本實用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種帶寬大且集成阻抗變換特性的3dB功率分配器。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，功率分配器也得到了飛速的發(fā)展。3dB功率分配器是一種將一路輸入信號能量分成兩路輸出相等能量的器件。其廣泛應(yīng)用在各種微波系統(tǒng)中，如天線饋電網(wǎng)絡(luò)、功率放大器、混頻器、倍頻器等。其和不同的器件集成又會有各種不同的新的功能，例如當(dāng)功率分配器和帶通濾波器集成時，能在通帶內(nèi)實現(xiàn)四個傳輸極點和良好的帶外抑制特性。

傳統(tǒng)的Wilkinson功率分配器由兩條四分之一波長的傳輸線和隔離電阻構(gòu)成，自其問世以來得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是其帶寬相對較窄，這成為其在許多寬帶應(yīng)用中的主要障礙。為了克服傳統(tǒng)Wilkinson功率分配器在帶寬上的局限性，目前已有了各種設(shè)計來提升其帶寬。例如使用二項式多節(jié)匹配變換器、一條耦合線和多節(jié)四分之一波長阻抗變換器等結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)帶寬的提高。這些設(shè)計的確使帶寬得到了可觀的提高，但是缺點是設(shè)計復(fù)雜、電路尺寸偏大。隨著高頻率及小型化的要求，電路的尺寸無疑是做的越小越好。

阻抗轉(zhuǎn)換器是另一種被廣泛使用的器件，它在不同特征阻抗間的連接中起到了橋梁的作用，實現(xiàn)了不同阻抗間的相互連接。

因此，假使功率分配器既有較寬的帶寬又有阻抗轉(zhuǎn)換的功能，那么它會有更廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有很多設(shè)計考慮到了這一需求，如將雙諧振模阻抗轉(zhuǎn)換器應(yīng)用到寬帶3dB功分器中，或?qū)⒏倪M的非對稱阻抗轉(zhuǎn)換器應(yīng)用在寬帶3dB功分器中，這些技術(shù)都可以實現(xiàn)以上的需求。但是設(shè)計仍很復(fù)雜，電路尺寸以及加工復(fù)雜度也較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)Wilkinson功率分配器的帶寬較窄以及由于在輸出端口接有阻抗轉(zhuǎn)換器而引起的電路尺寸過大的缺點，提供了一種帶寬大且集成阻抗變換特性的3dB功率分配器。

為實現(xiàn)以上實用新型目的，采用的技術(shù)方案是：

一種集成阻抗變換特性的3dB功率分配器，包括從上到下依次排布的三層結(jié)構(gòu)：貼片電路單元、基板和金屬地層；

所述貼片電路單元包括漏斗形的貼片Aa、微帶線Da1、微帶線Da2、隔離電阻Ra、輸入端口微帶線Ba1、輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3、短截線Ta1和短截線Ta2；設(shè)漏斗形的貼片Aa的左側(cè)為相對較窄的一側(cè)，而右側(cè)為相對較寬的一側(cè)；

其中貼片Aa較寬的一側(cè)開設(shè)有整體形狀呈矩狀的凹槽Ma，凹槽Ma的上邊緣和下邊緣分別與微帶線Da1、微帶線Da2的一端連接，微帶線Da1、微帶線Da2與凹槽Ma上邊緣、下邊緣的連接位置呈對稱的關(guān)系，微帶線Da1、微帶線Da2的另一端分別與隔離電阻Ra的兩端連接；

所述輸入端口微帶線Ba1與貼片Aa較窄的一側(cè)連接；短截線Ta1和短截線Ta2與輸入端口微帶線Ba1連接且分別分布在輸入端口微帶線Ba1的上下兩側(cè)；

所述輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3的一端與貼片Aa較寬的一側(cè)連接，輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3與貼片Aa的連接處分別位于凹槽Ma的兩側(cè)。

