[发明专利]一种小型化宽带功分器

说明书

本发明公开了一种小型化宽带功分器，包括两组磁芯变压器绕组，分别为1:2阻抗变换器和二功分器；其中，1：2阻抗变换器的信号输出端为二功分器的信号输入端，且该1：2阻抗变换器的信号输出端并联连接一用于吸收漏感的电容元件；所述二功分器的输出端口之间跨接一隔离电阻。本发明采用两个铁氧体磁芯分别作为阻抗转换网络和功率分配网络，阻抗匹配效果更优、插入损耗更小；所用铁氧体磁芯材料的电磁参数满足互补关系，保证了功分器在宽频带范围内保持性能一致；阻抗变换器采用3股铜芯漆包线进行绕组，通过调节绕组线圈L3漆包线的直径、长度，使得信号输入端口的电压驻波比更小，并实现了更好的阻抗匹配。

技术领域

本发明涉及射频、微波工程领域的功率分配或功率合成器件，尤其涉及一种小型化宽带功分器。

背景技术

在射频通信系统中，输入功率经常需要按照一定的比例传输到不同的电路负载中，或者不同比例的功率需要合成到同一路，因此，往往需要用到功分器/合成器这一器件。总体而言，功分器主要有三种实现技术：集总参数(lumped parameter)功分电路、微带线功分器、波导功分器，以及基于铁氧体磁芯的变压器功分器。集总参数功分电路一般用于频率非常低的情况，常用有耗元件，如电阻等构成，其损耗较大，各端口之间的隔离度有限。微带线功分器属于分布参数(distributed parameter)器件，易于采用平面印刷电路板(PCB)工艺加工，但其长度与工作波长可比拟，工作在低频的时候尺寸比较大，且带宽较窄，虽然可以采取一些措施以展宽带宽，例如用多节四分之一波长传输线段级联(切比雪夫变换)获得宽带的阻抗变换，但这种方法实际所能展宽的频带有限。波导功分器适用于大功率情景，如雷达，其加工技术复杂，不易于集成，且带宽较窄。而基于铁氧体磁芯的变压器功分器具有体积小、频带宽、易于集成、成本低廉的优点，受到了业界越来越多的重视。

目前，对于磁芯的变压器功分器，申请号为201420629226.3、名称为“一种铁氧体磁环变压器式宽频带小型功分器”的专利文件，公开了一种小型化宽带功分器，该功分器采用集总参数元件组成功分电路，两个输出端之间通过隔离电阻相连，所述隔离电阻的两端与输入端阻抗串联有磁环变压器结构的阻抗变换单元。申请号为201710335960.7，名称为“电子设备及其功分器”的专利文件，公开了一种电子设备及其功分器，所属功分器包括电容器、电感器和电阻器，其中，两个电感器是由缠绕在磁芯上的两个线圈组成。该申请主要对器件封装做出了权利要求。申请号为201220011016.9、名称为“一分四宽带功分器”的专利文件，公开了一种一分四宽带功分器，包括四组传输线变压器绕组，分别为一个4:1阻抗变换器、一个低阻抗一分二功分器、两个高阻抗一分二功分器。

在上述文献中，其设计都是在一个铁氧体双孔磁芯上缠绕两根铜质漆包线实现阻抗变换，而后直接进行功率分配。由于磁芯磁导率是随频率剧烈变化(色散)的，其阻抗变换后的匹配程度很难保证在较宽频带范围内一致，因此目前所知设计的电性能还不是特别优秀，回波损耗和插入损耗较大，输出端的幅度和相位均衡度也需要进一步优化。

综上，现有射频段功率分配/合成器如果采用微带线和波导形式的设计，很难同时达到体积小，频带宽，以及隔离度高等综合指标良好的目的。而传统的铁氧体功分器在阻抗匹配设计、功率分配设计时没有充分考虑磁芯本身的材料特性(主要是磁导率μ’和磁损耗μ”)，结果导致宽带功分器的驻波、插入损耗，以及输出信号的幅度和相位均衡度在宽带范围内很难保持良好状态。

发明内容

发明目的：针对目前低频到微波波段之间的微带线和波导功率分配/合成器体积大、频带窄、隔离度低等问题，并且针对已公开的基于磁芯绕组功分器，其阻抗匹配在宽带范围内不一致而导致的高插入损耗和高回波损耗，以及幅度、相位不均衡的问题，本发明的目的是提供一种具有传输线变压器结构，在宽频带范围内具有电压驻波比低、插入损耗更小、输出端隔离度更高、输出信号幅度和相位均衡度更优的一分二小型化宽带功率分配/合成器。