本發(fā)明涉及功分器領(lǐng)域，特別是涉及一種超寬帶威爾金森功分器。

背景技術(shù)：

功分器在微波毫米波通信電路中具有廣泛的應(yīng)用，諸如在微波功率傳感器、混頻器、相位檢測(cè)以及tr組件等眾多電路中均有應(yīng)用。目前，隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，器件的寬頻帶、低損耗成為了微波射頻電路中的研究熱點(diǎn)，并且隨著超寬帶天線、超寬帶濾波器等超寬帶器件的研究與應(yīng)用，對(duì)超寬帶功率分配器的需求也變得越來(lái)越大。

但是，傳統(tǒng)的威爾金森功分器的帶寬較窄，嚴(yán)重的制約了威爾金森功分器在超寬帶領(lǐng)域中的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的威爾金森功分器帶寬較窄的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的超寬帶威爾金森功分器。

一種超寬帶威爾金森功分器，包括介質(zhì)層，附著在所述介質(zhì)層一側(cè)的信號(hào)金屬層，和附著在所述介質(zhì)層另一側(cè)的金屬底層，所述信號(hào)金屬層包括：

微波傳輸支路，用于將一路微波信號(hào)分成多路微波分支信號(hào)輸出；

微帶線拓展結(jié)構(gòu)，由微帶線組成，所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)的一端連接在所述微波傳輸支路上，另一端懸空，所述微帶線的長(zhǎng)度均為經(jīng)過(guò)所述超寬帶威爾金森功分器的微波的1/4中心波長(zhǎng)，用于增加威爾金森功分器的極點(diǎn)。

上述超寬帶威爾金森功分器，包括介質(zhì)層，附著在所述介質(zhì)層一側(cè)的信號(hào)金屬層，和附著在所述介質(zhì)層另一側(cè)的金屬底層。所述信號(hào)金屬層包括微波傳輸支路和微帶線拓展結(jié)構(gòu)，所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)由微帶線組成，所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)的一端連接在所述微波傳輸支路上，另一端懸空，用于增加威爾金森功分器的極點(diǎn)；通過(guò)在威爾金森功分器的傳輸支路上設(shè)置微帶線拓展結(jié)構(gòu)，增加威爾金森功分器的極點(diǎn)，可以拓寬其頻帶，進(jìn)而得到一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的超寬帶威爾金森功分器。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述微波傳輸支路包括第一主干微帶線和第二主干微帶線，所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)的一端連接在所述第一主干微帶線和第二主干微帶線之間的傳輸通道上，另一端懸空。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)包括平行于微波傳輸方向設(shè)置的單條微帶線和垂直于微波傳輸方向設(shè)置的兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支，所述單條微帶線連接在所述第一主干微帶線和第二主干微帶線之間，每路微帶線分支的一端分別連接所述單條微帶線的一端，另一端懸空。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述微帶線分支包括第一微帶線和第二微帶線，所述第一微帶線的一端連接所述單條微帶線的一端，所述第一微帶線的另一端連接所述第二微帶線的一端，所述第二微帶線的另一端懸空。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二微帶線與所述第一微帶線的阻抗比值為2.25:1。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述微波傳輸支路有兩條，每條微波傳輸支路上均設(shè)置有所述微帶線拓展結(jié)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括隔離電阻，所述隔離電阻的一端連接一條微波傳輸支路中所述第一主干微帶線與單條微帶線連接的一端，所述隔離電阻的另一端連接另一條微波傳輸支路中所述第一主干微帶線與單條微帶線連接的一端。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)金屬層和金屬底層的材質(zhì)均為金。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述單條微帶線的阻值為50ω。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隔離電阻的阻值為100ω。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為另一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的端口反射系數(shù)的波形圖；

圖4為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口插損的波形圖；

圖5為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口插損的相位圖；

圖6為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口隔離度的波形圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，圖1為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實(shí)施例中，該超寬帶威爾金森功分器包括介質(zhì)層，附著在所述介質(zhì)層一側(cè)的信號(hào)金屬層，和附著在所述介質(zhì)層另一側(cè)的金屬底層，所述信號(hào)金屬層包括微波傳輸支路11、12和微帶線拓展結(jié)20、21。

微波傳輸支路11、12用于將一路微波信號(hào)分成多路微波分支信號(hào)輸出。

傳統(tǒng)的威爾金森功分器包括介質(zhì)層，附著在所述介質(zhì)層一側(cè)的信號(hào)金屬層，和附著在所述介質(zhì)層另一側(cè)的金屬底層。如二功分器，其信號(hào)金屬層有兩條微波傳輸支路11、12，每條微波傳輸支路11、12包括串聯(lián)的微帶線，微波通過(guò)輸入端口，即微帶線10進(jìn)入威爾金森功分器時(shí)產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，使得微波集中在位于表層的信號(hào)金屬層傳輸，微波經(jīng)過(guò)兩條微波傳輸支路11、12后分成兩路微波分支信號(hào)，進(jìn)而將微波進(jìn)行二功分。該威爾金森功分器為二功分器，不限于二功分器。

