微波器件，它是將一路微波信號分配成等分或者不等分的多路微波信號，它在各種無線通信設(shè)備、各種雷達(dá)設(shè)備、遙控遙感設(shè)備、微波測量設(shè)備中受到廣泛的應(yīng)用。微波功率分配器也可以逆向使用作為功率合成器，它可以將不同設(shè)備或者不同器件傳輸過來的微波信號通過功率合成器合成一路信號用以信號的疊加或者信號功率的合成，因此又把功率分配器稱之為功率分配合成器，以下簡稱功合器。

在當(dāng)代微波系統(tǒng)中要求微波功合器具有小的插損，微波功合器還要求具有足夠大的功率容量，以滿足大功率應(yīng)用的場合；此外微波功合器的加工生產(chǎn)條件要容易滿足，結(jié)構(gòu)形式要簡單，這樣在功分器批量生產(chǎn)過程中保證微波功合器的一致性；小型化對微波功合器來說也是非常重要的，特別是在對設(shè)備尺寸有嚴(yán)格限制的場合，微波功合器的小型化有助于整個系統(tǒng)的小型化；最后微波功合器寬頻帶特性也是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，特別是隨著我國民用軍用設(shè)備的發(fā)展，對寬頻帶功率合成器的需求也越來越大，因此小型化功合器的寬帶設(shè)計(jì)也具有非常重大的意義。

而現(xiàn)有的威爾金森寬帶功分器主要采用多節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足帶寬要求，這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)致體積較大，在適用于對體積有要求的情況受限較大，另外多節(jié)功合器導(dǎo)致微帶線長度增加并產(chǎn)生更多的寄生參數(shù)也增大了插損。

如圖1所示，一種傳統(tǒng)的小型化微帶寬帶功合器，其為微帶電路板，首先由50歐姆微帶線1輸入，通過兩個第一節(jié)微帶線阻抗變換段2將50歐姆微帶線1分為兩路微帶，接著在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2的后部分別接入更為寬闊的第二節(jié)微帶線阻抗變換段3，并在兩段第二節(jié)微帶線阻抗變換段3之間跨接隔離電阻4，在第二節(jié)微帶線阻抗變換段3的后部引入拐角結(jié)構(gòu)5，用來拉大兩路微帶間隔距離，且通過拐角結(jié)構(gòu)可以有效減少微波傳輸?shù)牟贿B續(xù)性。在拐角結(jié)構(gòu)5后部分別接入第二50歐姆微帶線6。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

針對現(xiàn)有技術(shù)存在體積大，插損較大的不足，本發(fā)明采用更小體積且更小插損的功合器滿足了技術(shù)指標(biāo)。

技術(shù)方案

針對現(xiàn)有的威爾金森寬帶功分器主要采用多節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足帶寬要求，這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)致體積較大，在適用于對體積有要求的情況受限較大，另外多節(jié)功合器導(dǎo)致微帶線長度增加并產(chǎn)生更多的寄生參數(shù)也增大了插損，本發(fā)明通過改進(jìn)在較小體積下減小了插損實(shí)現(xiàn)了更高帶寬的功合器。

如圖2所示，一種小型化微帶寬帶功合器，其為微帶電路板，首先由50歐姆微帶線1輸入，通過兩個第一節(jié)微帶線阻抗變換段2將50歐姆微帶線1分為兩路微帶，接著在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2的后部分別接入更為寬闊的第二節(jié)微帶線阻抗變換段3，并在兩段第二節(jié)微帶線阻抗變換段3之間跨接隔離電阻4，在第二節(jié)微帶線阻抗變換段3的后部引入拐角結(jié)構(gòu)5，用來拉大兩路微帶間隔距離，且通過拐角結(jié)構(gòu)可以有效減少微波傳輸?shù)牟贿B續(xù)性。在拐角結(jié)構(gòu)5后 部分別接入第二50歐姆微帶線6。

本發(fā)明通過在在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2采用漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7，其是以e為底的指數(shù)函數(shù)的曲線形式。漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7通過漸變的形式實(shí)現(xiàn)阻抗變換，由高阻抗微帶線到低阻抗微帶線逐漸變寬，通過漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7減小了第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3之間的不連續(xù)性，做了這樣的改進(jìn)從而減小了反射，增加了功合器工作帶寬。

在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3尺寸相差不大的情況下，漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7可近似為線性過渡結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)更易實(shí)現(xiàn)并且減少了仿真優(yōu)化的復(fù)雜度且對加工實(shí)物精度要求更低。

進(jìn)一步的在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3的連接處加入了高低阻抗微帶線8，其分為兩段，分別由一段徑向高阻抗微帶線與一段徑向低阻抗微帶線連接組成的高低阻抗線結(jié)構(gòu)。高低阻抗微帶線8用于在低阻抗匹配情況不激勵高次模，同時適當(dāng)調(diào)節(jié)高低阻抗微帶線8的尺寸參數(shù)可以抵消微帶寬帶功合器在實(shí)現(xiàn)功率分配中產(chǎn)生的寄生電容與電感所造成的不良影響，以改善其寬帶性能，通過這樣的改進(jìn)最終以較小的體積與插損更好的滿足了寬帶功合器的指標(biāo)。

