一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，屬于微波【技術(shù)領(lǐng)域】。該功分器采用級聯(lián)Wilkinson功分方案，共有2m+1(m為大于1的整數(shù))個端口，其中端口1為輸入端口，端口2到2m+1為輸出端口。該功分器能夠?qū)斎胄盘枌崿F(xiàn)2m路的等幅、任意相差輸出，且具有寬帶特性。本發(fā)明在級聯(lián)Wilkinson功分器的級間設(shè)置一定長度的級間傳輸線并加載并聯(lián)開路和(或)短路枝節(jié)，通過對其參數(shù)的合理設(shè)計，能夠極大的提高移相功分器的幅度與相位不平衡度的公共帶寬，同時還具有良好的端口隔離和回波特性。該發(fā)明可用于陣列天線的饋電網(wǎng)絡(luò)、平衡放大電路以及其他微波電路與系統(tǒng)中。
【專利說明】
一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器。

【背景技術(shù)】
[0002]微波功分網(wǎng)絡(luò)是微波工程中的基本器件，且在微波電路與系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在各輸出端口間具有移相功能的微波功分器作為功分網(wǎng)絡(luò)的一種常見形式，也有廣泛應(yīng)用。例如移動基站中的天線，其主波束的指向要求可調(diào)，以實現(xiàn)最好的覆蓋范圍來滿足用戶需求。這就需要采用相控陣天線，而移相功分器是實現(xiàn)這類天線功能的重要部分。
[0003]文獻(xiàn)“BroadbandRat-Race Couplers With Coupled-Line Sect1n andImpedance Transformers (Gruszczynski, S ；ffincza, K.1EEE Microwave and WirelessComponents Letters, 2012, 22(1):22-24) ”對傳統(tǒng)的環(huán)形(鼠籠式)功分移相器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，使其帶寬增大。但該文獻(xiàn)只給出了對0°或180°進(jìn)行寬帶移相的方法，而未給出其他移相量的實現(xiàn)方案。
[0004]文獻(xiàn)“Broadband Power Divider with Phase Shifter (EnChengWang ；XiaoYu Fu ；Qing Tian.2nd Internat1nal Conference on ConsumerElectronics, Communicat1ns and Networks, 2012:1700-1702) ” 提出了一種利用復(fù)合左右手傳輸線的相位特性來設(shè)計4路寬帶移相功分器的方法，由集總電容和電感來實現(xiàn)90°相位差，該結(jié)構(gòu)的帶內(nèi)紋波較大。
[0005]中國發(fā)明專利“功分移相器(CN 102420351 B, 2014.06.11) ”提出了一種具有可變移相功能的功分器結(jié)構(gòu)。由一個功分環(huán)和兩個耦合環(huán)組成，在功分環(huán)上并聯(lián)長度不等的枝節(jié)，枝節(jié)中串聯(lián)開關(guān)，通過控制開關(guān)的通斷來實現(xiàn)輸出信號的可變相移，該功分移相器的幅度帶寬窄。
[0006]目前，已有報道可單獨實現(xiàn)寬帶功分或?qū)拵б葡嗟姆椒ǎ苌儆型瑫r實現(xiàn)寬帶功分和寬帶移相特性的方法，而對任意相移都能進(jìn)行寬帶補償?shù)墓Ψ志W(wǎng)絡(luò)尚未見報道。因此，如何實現(xiàn)對任意相移進(jìn)行寬帶的功分補償，是微波工程中富有挑戰(zhàn)性的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)和問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器。本發(fā)明基于傳統(tǒng)Wilkinson —分二功率分配器的結(jié)構(gòu)，采用階梯式多級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)2m(m為大于I的正整數(shù))路功率分配輸出，并通過在上、下兩級功分結(jié)構(gòu)之間以及各輸出端口上加載級間傳輸線或并聯(lián)相位補償結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)所述移相功分器的寬帶功分和寬帶相位補償功能。
[0008]針對上述背景和目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，采用傳統(tǒng)Wilkinson—分二功分器的階梯式多級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多路功率分配，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，所述寬帶移相功分器的上一級功分結(jié)構(gòu)106的其中一個輸出端C依次通過串聯(lián)的第一級間傳輸線112、第二級間傳輸線113與下一級功分結(jié)構(gòu)107相連，在所述的第一級間傳輸線112和第二級間傳輸線113的公共連接端還并聯(lián)加載有相位補償結(jié)構(gòu)109 ;而所述上一級功分結(jié)構(gòu)106的另一輸出端B通過一段第三級間傳輸線114與下一級功分結(jié)構(gòu)108相連；同時，在所述功分器的每一個末級功分結(jié)構(gòu)107、108的其中一個輸出端102、104均并聯(lián)加載有一個相位補償結(jié)構(gòu)110、111，在每一個末級功分結(jié)構(gòu)107、108的另一個輸出端均連接有一段相位延遲線傳輸115、116，由此實現(xiàn)具有幅度和相位補償功能的2m(m為大于I的正整數(shù))路功率輸出的寬帶移相功分器。