具體的，該介質(zhì)層采用介電常數(shù)為9.9的氧化鋁陶瓷，信號(hào)金屬層和金屬底層均采用金，金電導(dǎo)率高、固有頻率高、趨膚效應(yīng)好。

微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21由微帶線組成，微帶線拓展結(jié)構(gòu)20的一端連接在微波傳輸支路11上，另一端懸空，微帶線拓展結(jié)構(gòu)21的一端連接在所述微波傳輸支路12上，另一端懸空，所述微帶線的長(zhǎng)度均為經(jīng)過(guò)所述超寬帶威爾金森功分器的微波的1/4中心波長(zhǎng)，用于增加威爾金森功分器的極點(diǎn)，該威爾金森功分器指?jìng)鹘y(tǒng)的威爾金森功分器。

在傳統(tǒng)的威爾金森功分器的每條微波傳輸支路11、12上均設(shè)置微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21，該微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21由微帶線組成，每根微帶線的長(zhǎng)度均為經(jīng)過(guò)該超寬帶威爾金森功分器的微波的1/4中心波長(zhǎng)。該微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21的一端連接在微波傳輸支路11、12上，另一端懸空，使得微帶線開(kāi)路，1/4中心波長(zhǎng)開(kāi)路微帶線可以等效為一個(gè)到地電容，進(jìn)而可以增加威爾金森功分器的極點(diǎn)，進(jìn)而拓寬其頻帶。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，微波傳輸支路11包括第一主干微帶線111和第二主干微帶線112，微波傳輸支路12包括第一主干微帶線121和第二主干微帶線122。微帶線拓展結(jié)構(gòu)20的一端連接在所述第一主干微帶線111和第二主干微帶線112之間的傳輸通道上，另一端懸空；微帶線拓展結(jié)構(gòu)21的一端連接在第一主干微帶線121和第二主干微帶線122之間的傳輸通道上，另一端懸空。

分別位于兩條微波傳輸支路11、12上的第二主干微帶線112、122分別作為兩條支路的輸出端口，進(jìn)而將被二功分后的微波分支信號(hào)輸出。

參見(jiàn)圖2，在其中一個(gè)實(shí)施例中，微波傳輸支路11上的微帶線拓展結(jié)構(gòu)20包括平行于微波傳輸方向設(shè)置的單條微帶線203和垂直于微波傳輸方向設(shè)置的兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支，微波傳輸支路12上的微帶線拓展結(jié)構(gòu)21包括橫向設(shè)置的單條微帶線213和縱向設(shè)置的兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支。單條微帶線203連接在微波傳輸支路11的第一主干微帶線111和第二主干微帶線112之間，單條微帶線213連接在微波傳輸支路12的第一主干微帶線121和第二主干微帶線122之間。微帶線拓展結(jié)構(gòu)20兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支的一端分別連接單條微帶線203的兩端，另一端懸空，微帶線拓展結(jié)構(gòu)21兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支的一端分別連接單條微帶線213的兩端，另一端懸空。

微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21形成一個(gè)帶通濾波器，可以增加威爾金森功分器的極點(diǎn)，拓寬其頻率。同時(shí)，該微帶線拓展結(jié)構(gòu)由微帶線組成，各微帶線分別和介質(zhì)層、金屬底層形成電容，根據(jù)電容的充放電特性，其產(chǎn)生的功耗小，使得該超寬帶威爾金森功分器的插損很低，減小了微波在傳輸過(guò)程中的損耗，提高了微波的傳輸功率。

進(jìn)一步的，第二微帶線202與第一微帶線201，第二微帶線205與第一微帶線204，第二微帶線212與第一微帶線211，第二微帶線215與第一微帶線214的阻抗比值均為2.25:1，此時(shí)該超寬帶威爾金森功分器可以通過(guò)的微波頻帶最寬，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整該阻抗比值，可以得到理想頻帶寬度。

第二微帶線202為1/4中心波長(zhǎng)，且處于開(kāi)路狀態(tài)，可以等效為一個(gè)到地電容，對(duì)于微波信號(hào)而言相當(dāng)于短路到地，串聯(lián)的第一微帶線201也為1/4中心波長(zhǎng)，從第一微帶線201的一端看進(jìn)去相當(dāng)于開(kāi)路，從而形成一個(gè)極點(diǎn)。