上述方案中，3dB功率分配器采用了貼片，使得電路結(jié)構(gòu)簡單且容易加工，而且阻抗轉(zhuǎn)換部分直接做在了輸出端口，因而不必在輸出端口處再加上阻抗轉(zhuǎn)換器，這在很大程度上減小了電路的尺寸和復(fù)雜程度。

優(yōu)選地，輸入端口微帶線Ba1的阻抗Za1為50歐姆，輸出端口微帶線Ba2、 輸出端口微帶線Ba3的阻抗Za2為150歐姆，隔離電阻Ra的阻值為250歐姆。

優(yōu)選地，基板采用的介質(zhì)材料為Rogers RO4003C。

優(yōu)選地，基板的厚度為0.813mm，介電常數(shù)為3.38。

優(yōu)選地，所述金屬地層為鋪滿良導(dǎo)體的金屬地層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

1）本實用新型提供的3dB功率分配器采用了貼片，使得電路結(jié)構(gòu)簡單且容易加工。

2）本實用新型提供的3dB功率分配器將阻抗轉(zhuǎn)換部分直接做在了輸出端口，很大程度上減小了電路的尺寸和復(fù)雜程度。

3）本實用新型提供的3dB功率分配器的帶寬與現(xiàn)有技術(shù)相比得到了很大程度的提高。

附圖說明

圖1為3dB三端口功率分配器的三層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例1的貼片電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實施例2的貼片電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗150歐姆的3dB功率分配器的仿真和測試S參數(shù)的對比圖。

圖5為輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗20歐姆的3dB功率分配器的仿真和測試S參數(shù)的對比圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步的闡述。

實施例1

本實施例提供的是輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗150歐姆的寬帶3dB三端口功率分配器，如圖1、圖2所示，3dB功率分配器包括從上到下依次排布的三層結(jié)構(gòu)：貼片電路單元、基板和金屬地層。

其中貼片電路單元包括漏斗形的貼片Aa、微帶線Da1、微帶線Da2、隔離電阻Ra、輸入端口微帶線Ba1、輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3、短截線Ta1和短截線Ta2；設(shè)漏斗形的貼片Aa的左側(cè)為相對較窄的一側(cè)，而右側(cè)為相對較寬的一側(cè)。貼片Aa較寬的一側(cè)開設(shè)有整體形狀呈矩狀的凹槽Ma，凹槽Ma的上邊緣和下邊緣分別與微帶線Da1、微帶線Da2的一端連接，微帶線Da1、微帶線Da2與凹槽Ma上邊緣、下邊緣的連接位置呈對稱的關(guān)系，微帶線Da1、微帶線Da2的另一端分別與隔離電阻Ra的兩端連接。

輸入端口微帶線Ba1與貼片Aa較窄的一側(cè)連接；短截線Ta1和短截線Ta2與輸入端口微帶線Ba1連接且分別分布在輸入端口微帶線Ba1的上下兩側(cè)。輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3的一端與貼片Aa較寬的一側(cè)連接，輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3與貼片Aa的連接處分別位于凹槽Ma的兩側(cè)。

如圖2所示，漏斗形的貼片Aa較窄的一側(cè)的長度為La5，較寬的一側(cè)的長度為La6；凹槽Ma長度為La9，寬度為Wa9。微帶線Da1、微帶線Da2的長度、寬度均相等，分別為La7、Wa7；隔離電阻Ra的長度為La4，寬度為Wa4，且兩倍的La7加上La4的長度等于La9。微帶線Da1、微帶線Da2的右側(cè)邊緣距離漏斗形的貼片較寬一側(cè)邊緣的長度為La8，輸出端口微帶線Ba2、輸出端口微帶線Ba3的長度、寬度均相等，分別為La3、Wa3；輸出端口微帶線Ba2的下邊緣、輸出端口微帶線Ba3的上邊緣距離凹槽的距離均為La10，輸入端口微帶線Ba1的長度為La1，寬度為Wa1，其寬度的中心線和漏斗形貼片Aa較窄的一端的中心線重合。和輸入端口Ba1并聯(lián)的兩條短截線Ta1、Ta2的長度和寬度相等，分別為La12、Wa12，其右側(cè)邊緣距離漏斗形貼片Aa較窄一側(cè)的距離均為La11。

