[发明专利]威尔金森功率分配/合成器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波无源器件，特别是涉及一种威尔金森功率分配/合成器及其设计方法。

背景技术

功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为功率合成器。

目前大功率分配/合成器主要针对源负载和匹配负载都是实数阻抗条件下进行设计，如源负载Z₀和负载阻抗R₁、R₂均为50欧姆的二等分威尔金森(Wilkinson)分配/合成器，如图1所示，该功分器采用两根并联的特征阻抗Z₀₁、Z₀₂均为70.7欧姆的1/4波长传输线进行功率分配/合成，隔离电阻R为100欧姆。

在MRI(Magnetic Resonance Imaging，核磁共振成像)和其他功率合成领域，实际的源阻抗为功率管的输出阻抗。功率管的输出阻抗一般为复数阻抗，在实际应用中往往需要额外的阻抗变换网络把复数阻抗变换为实数阻抗再进行功率分配或合成。这样一来，不但增加了设计复杂度，也使设计的灵活性大大降低。尤其在MRI领域，匹配负载的匹配阻抗也不完全是实数阻抗，功率合成单元需要根据实际的匹配阻抗灵活设计，这更增加了设计难度。另外，传统威尔金森功分器所使用的传输线拘泥于1/4波长，不易减小PCB电路的面积和传输线损耗，不易实现小型化。

中国发明专利(专利号：201310017148.1)公开了一种端接任意复数阻抗的威尔金森功率分配器，采用单节耦合微带线替代传统的两段对称的四分之一波长微带线，即其功率分配电路主体只包括一节耦合微带线(Ze、Zo、θ)和一个隔离电阻(Rw)，且只需确定输入和输出三个端口的端接复数阻抗(ZS、ZL)，就能够根据偶模-奇模分析方法得到精确求解该功率分配器的上述四个参量(Ze、Zo、θ、Rw)唯一数值的四个计算公式。在选取事宜的介质板后，就能利用微波仿真软件先进设计系统ADS计算得到该单节耦合微带线的线宽、线长和线间距的各个几何尺寸。虽然该专利实现了端接任意复数阻抗，但由于该专利是基于耦合微带线实现的，两根耦合微带线之间的距离不能改变，且支路端口之间连接的仍然是实数的隔离电阻，致使耦合微带线的长度无法压缩，不易于进一步实现小型化，因此在设计的灵活性上还是存在不足。另外，虽然源阻抗一般为复数阻抗，但匹配负载的匹配阻抗也可能是实数阻抗，该专利仅针对端接复数阻抗，存在一定的局限性。

因此，现在亟需一种能够灵活设计的威尔金森分配/合成器，不必拘泥于1/4波长传输线，且各路传输线之间的间距无限制，能够端接具有复数阻抗或实数阻抗的源负载和匹配负载

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种威尔金森功率分配/合成器及其设计方法，用于解决现有技术中威尔金森功率分配/合成器设计部灵活，不易实现小型化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种威尔金森功率分配/合成器，其中，所述威尔金森功率分配/合成器至少包括：

一个主路端口、至少两个支路端口和至少两路传输线，其中，所述传输线的路数与所述支路端口的个数相匹配，所述主路端口通过各路传输线分别连接各个支路端口；

所述主路端口还连接具有复数阻抗或实数阻抗的主路负载；

每个支路端口均连接具有复数阻抗或实数阻抗的支路负载，且每两个支路端口之间还连接具有复数阻抗的隔离负载；

其中，所述主路端口为功率输出端、所述支路端口为信号源输入端时，所述主路负载为匹配负载，所述支路负载为源负载；所述主路端口为信号源输入端、所述支路端口为功率输出端时，所述主路负载为源负载，所述支路负载为匹配负载。

优选地，所述威尔金森功率分配/合成器为具有n路传输线且功率分配比相同的功率分配/合成器时，n路传输线具有相同的特性阻抗；

在向所述支路端口施加偶模电压激励时，根据传输线理论，所述源负载、所述匹配负载和所述传输线之间的关系满足下式，以使各个支路端口共轭匹配：