[發明專利]一種新型超寬帶威爾金森功分器

無效

• 申請號: 201110250484.1
• 申請日: 2011-08-29
• 公開（公告）號: CN102956948A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 黃森
• 申請（專利權）人: 黃森
• 主分類號: H01P5/16
• 分類號: H01P5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到微波毫米波功率傳輸器件，更為具體的說，涉及到一種改進型的功率分配器件。

背景技術

功率分配器(簡稱功分器)是將輸入功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端口微波器件。在微波功率傳感、混頻器、相位檢測等眾多電路中均有應用。在微波毫米波等高頻系統中，都需要將發射或接受功率按一定的比例分配到個單元，因此微波毫米波功分器在微波毫米波組件與系統中達到了大量的應用，而且也是一個關鍵的部件。功分器有多種實現形式，如各種3dB電橋耦合器、分支線電橋耦合器、環形電橋耦合器、威爾金森功分器等多種結構的功率分配器。功分器的功能構件是約束或引導電磁波能量定向傳輸的傳輸線，即導行系統，導行波即定方向傳輸的電磁波，導行波的模式，又稱為傳輸模、正規模，是指能夠沿傳輸線獨立存在的場型，傳輸線中導模兩相鄰同相位之間的距離稱為該導模的波導波長，是與傳輸線結構密切相關的參數。目前隨著無線通信的高速發展，器件的寬頻帶、小型化、低損耗是微波射頻電路的研究熱點，而且隨著超寬帶天線、超寬帶濾波器等超寬帶器件的研究，對超寬帶的功率分配器的需求越來越大。但是Wilkinson功分器較窄的帶寬嚴重限制了其在超寬帶的應用。在威爾金森功分器設計中，通常使用的傳輸線為TEM或準TEM傳輸線，比如微帶線。

圖2表示現有技術的威爾金森功分器的傳輸線結構，文獻An?Analytical?Approach?for?a?Novel?Coupled-Line?Dual-Band?Wilkinson?Power?Divider，[Wu，Y.Liu，Y.Xue，Q.Microwave?Theory?and?Techniques，IEEE?Transactions?on，2010，Page(s)：1]提供了一個0.5GHz-2.5GHz頻段的威爾金森功分器實例，其模型如圖2所示，其S11＜-12dB，S22＜-18dB，S32＜-10dB.此文通過奇偶模理論分析了各種具有雙頻段特性并且采用兩個隔離電阻的威爾金森功分器。

現有威爾金森功分器存在的缺點：(1)對于現有技術中的威爾金森功分器，為了使其工作于更寬的頻段內，一般通過增加隔離電阻的個數與傳輸線的級數來拓寬帶寬，如圖3所示。但由于自身結構上的限制，會產生較高的損耗，同時增加隔離電阻分布參數帶來的附加影響，導致測試結果和計算結果間較大的差異，威爾金森功分器的性能下降，另外其體積也相對較大。(2)威爾金森功分器應用于較高頻段時，波長就會與隔離電阻的尺寸相比擬，則不能忽略隔離電阻處存在的分布參數，而分布參數在功分器仿真設計是很難預測，且對最終測試結果有很大影響。雖然現有技術中可以用薄膜電阻代替貼片電阻，在薄膜電阻處存在的分布參數較小，但存在薄膜電阻阻值計算偏差的問題且其制造成本較高。

發明內容

針對現有技術的威爾金森功分器存在的不足，本發明的目的旨在提供一種改進型的威爾金森功分器，其有效降低了現有技術的多節威爾金森功分器由隔離電阻帶來的分布參數的附加影響，并且在使用單個隔離電阻且結構簡單易加工的情況下，有效的拓寬了威爾金森功分器的工作帶寬。

本發明對現有技術的威爾金森功分器進行了有效的改進，具體方案如下：

在威爾金森功分器的T街頭或Y接頭的輸出主支路上處設置隔離電阻外和雙頻分支線的基礎之上，還設置一段根據一經驗公式建模的漸變微帶線，通過調節漸變曲線的程度和兩端的寬度，來調節匹配輸入與輸出分支線段電阻的大小，從而實現功分器有良好的輸出隔離和良好的輸入輸出匹配，且在使用相同隔離電阻的情況下，較現有的威爾金森功分器有更寬的工作帶寬。

本發明公開的一種改進型的威爾金森功分器，它有電阻和傳輸線組成，其傳輸線包括一分二接頭，接頭的合路端口連接輸入支路，接頭的兩支路端口分別連接兩輸出支路，在輸入端與兩支路連接處和輸出端與兩支路連接處，我們采用了切角技術，以實現更好的輸入與輸出端口之間的信號傳輸，從而獲得更寬的工作頻率。在連接輸入與輸出端口的兩級傳輸線中，通過采用經驗公式對第一級傳輸線建模。通過傳輸線理論和奇偶模理論分析計算，可以的獲得兩級傳輸線的特性阻抗大小以及電長度、隔離電阻的初值。隔離電阻的大小和在兩支路之間的位置會隨著不同的工作頻段而變化。

為了取得更好的效果，在上述技術方案的基礎上本發明還進一步采取了以下技術措施：所述傳輸線為微帶線，兩輸出主支路問的分支傳輸線成都小于0.25*λ₀，其中λ₀為功分器中心頻率對應的波導波長。