本實施例中，輸入端口微帶線Ba1的阻抗Za1為50歐姆，輸出端口微帶線Ba2、 輸出端口微帶線Ba3的阻抗Za2為150歐姆，隔離電阻Ra的阻值為250歐姆。

3dB功率分配器可通過改變貼片Aa較窄一側(cè)（La5）和較寬一側(cè)(La6)的比值(La5/La6)來實現(xiàn)不同阻抗轉(zhuǎn)換時的阻抗匹配，其一般規(guī)律是向高阻抗轉(zhuǎn)換時比值較大，向低阻抗轉(zhuǎn)換時比值較小，而相應(yīng)的用來放置隔離電阻的微帶線在向高阻抗轉(zhuǎn)變時較窄，向低阻抗轉(zhuǎn)變時較寬。且阻抗轉(zhuǎn)換比較小時帶寬會比阻抗轉(zhuǎn)換比較大時寬。

實施例2

如圖1、圖3所示，本實施例提供的3dB功率分配器與實施例提供的3dB功率分配器的剖面結(jié)構(gòu)一致，都是包括從上到下依次排布的三層結(jié)構(gòu)：貼片電路單元、基板和金屬地層。但是，由于本實施例提供的3dB功率分配器為輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗20歐姆的寬帶3dB三端口功率分配器，因此使得其與實施例1的3dB功率分配器不同在于，貼片電路單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了改變。

如圖3所示，其中貼片電路單元包括漏斗形的貼片Ab、微帶線Db1、微帶線Db2、隔離電阻Rb、輸入端口微帶線Bb1、輸出端口微帶線Bb2、輸出端口微帶線Bb3、短截線Tb1和短截線Tb2；設(shè)漏斗形的貼片Ab的左側(cè)為相對較窄的一側(cè)，而右側(cè)為相對較寬的一側(cè)。貼片Ab較寬的一側(cè)開設(shè)有整體形狀呈矩狀的凹槽Mb，凹槽Mb的上邊緣和下邊緣分別與微帶線Db1、微帶線Db2的一端連接，微帶線Db1、微帶線Db2與凹槽Mb上邊緣、下邊緣的連接位置呈對稱的關(guān)系，微帶線Db1、微帶線Db2的另一端分別與隔離電阻Rb的兩端連接。輸入端口微帶線Bb1與貼片Ab較窄的一側(cè)連接；短截線Tb1和短截線Tb2與輸入端口微帶線Bb1連接且分別分布在輸入端口微帶線Bb1的上下兩側(cè)。輸出端口微帶線Bb2、輸出端口微帶線Bb3的一端與貼片Ab較寬的一側(cè)連接，輸出端口微帶線Bb2、輸出端口微帶線Bb3與貼片Ab的連接處分別位于凹槽Mb的兩側(cè)。

如圖3所示，漏斗形的貼片Ab較窄的一側(cè)的長度為Lb5，較寬的一側(cè)的長度為Lb6；凹槽Mb長度為Lb9，寬度為Wb9。微帶線Db1、微帶線Db2的長度、寬度均相等，分別為Lb7、Wb7；隔離電阻Rb的長度為Lb4，寬度為Wb4，且兩倍的Lb7加上Lb4的長度等于Lb9。微帶線Db1、微帶線Db2的右側(cè)邊緣距離漏斗形的貼片Ab較寬一側(cè)邊緣的長度為Lb8，輸出端口微帶線Bb2、輸出端口微帶線Bb3的長度、寬度均相等，分別為Lb3、Wb3；輸出端口微帶線Bb2的下邊緣、輸出端口微帶線Bb3的上邊緣距離凹槽的距離均為Lb10，輸入端口微帶線Bb1的長度為Lb1，寬度為Wb1，其寬度的中心線和漏斗形貼片Ab較窄的一端的中心線重合。和輸入端口Ba1并聯(lián)的兩條短截線Tb1、Tb2的長度和寬度相等，分別為Lb12、Wb12，其右側(cè)邊緣距離漏斗形貼片Ab較窄一側(cè)的距離均為Lb11。