參見(jiàn)圖3，圖3為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的端口反射系數(shù)在hfss仿真環(huán)境下的波形圖。橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值，單位為分貝，其為超寬帶威爾金森功分器的輸入端口和輸出端口的反射系數(shù)隨頻率的變化情況。其中，曲線31表示輸入端口反射系數(shù)s(1,1)的波形圖，曲線32表示一輸出端口反射系數(shù)s(2,2)的波形圖，曲線33表示另一輸出端口反射系數(shù)s(3.3)的波形圖?？梢钥吹剑摮瑢拵柦鹕Ψ制髟?8ghz～40ghz的頻帶內(nèi)，其輸入端口反射系數(shù)s(1,1)小于-15db，兩個(gè)輸出端口反射系數(shù)s(2,2)，s(3,3)小于-13.8db。該超寬帶威爾金森功分器的反射系數(shù)小，反射功耗低，傳輸功率高。

參見(jiàn)圖4，圖4為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口插損的波形圖。橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值，單位為分貝，其為超寬帶威爾金森功分器的兩個(gè)輸出端口的插損s(2,1)和s(3,1)隨頻率的變化情況?？梢钥吹剑摮瑢拵柦鹕Ψ制髟?8ghz～40ghz的頻帶內(nèi)，兩個(gè)輸出端口的插損s(2,1)和s(3,1)小于0.2db。在保證兩個(gè)輸出端口的插損小于0.2db的情況下，該超寬帶威爾金森功分器可以處理的微波頻率能拓寬到2倍頻，40/18>2倍頻。

參見(jiàn)圖5，圖5為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口插損的相位圖。橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示相位，單位為度，其為超寬帶威爾金森功分器的兩個(gè)輸出端口的插損s(2,1)和s(3,1)的相位隨頻率的變化情況?？梢钥吹?，該超寬帶威爾金森功分器在18ghz～40ghz的頻帶內(nèi)，兩個(gè)輸出端口的插損相位基本一致，使得經(jīng)過(guò)二功分后得到的兩路微波分支信號(hào)相位一致，功分效果好。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，微帶線分支包括連接微波傳輸支路11的第一微帶線201、204，連接微波傳輸支路12的第一微帶線211、214，與第一微帶線201連接的第二微帶線202，與第一微帶線204連接的第二微帶線205，與第一微帶線211連接的第二微帶線212，以及與第一微帶線214連接的第二微帶線215，第二微帶線202、205、212、215的另一端懸空。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該超寬帶威爾金森功分器還包括隔離電阻r，所述隔離電阻r的一端連接一條微波傳輸支路11中第一主干微帶線111與第二主干微帶線112連接的一端，所述隔離電阻r的另一端連接另一條微波傳輸支路12中所述第一主干微帶線121與第二主干微帶線122連接的一端。

該隔離電阻r可以減少兩條微波傳輸支路11、12之間的干擾，具體的，該隔離電阻r的阻值為100ω，根據(jù)材料的不同其方阻可以為50ω/square、60ω/square或其他。

參見(jiàn)圖6，圖6為一實(shí)施例中超寬帶威爾金森功分器的輸出端口隔離度的波形圖。橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值，單位為分貝，其為超寬帶威爾金森功分器的兩個(gè)輸出端口之間的隔離度s(2,3)隨頻率的變化情況?？梢钥吹?，該超寬帶威爾金森功分器在18ghz～40ghz的頻帶內(nèi)，兩個(gè)輸出端口的隔離度s(2,3)小于-10db，彼此干擾小。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，微帶線拓展結(jié)構(gòu)20、21中的單條微帶203、213、第一微帶線201、204、211、214和第二微帶線202、205、212、215的長(zhǎng)度均為經(jīng)過(guò)所述超寬帶威爾金森功分器的微波的1/4中心波長(zhǎng)。該中心波長(zhǎng)為經(jīng)過(guò)該超寬帶威爾金森功分器的微波的中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，單條微帶線203、213的阻值為50ω。

上述超寬帶威爾金森功分器，在傳統(tǒng)的威爾金森功分器的微波傳輸支路上插入由微帶線組成的微帶線拓展結(jié)構(gòu)，可以增加該威爾金森功分器的極點(diǎn)，進(jìn)而拓寬其頻帶。該微帶線結(jié)構(gòu)包括與平行于微波傳輸方向設(shè)置的單條微帶線和垂直于微波傳輸方向設(shè)置的兩路結(jié)構(gòu)相同的微帶線分支，形成一帶通濾波器，該微帶線分支包括相互連接的第一微帶線和第二微帶線，調(diào)整其阻值比例可以調(diào)整該超寬帶威爾金森功分器的頻帶寬度，根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整可以獲得理想的帶寬。同時(shí)利用電容的充放電特性，其產(chǎn)生的功耗小，使得該超寬帶威爾金森功分器的插損很低，減小了微波在傳輸過(guò)程中的損耗，提高了微波的傳輸功率。此外，在兩條微波傳輸支路之間設(shè)置有隔離電路，可以減少兩條微波傳輸支路之間的干擾，提高微波的傳輸質(zhì)量。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。