[发明专利]一种高功率利用率的有源准环行器

说明书

本发明提出一种高功率利用率的有源准环行器，用于解决现有有源准环行器发射信号功率利用率较低的技术问题，包括介质基板、印制在介质基板一个表面上的金属接地板以及另一个表面上的功率放大器、功分器和有源功率合成器；所述功分器的输入端与功率放大器的输出端连接，输出端的上臂与有源功率合成器的栅极连接，下臂与有源功率合成器的源极连接；所述功分器采用wilkinson不等分功分器，其上臂和下臂宽度尺寸是由设定的功分比计算两个臂各自对应的特性阻抗确定的，上臂的宽度大于下臂的宽度，以提高第一端口到第二端口的传输增益，两个臂的电长度均为90°。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，涉及一种微波有源准环行器，可用于无线通信系统射频前端。

背景技术

环行器是微波毫米波系统的器件，用于收发天线共用的系统，实现收发的隔离。环行器根据构成的材料分为无源环行器和有源环行器。传统的无源环行器是由铁氧体材料构成的，需要外加磁场，功率容量大，体积和重量也都较大，无法与射频系统集成，无法适应现今无线系统发展小型化和重量轻的需求。有源环行器是实现信号的单向传输，即由第一端口输入第二端口输出；第二端口输入第三端口输出；第三端口输入第一端口输出。其由晶体管来构成，易于与射频系统集成，使系统的体积和重量大大减小。

有源准环行器的要求更加严格，需要第一端口和第三端口传输正反向都隔离，且使用的端口是固定的，第一端口为发射信号的输入端口，第二端口为发射信号的输出端口和接收信号的输入端口，第三端口为接收信号的输出端口。由于有源环行器都是利用晶体管和无源器件印制在介质基板上制成的，功率容量相对较小，需要提高输入的有限信号的功率利用率，且处于发射信号的末端，插损对发射信号输出功率的大小有很大的影响，因而应尽量减小插损，提高增益。而且利用有源准环行器以及声表滤波器可以在低频段构成有源多工器，可以极大的减小器件的尺寸。因此，是一种非常有价值的射频前端器件。

为了实现有源准环行器高功率利用率的问题，国内外研究人员做了许多探索，并提出了采用功分器设计的有源准环行器，例如2007年，吴燕红发表在《中国优秀硕士学位论文全文数据库》，名称为“微波有源环行器研究”，提出一种提高发射功率的微波有源环形器，包括功率放大器、T形结功分器和有源功率合成器，其中功率放大器的输入端口作为有源准环行器的第一端口，功率放大器的输出端口与T形结功分器的输入端口相连，T形结功分器的上臂作为有源准环行器的第二端口，同时与有源功率合成器的栅极相连，T形结功分器的下臂与有源功率合成器的源极相连，有源功率合成器的输出端口作为有源准环行器的第三端口，该有源准环行器的三个端口的回波损耗以及隔离度都满足要求,在-18dB以下,通过优化T形结功分器的宽度，提高了第一端口到第二端口的传输增益，传输函数为3.8dB，但仍存在与天线端口相对应的平衡电阻，其会消耗一部分发射功率，使发射信号的功率利用率降低。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种高功率利用率的有源准环行器，用于解决现有有源准环行器发射信号功率利用率较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案，包括介质基板1、印制在介质基板1一个表面上的金属接地板2，以及另一个表面上的功率放大器3、功分器4和有源功率合成器5；所述功分器4的输入端与功率放大器3的输出端连接，输出端的上臂41与有源功率合成器5的栅极连接，下臂42与有源功率合成器5的源极连接；所述功率放大器3的输入端、功分器4的上臂41和有源功率合成器5的输出端分别作为有源准环行器的第一端口、第二端口和第三端口；所述功分器4采用wilkinson不等分功分器，其上臂41和下臂42宽度的尺寸，是通过设定的功分比计算两个臂各自对应的特性阻抗确定的，且上臂41的宽度大于下臂42的宽度，用于提高第一端口到第二端口的传输增益，两个臂的电长度均为90°。

上述一种高功率利用率的有源准环行器，所述有源功率合成器5，其栅极的匹配电路与源极的匹配电路长度相等。