本實施例中，輸入端口微帶線Bb1的阻抗Zb1為50歐姆，輸出端口微帶線Bb2、 輸出端口微帶線Bb3的阻抗Zb2為20歐姆，隔離電阻Rb的阻值為50歐姆。

3dB功率分配器可通過改變貼片Ab較窄一側(cè)（Lb5）和較寬一側(cè)(Lb6)的比值(Lb5/Lb6)來實現(xiàn)不同阻抗轉(zhuǎn)換時的阻抗匹配，其一般規(guī)律是向高阻抗轉(zhuǎn)換時比值較大，向低阻抗轉(zhuǎn)換時比值較小，而相應(yīng)的用來放置隔離電阻的微帶線在向高阻抗轉(zhuǎn)變時較窄，向低阻抗轉(zhuǎn)變時較寬。且阻抗轉(zhuǎn)換比較小時帶寬會比阻抗轉(zhuǎn)換比較大時寬。

實施例3

由實施例1和實施例2可知，在具體設(shè)置的時候，首先需要對貼片電路單元的參數(shù)進行仿真設(shè)計，具體為根據(jù)需要的中心頻率(本實施例為2.4GHZ)、介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)及厚度，用txline來計算出所需輸入輸出微帶線阻抗值的寬度，然后在HFSS中構(gòu)建模型，通過調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)來得到具有阻抗轉(zhuǎn)換和超寬帶功能的三端口3dB功率分配器。

如圖4所示，圖4為輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗150歐姆的3dB功率分配器的仿真和測試S參數(shù)的對比圖。由圖4所示，La1=4.3mm, Wa1=1.864mm,La3=1.5mm, Wa3=0.09047mm, La4=1mm, Wa4=0.8mm, La5=2.8mm, La6=15.7mm, La7=5.3mm, Wa7=2.8mm, La8=5.1mm, La9=11mm, Wa9=11.6mm, La10=0.98mm,La11=1.3mm, La12=4.5mm, Wa12=1.5mm,Ra=250Ω,此時帶寬為32%，S11,S22,S33≤-10dB, S23≤-15dB。

如圖5所示，圖5為輸入阻抗50歐姆轉(zhuǎn)到輸出阻抗20歐姆的3dB功率分配器的仿真和測試S參數(shù)的對比圖。對應(yīng)的Lb1=4.85mm, Wb1=1.864mm,Lb3=1.5mm, Wb3=6.61mm, Lb4=1mm, Wb4=0.8mm, Lb5=2.5mm, Lb6=23mm, Lb7=4.3mm, Wb7=2.5mm, Lb8=0mm, Lb9=9.6mm, Wb9=13mm, Lb10=0mm, Lb11=1.575mm, Lb12=7mm, Wb12=1.7mm, Rb=50Ω,此時帶寬為62%，S11,S22,S33≤-10dB, S23≤-15dB。

圖4、圖5的3dB功率分配器的基板材料為Rogers RO4003C，介電常數(shù)為3.38，基板厚度為0.813mm。由圖4、圖5可知，仿真和實測曲線的吻合度良好。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

1）本實用新型提供的3dB功率分配器采用了貼片結(jié)構(gòu)，使得電路結(jié)構(gòu)簡單且容易加工。

2）本實用新型提供的3dB功率分配器將阻抗轉(zhuǎn)換部分直接做在了輸出端口，很大程度上減小了電路的尺寸和復(fù)雜程度。

3）本實用新型提供的3dB功率分配器的帶寬與現(xiàn)有技術(shù)相比得到了很大程度的提高。

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。