發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的二級階梯式威爾金森功分器相比，本發(fā)明具有體積小，插損小、合成效率高等優(yōu)點(diǎn)。與普通的波導(dǎo)功分/功合器相比也具有體積小，重量輕，集成化高的優(yōu)點(diǎn)。與未作改進(jìn)的二級階梯式威爾金森功分器相比可以明顯增加帶寬。

該功合器通用性強(qiáng)，電路結(jié)構(gòu)簡單，能廣泛用于寬帶功率合成與其它寬帶微波電路中。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的二級階梯式威爾金森功分器示意圖。

圖2是通過本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是傳統(tǒng)的二級階梯式威爾金森功分器實(shí)例仿真回波損耗曲線。

圖4是傳統(tǒng)的二級階梯式威爾金森功分器實(shí)例仿真?zhèn)鬏敁p耗曲線。

圖5是通過本發(fā)明實(shí)施例仿真回波損耗曲線。

圖6是通過本發(fā)明實(shí)施例仿真?zhèn)鬏敁p耗曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方式和實(shí)施例。

一種小型化微帶寬帶功合器，其為微帶電路板，首先由50歐姆微帶線1輸入，其中50歐姆微帶線寬度由對應(yīng)微帶版介電常數(shù)與厚度決定。通過兩個第一節(jié)微帶線阻抗變換段2將50歐姆微帶線1分為兩路微帶，接著在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2的后部分別接入更為寬闊的第二節(jié)微帶線阻抗變換段3，并在兩段第二節(jié)微帶線阻抗變換段3之間跨接隔離電阻4各阻抗變換段的阻值由二級階梯式威爾金森功分器理論值通過仿真優(yōu)化獲得，其寬度對應(yīng)于阻值由微帶板介電常數(shù)與厚度決定，在第二節(jié)微帶線阻抗變換段3的后部引入拐角結(jié)構(gòu)5，用來拉大兩路微帶間隔距離，且通過拐角結(jié)構(gòu)可以有效減少微波傳輸?shù)牟贿B續(xù)性，其中拐角結(jié)構(gòu)切角為45度，切角大小可以通過仿真優(yōu)化具體獲得。在拐角結(jié)構(gòu)5后部分別接入第二50歐姆微帶線6。

在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2采用漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7，其是以e為底的指數(shù)函數(shù)的曲線形式。漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7通過漸變的形式實(shí)現(xiàn)阻抗變換，由高阻抗微帶線到低阻抗微帶線逐漸變寬，通過漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7減小了第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3之間的不連續(xù)性，做了這樣的改進(jìn)從而減小了反射，增加了功合器工作帶寬。

在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3尺寸相差不大的情況下，漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)7可近似為線性過渡結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)更易實(shí)現(xiàn)并且減少了仿真優(yōu)化的復(fù)雜度同時對加工實(shí)物精度要求更低。

進(jìn)一步的在第一節(jié)微帶線阻抗變換段2和第二節(jié)微帶線阻抗變換段3的連接處加入了高低阻抗微帶線8，其分為兩段，分別由一段徑向高阻抗微帶線與一段徑向低阻抗微帶線連接組成的高低阻抗線結(jié)構(gòu)其中高阻抗的阻值在50歐姆到120歐姆之間，低阻抗部分為5歐姆至45歐姆。高低阻抗微帶線8用于在低阻抗匹配情況不激勵高次模，同時適當(dāng)調(diào)節(jié)高低阻抗微帶線8的尺寸參數(shù)可以抵消微帶寬帶功合器在實(shí)現(xiàn)功率分配中產(chǎn)生的寄生電容與電感所造成的不良影響，以改善其寬帶性能，通過這樣的改進(jìn)最終以較小的體積與插損更好的滿足了寬帶功合器的指標(biāo)。

實(shí)施例

本發(fā)明以工作于Ku與Ka全波段的功合器作為實(shí)例，其介質(zhì)基板為rogers6002，隔離電阻使用TaN，厚度為0.001mm的薄膜電阻。采用HFSS微波仿真軟件進(jìn)行仿真。

在如圖1傳統(tǒng)的二級階梯式威爾金森功分器情況下，其仿真回波損耗曲線與傳輸損耗曲線如同圖3、圖4所示，工作帶寬為14GHz，且S11最低點(diǎn)為-20dB， 工作帶寬內(nèi)其插入損耗最高為0.4dB。

在如圖2所示的通過本發(fā)明改進(jìn)后引入高低阻抗線與漸變形式微帶線過度結(jié)構(gòu)的寬帶小型化功合器實(shí)例仿真回波損耗曲線與傳輸損耗曲線如同圖5、圖6所示。工作帶寬為19GHz，且S11最低點(diǎn)為-40dB，工作帶寬內(nèi)其插入損耗最高為0.2dB。

從中可以看出使用本設(shè)計(jì)方法可以使功合器的工作帶寬提升百分之36，插損減少0.2dB，實(shí)現(xiàn)了更好的插入損耗與回波損耗指標(biāo)，最終得以較小的體積與插損滿足了寬帶功合器的設(shè)計(jì)。