專利名稱：雙頻威爾金森功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微波通訊中的功分器，特別涉及一種雙頻威爾金森功分器。
背景技術(shù)：
在全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Globalsystem formobilecommunications，GSM)、全球定 位系統(tǒng)(Globalposi-tioning system, GPS)等現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，為了充分利用頻譜資源和 提高信號(hào)傳輸速率，雙頻以及多頻通信電路的應(yīng)用日益普遍。功分器是通信系統(tǒng)關(guān)鍵部件 之一，但傳統(tǒng)的Wilkinson功分器只能工作在指定的頻率或其奇次諧波處。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是要提供一種體積小、利用開路微帶線精確實(shí)現(xiàn) 阻抗的雙頻威爾金森功分器。為了解決以上的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種雙頻威爾金森功分器，采用兩 節(jié)傳輸線實(shí)現(xiàn)阻抗變換，兩節(jié)傳輸線的特征阻抗分別為zi、Z2 ；兩個(gè)輸出端口之間有隔離 電阻R，在兩個(gè)輸出端口分別并聯(lián)一段開路微帶線，其特征阻抗為Z3。本實(shí)用新型在輸出端 口分別并聯(lián)一段開路微帶線的方法提高了隔離度，利用開路微帶線精確實(shí)現(xiàn)所需電抗。本實(shí)用新型的優(yōu)越功效在于1)體積小巧；2)雙頻工作；3)利用開路微帶線精確實(shí)現(xiàn)所需電抗，運(yùn)用奇-偶模分析和雙頻分析推導(dǎo)出了該 雙頻功分器的解析設(shè)計(jì)公式，因此設(shè)計(jì)精確；4)在任意的兩個(gè)或者多個(gè)頻段同時(shí)工作的功分器件，不僅有效減小電路體積，并 且降低插損、改善噪聲特性。

圖1為本實(shí)用新型的原理電路方框圖；圖2是剖開圖1電路獲得的奇模電路；圖3是剖開圖1電路獲得的偶模電路。
具體實(shí)施方式
以一個(gè)工作頻率為2. OGHz和4 · 2GHz的雙頻威爾金森微帶功分器的實(shí)例來具體 說明本實(shí)用新型。本實(shí)用新型采用一個(gè)工作頻率為2. OGHz和4. 2GHz的雙頻威爾金森微帶功分器， 采用兩節(jié)傳輸線實(shí)現(xiàn)阻抗變換。兩段傳輸線的特征阻抗分別為Zl、Z2，對(duì)應(yīng)的長度為11、 12;兩輸出端口 2和3之間為隔離電阻R，并且在輸出端口處分別并聯(lián)一段開路微帶線， 其特征阻抗為Z3，長度為13。兩個(gè)工作頻率分別為fl、f2(f2 = m fl，m為大于1的正實(shí)
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數(shù))。采用介電常數(shù)為4.4的FR-4介質(zhì)板，其厚度為1.0mm。根據(jù)上述參數(shù)，最終制作的雙 頻Wilkinson微帶功分器實(shí)物結(jié)構(gòu)尺寸為27mmX37mm。本實(shí)用新型采用奇-偶模分析和雙頻分析，導(dǎo)出本實(shí)用新型的電路參數(shù)，分別說 明如下1)奇模分析時(shí)，根據(jù)電路的對(duì)稱性，可以把圖1的電路剖開獲得如圖2所示的奇模 電路。其中β 1是頻率為fl時(shí)傳輸線的傳播常數(shù)，β 11為其在該頻率下的電角度。根據(jù)經(jīng)典奇-偶模分析結(jié)果，威爾金森功分器同時(shí)具有良好的功率傳輸、匹配和 隔離特性的充分必要條件是其奇模輸入阻抗、偶模輸入阻抗與端口阻抗相等。據(jù)此，本文所 提出的新型功分器需滿足的設(shè)計(jì)要求如下1/Ζ0 = 1/ZB+1/ZC+2/RZA = jZltan^ 11ZB = Z2 (ZA+jZ2tan β 11)/(Ζ2+jZAtan β 11)ZC = Z3/(jtan3 113)將式(2)、(3)、(4)代入式(1)，采用實(shí)部與虛部對(duì)應(yīng)相等的方法整理得到下面兩 個(gè)等式R = 2Z0(5)Z2-Zltan2 β 11 (Ζ1+Ζ2) tan β 11 = Z2tan β 113Ζ3 (6)2)偶模分析時(shí)，偶模輸入阻抗如圖3所示。