[发明专利]一种1/4功分器的低功耗改造方法

说明书

本发明公开了一种1/4功分器的低功耗改造方法，通盘考虑整个1/4功分器中的阻抗变换，将级联电路等效成三个隔离电阻和五个阻抗的级联，减少了1个隔离电阻的成本，同时提高了功分器的可靠性，分别在偶模工作模式和奇模工作模式，计算1/4波长对应的传输线阻抗值和电阻值，缩短Z1和Z2的长度，如果不考虑50欧姆传输线的长度，体积缩小1/4，降低1/4波长传输线的损耗，在1GHz至2GHz的L波段，功分器的损耗为0.2dB，相比于传统倍频程1/4功分器降低损耗0.2dB，对于大型网络，比如1/64网络，用三个1/4功分器进行级联，可损耗将降低0.6dB。

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种电路改造技术。

背景技术

随着微波技术在雷达探测、导航控制、电子战、卫星通讯等领域的应用越来越广泛，系统对信号源的输出功率要求越来越高。只有获得足够高的输出功率，才能保证足够好的通讯质量、足够远的传输距离和足够强的抗干扰能力。如果信号源的功率无法增加，天线增益无法提高，就只能在传输链路上想办法了。

功分器作为传输链路中的重要组成部分，降低其损耗成为设计中考虑的重要目标之一，传统的降低损耗方式主要是降低传输线的损耗。一种是减小传输线的介质介电常数，通过降低介质损耗来降低功分器损耗。比如同轴或空气板线功分器损耗小于悬浮带状线功分器，悬浮带状线功分器损耗小于低介电常数的介质板功分器，低介电常数的介质板功分器损耗小于高介电常数的介质板功分器。另一种是降低导体损耗，增加体积或表面积。比如同一介电常数的电缆组件，内导体粗的比细的单位长度损耗小，带状线功分器越宽越厚的内导体损耗越小。

上述方法在实际应用中，往往受到一定的限制。比如综合层功分器无法使用空气板线或悬浮线，毫米波高频段的功分器无法增加内导体体积或表面积。

威尔金森1/2功分器的结构如图1所示，用三个级联实现1/4功分器，如图2所示。其中Z0、Z1、Z2是传输线的特性阻抗，Z0长度根据功分器的结构要求和功分器的布局确定， Z1和Z2的长度一般对应中心频率所对应波长的1/4，在传统降低功分器损耗的方法都不可行的情况下，需要寻找新的方法来降低功分器的损耗，以满足功分器更高的损耗指标要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的倍频程1/4功分器损耗难以降低的问题，提出了一种1/4 功分器的低功耗改造方法，在介质材料、功分器实现方式、使用频带宽度确定的情况下，通过缩短传输路径的方式降低功分器的损耗，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

三个1/2功分器级联组成一个1/4功分器，一级1/2功分器的两个输出端分别连接一个二级1/2功分器的输入端，通盘考虑整个1/4功分器中的阻抗变换，将级联电路等效成二级 1/2功分器的输出隔离电阻R1、二级1/2功分器的输入隔离电阻R2、一级1/2功分器的输出隔离电阻R3、输入和输出阻抗Z0、二级1/2功分器的传输阻抗Z1、二级1/2功分器的输入阻抗Z2、一级1/2功分器的输出阻抗Z3、一级1/2功分器的传输阻抗Z4的级联，分别在偶模工作模式和奇模工作模式，计算1/4波长对应的传输线阻抗值和电阻值，缩短Z1和Z2的长度，减少1/4波长对应的传输线，降低1/4波长传输线的损耗，改造级联电路。

进一步的，偶模工作模式，任意两个输出端之间的电压等幅同相，电阻R1、R2、R3等效开路，级联电路等效成四个Z0、两个Z4、两个Z3、Z2、Z1、Z0串联的电路，即四节阻抗变换比4:1的阻抗变换段，根据Z0的阻抗值计算Z1、Z2、Z3、Z4。

进一步的，奇模工作模式，同一个1/2功分器的两个输出端之间的电压等幅反相，电阻 R1、R2中点接地，级联电路等效成Z2和二分之一的R2并联后与Z1串联、再与二分之一的 R1并联、再与Z0串联的电路，按照公式和计算 R1和R2。