[发明专利]基于指数渐变的超宽带功分器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率分配器、即功分器，尤其是涉及一种基于指数渐变的超宽带功分器，属于微波传输器件的技术领域。

背景技术

在微波射频无源电路中，功分器全称是功率分配器（英文名：Power divider），用于将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的一种重要无源器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也称为合路器。因为功分器具有结构紧凑、性能稳定、成本低和易于实现的特点，故其被广泛应用于天线阵列前端、功率放大器和混频器等微波射频电路中，是组成微波射频电路的核心器件之一，并占有非常重要的地位。功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度，其主要技术参数有：功率损耗（包括插入损耗、反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度，功率容量和频带宽度等。

随着通信技术迅猛发展，经常需要将功率分配为两路或多路输出。但是，目前广泛应用的传统威尔金森（Wilkinson）功分器的相对带宽只有10%左右，且当频率升高时尺寸变小，微带线之间的损耗和耦合就会逐渐增加，严重影响了功分器的性能，所以，并不适用在超宽带的场合中。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于指数渐变的超宽带功分器，该功分器的前端、即输入端采用基于指数渐变的阻抗匹配器，中间采用四对特征阻抗均为50Ω的半圆形微带线级联，并在上下每对微带线之间分别接有隔离电阻的电路结构，从而组成基于指数渐变的超宽带的功分器，其传输性能优良，相对带宽可以达到100%以上。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种基于指数渐变的超宽带功分器，由印制在介质板上、作为功分器主体，并用于实现匹配和传输特性转换的微带线及其端口所构成；其特征在于：该功分器设有：一个输入端口，两个等幅、同相的输出端口，以及位于输入端口和输出端口之间的阻抗变换电路和超宽带功率分配电路；该三个端口的微带线的特征阻抗均为50Ω，且整体电路结构上下对称，为电路测量和分析提供便利；其中，输入端口是采用指数渐变的微带线，将特征阻抗为50Ω的微带线匹配到超宽带功分器的输入端、且特征阻抗为25Ω的微带线，该25Ω的微带线分为上下两侧对称的两条输出路径，该上下两条输出路径分别经由四段特征阻抗均为50Ω、电长度都为π/2的半圆形微带线级联而输出等幅、同相的信号，且每对上下微带线之间都连接有不同的隔离电阻。

所述输入端口的指数渐变的微带线的电长度是可变的，用于将输入端口特征阻抗为50Ω的微带线匹配、过渡到特征阻抗为25Ω的功分器的输入端口，实现超宽带的阻抗匹配；该指数渐变的微带线长度能够选取任意数值，但长度越长，阻抗匹配电路的性能越好。

所述功分器两条输出路径中前后串接的四级半圆形微带线，与传统的威尔金森Wilkinson功分器的输出电路相比较，该电路结构在频率升高时，能够有效减少上下微带线之间的耦合。

所述每对上下微带线之间连接的四个不同的隔离电阻是采用高频结构仿真器HFSS优化方法确定其阻值，以便达到最好的隔离效果。

本发明的有益效果是：采用基于指数渐变的阻抗匹配器，使得各个输入和输出端口微带线的特征阻抗均为50Ω，且整体电路结构上下对称，易于测量；另外，电路结构简单，避免了复杂繁琐的计算。指数渐变部分的微带线长度具有可变性能，且经仿真试验证明：长度越长，性能越好，实现了超宽带的匹配。级联结构的电路与传统的Wilkinson功分器相比较，其带宽更宽，隔离度更好；半圆形微带线结构使得频率升高时，能够有效减少微带线之间的耦合，且采用50Ω的半圆形微带线级联和隔离电阻，满足了理想的输入与输出的匹配，以及输出端口之间的隔离；还为生产制造和结构改进提供了便利，为该功率器的整个功率分配设计创造了灵活性。

总之，该器件的电路结构简单、对称、紧凑，实用，采用平面微带结构，易于集成和小型化，成本低廉，工程实现容易，还能用于更加复杂、密集的集成电路中，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明超宽带功分器的电路结构图。

图2是本发明带有指数渐变的超宽带功分器的印制板示意图。

图3是本发明实施例仿真试验结果图。

图4是本发明实施例测试试验结果图。

具体实施方式