[0009]所述并聯(lián)加載的相位補償結(jié)構(gòu)109、110、111可以是一段短路枝節(jié)和一段開路枝節(jié)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，也可以僅為一段短路枝節(jié)或僅為一段開路枝節(jié)；通過調(diào)整所述相位補償結(jié)構(gòu)中傳輸線枝節(jié)的特性阻抗及其電長度，可調(diào)整所述寬帶移相功分器的相位帶寬。
[0010]所述第一級間傳輸線112、第二級間傳輸線113、第三級間傳輸線114以及相位延遲線115、116的特性阻抗均為50歐；通過調(diào)整所述第一級間傳輸線112、第二級間傳輸線113、第三級間傳輸線114以及相位延遲傳輸線115、116的電長度可調(diào)整所述寬帶移相功分器的幅值帶寬，且能實現(xiàn)各個輸出端口 102、103、104、105之間0° -360°的相位差輸出。
[0011]本發(fā)明中的所有結(jié)構(gòu)均可通過微帶傳輸線、共面波導(dǎo)傳輸線或者波導(dǎo)等其他傳輸線實現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明通過加載級間傳輸線及相位補償結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)級聯(lián)Wilkinson移相功分器的寬帶范圍的幅度、相位補償，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的寬帶移相功分器能夠極大的提高移相功分器的幅度和相位不平衡度的公共帶寬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明提供的兩級級聯(lián)Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2本發(fā)明實施例1提供的一分四寬帶移相功分器的傳輸系數(shù)仿真結(jié)果。
[0016]圖3本發(fā)明實施例1提供的一分四寬帶移相功分器的各輸出端口之間相差的仿真結(jié)果。
[0017]圖4傳統(tǒng)的僅在級間加載有第三級間傳輸線的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson寬功分器的傳輸系數(shù)仿真結(jié)果。
[0018]圖5傳統(tǒng)的僅在級間加載有第三級間傳輸線的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson寬功分器的各輸出端口之間相差的仿真結(jié)果。
[0019]圖6傳統(tǒng)的僅在級間加載有相位補償結(jié)構(gòu)的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson寬功分器的傳輸系數(shù)仿真結(jié)果。
[0020]圖7傳統(tǒng)的僅在級間加載有相位補償結(jié)構(gòu)的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson寬功分器的各輸出端口之間相差的仿真結(jié)果。
[0021]圖8本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的拓?fù)鋱D。
[0022]圖9本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的傳輸系數(shù)仿真結(jié)果。
[0023]圖10本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的傳輸系數(shù)測試結(jié)果。
[0024]圖11本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的端口 2與其余7個輸出端口間的相差仿真結(jié)果與測試結(jié)果。
[0025]圖12本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的端口 1、2、3的回波特性(測試結(jié)果)。
[0026]圖13本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的端口 4、5、6的回波特性(測試結(jié)果)。
[0027]圖14本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器的端口 7、8、9的回波特性(測試結(jié)果)。
[0028]圖15本發(fā)明實施例2提供的八路寬帶移相功分器部分輸出端口間的隔離特性(測試結(jié)果)。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]實施例1
[0031]基于本發(fā)明實現(xiàn)的中心頻率為2.45GHz 一分四寬帶移相功分器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，要求輸出端口 102、端口 103、端口 104、端口 105的幅度不平衡度為±0.25dB，相位不平衡度為±2.5°，其傳輸系數(shù)和各輸出端口之間相差的仿真結(jié)果分別如圖2、3所示，其相位和幅值的公共帶寬達(dá)36%。而傳統(tǒng)方案中，只加載相位補償結(jié)構(gòu)而未采用級間傳輸線的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson功分器的仿真結(jié)果如圖4、5所示，其相位和幅值的公共帶寬僅為16% ;只有級間傳輸線而未加載相位補償結(jié)構(gòu)的兩級級聯(lián)一分四Wilkinson功分器的仿真結(jié)果如圖6、7所示，其相位和幅值的公共帶寬僅為4%，由此可見，本發(fā)明所提供的寬帶移相功分器能極大的改善其幅度和相位響應(yīng)的公共帶寬。