采用與奇模分析相類似的思路推導(dǎo)出 如下兩個(gè)等式2z20z21+[z21(zl+z2)2-4z20zl(zl+2z2)]tan2 β 11+2ζ20 (2ζ22-ζ21)tan4β 11 = 0 (zl+z2) [zlz2 (zl-4z20) + (4ζ20ζ2-ζ31)tan2 β 11] tan β 11/{ζ [zl(zl+z2)2-8z2z20tan2 β 11] +4ζ20 (z21+z22tan4β 11)} = z2tanβ 113/ζ3由式(6)和式⑶相等可以得到4Ζ20Ζ1Ζ2(Zl_Z2tan2 β 11) (l+tan2β 11)2 = 0進(jìn)而推出Zl = Z2tan2Ml而將式(10)再分別代入式(6)和式(7)，可以得到雙節(jié)阻抗變換器的兩段傳輸線 和開路微帶線的特性阻抗與其電長度滿足以下關(guān)系式Zl = 2Z0tan^ 11(11)Z2 = 2Z0/tan3 11(12)Z3 = 2Z0tan3 113/(l_tan2 3 11)(13)2雙頻分析對(duì)于可以同時(shí)工作于兩個(gè)不同頻率的雙頻功分器，以上奇_偶模分析的結(jié)果應(yīng)該 在兩個(gè)頻率同時(shí)成立，則根據(jù)式(10)可知必有tan2m β 11 = tan2 β 11(14)也就是πιβ 士 β11 = ηπ(15)
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(10)[0044]式中n為任意整數(shù)。為了方便計(jì)算，不妨取“ + ”和η = 1，得到等式β 11 = Ji /(1+m)(16)同理，式(13)在頻率分別等于fl和f2時(shí)也應(yīng)該同時(shí)成立，所以β 113 = ρ π / (1+m)(17)式中p為任意整數(shù)。此外，由式(13)可以對(duì)開路微帶線電角度的選取做進(jìn)一步 的討論(1)當(dāng)1 < m < 3時(shí)，tan β 11 > 1。為保證開路微帶線的特性阻抗為正，必須有 tan β 113 <0。可以選取ρ = 2，于是有β 113 = 2 π / (1+m)(18)(2)當(dāng)m > 3時(shí)，tan β 11 < 1，tan β 113 > 0。為了盡量減短所需開路微帶線的 長度，可以選取P = 1，于是有β 1 = Ji / (1+m)(19)3)實(shí)物設(shè)計(jì)本實(shí)用新型采用上述方法設(shè)計(jì)并研制了一個(gè)工作頻率為2. OGHz和4. 2GHz的雙頻 威爾金森微帶功分器。根據(jù)式(5)、(11)、(12)、(13)、(16)和(18)可以計(jì)算出所需電路參 數(shù)= 100Ω、β 111 = β 112 = β 11 = π /3. U β 113 = 2 π /3. UZl = 113. 44Ω ,Ζ2 = 44.07Ω、Ζ3 = 91.89Ω。采用介電常數(shù)為4. 4的FR-4介質(zhì)板，其厚度為1.0mm。根據(jù)上述 參數(shù)，最終制作的雙頻威爾金森微帶功分器結(jié)構(gòu)尺寸為27mmX37mm。實(shí)測(cè)結(jié)果可以得出，各個(gè)端口的回波損耗和隔離度在頻率1. 9 2. IGHz和4. 1 4. 3GHz的范圍內(nèi)，均優(yōu)于15dB ；在2. OGHz和4. 2GHz附近的傳輸衰減分別為3. 5dB和 3. 8dB。傳輸衰減略偏大，主要由于該電路采用的是普通的PCB板材料和表面鍍錫微帶線， 可以通過采用更好的PCB板材料和表面鍍金來解決。
權(quán)利要求一種雙頻威爾金森功分器，其特征在于采用兩節(jié)傳輸線實(shí)現(xiàn)阻抗變換，兩節(jié)傳輸線的兩個(gè)輸出端口之間有隔離電阻R，在兩個(gè)輸出端口分別并聯(lián)一段開路微帶線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種雙頻威爾金森功分器，采用兩節(jié)傳輸線實(shí)現(xiàn)阻抗變換，兩節(jié)傳輸線的特征阻抗分別為Z1、Z2；兩個(gè)輸出端口之間有隔離電阻R，在兩個(gè)輸出端口分別并聯(lián)一段開路微帶線，其特征阻抗為Z3。本實(shí)用新型在輸出端口分別并聯(lián)一段開路微帶線的方法提高了隔離度，利用開路微帶線精確實(shí)現(xiàn)所需電抗。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧；雙頻工作；利用開路微帶線精確實(shí)現(xiàn)所需電抗，運(yùn)用奇-偶模分析和雙頻分析推導(dǎo)出了該雙頻功分器的解析設(shè)計(jì)公式，因此設(shè)計(jì)精確；在任意的兩個(gè)或者多個(gè)頻段同時(shí)工作的功分器件，不僅有效減小電路體積，并且降低插損、改善噪聲特性。
文檔編號(hào)H01P5/16GK201749931SQ20102024298
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者張記諄, 焦晨秋, 王魯培, 韓志光 申請(qǐng)人:上海杰盛無線通訊設(shè)備有限公司