[0032]實施例2
[0033]本實施例設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)各端口的輸出功率相等的一分八功分器，相鄰編號輸出端口間的相位差為22.5°，其中，幅度不平衡度為±0.25dB，相位不平衡度為±2.5°。本實施例采用微帶傳輸線，介質(zhì)基板的相對介電常數(shù)為2.65，介質(zhì)板厚度為0.8mm,中心頻率為2.45GHz，這里采用三級Wilkinson功分結(jié)構(gòu)的級聯(lián)方式，從第一級到第三級功分器的相移量分別為90°、45°、22.5°，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8所示，各部分具體參數(shù)如下:
[0034]I為50歐的輸入端口傳輸線，對應(yīng)的微帶線寬2.2mm，長度4mm ；
[0035]2、4、6、8為50歐的微帶傳輸線，寬度為2.2mm,長度為4mm ；
[0036]3、5、7、9為加載有相位延遲線的、特性阻抗均為50歐的微帶傳輸線，寬度為2.2mm,長度為 13.3mm ;
[0037]10為第一級Wilkinson功分結(jié)構(gòu)的稱合區(qū),其線寬均為1.5mm,稱合間距為0.8mm,總長度為23mm ；
[0038]11為第一級功分結(jié)構(gòu)與第二級功分結(jié)構(gòu)之間的、特性阻抗50歐的第一級間傳輸線，寬度為2.2mm,長度為19.2mm ；
[0039]12和13組成第一級功分結(jié)構(gòu)與第二級功分結(jié)構(gòu)之間的相位補償結(jié)構(gòu)，12為開路枝節(jié)，其寬度為1.8_，長度為10.3mm ；13為短路枝節(jié)，其末端通過金屬化過孔實現(xiàn)短路，短路枝節(jié)長度為10.5mm,寬度為1.8mm ；
[0040]14為第一級功分結(jié)構(gòu)與第二級功分結(jié)構(gòu)之間的、特性阻抗50歐的第二級間傳輸線，其寬度為2.2mm，長度為21.5mm ；
[0041]15為第一級功分結(jié)構(gòu)與第二級功分結(jié)構(gòu)之間的、特性阻抗50歐的第三級間傳輸線，其寬度為2.2mm，長度為61.2mm ；
[0042]16為第二級Wilkinson功分結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)，其線寬均為1.5mm，耦合區(qū)間距為
0.8mm,總長度為23mm ；
[0043]17、18分別為第二級功分結(jié)構(gòu)與第三級功分結(jié)構(gòu)之間的第一級間傳輸線、第二級間傳輸線，其長度分別為7.寬度均為2.2mm ；
[0044]19為第二級功分結(jié)構(gòu)與第三級功分結(jié)構(gòu)之間的相位補償結(jié)構(gòu)，具體為一段短路枝節(jié)，其末端通過金屬化過孔接地，短路枝節(jié)長為22mm，寬度為1.9mm ；
[0045]20為第二級功分結(jié)構(gòu)與第三級功分結(jié)構(gòu)之間的、特性阻抗50歐的第三級間傳輸線，其寬度為2.2mm,長度為39.9mm ；
[0046]21為第三級Wilkinson功分結(jié)構(gòu)的稱合區(qū)，其靠近輸出端一側(cè)的稱合線寬為
1.6mm,另一側(cè)線寬為1.5mm,長度為23mm ；
[0047]22為50歐的微帶傳輸線，其寬度為2.2mm，長度為3.2mm ；
[0048]23為寬帶功分器末級功分結(jié)構(gòu)輸出端加載的相位補償結(jié)構(gòu)，具體為一段短路枝節(jié)，其末端通過金屬化過孔接地，枝節(jié)長為23.7mm,寬度為0.7mm ；
[0049]24為隔離電阻，其阻值為100Ω。
[0050]本發(fā)明實施例設(shè)計的樣件經(jīng)加工測試，與仿真結(jié)果進(jìn)行比較，其結(jié)果如圖9-15所示。由上述結(jié)果圖可知，本實施例提供的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器在幅度不平衡度±0.25dB，相位不平衡度±2.5°條件下，可實現(xiàn)幅度和相位響應(yīng)的公共相對帶寬達(dá)40%。
【權(quán)利要求】
1.一種具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，采用傳統(tǒng)Wilkinson —分二功分結(jié)構(gòu)(106、107、108)的階梯式多級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)2m路功率分配，其中m為大于I的正整數(shù)，其特征在于，所述功分器中的上一級功分結(jié)構(gòu)(106)的其中一個輸出端(C)依次通過串聯(lián)的第一級間傳輸線(112)、第二級間傳輸線(113)與下一級功分結(jié)構(gòu)(107)相連，在所述的第一級間傳輸線(112)和第二級間傳輸線(113)的公共連接端還并聯(lián)加載有相位補償結(jié)構(gòu)(109);所述上一級功分結(jié)構(gòu)(106)的另一輸出端⑶通過一段第三級間傳輸線(114)與下一級功分結(jié)構(gòu)(108)相連；在所述寬帶移相功分器的每一個末級功分結(jié)構(gòu)(107、108)的其中一個輸出端(102、104)均并聯(lián)加載有一個相位補償結(jié)構(gòu)(110、111)，在每一個末級功分結(jié)構(gòu)(107、108)的另一輸出端均連接有一段相位延遲傳輸線(115、116)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，所述相位補償結(jié)構(gòu)(109、110、111)是一段短路傳輸線枝節(jié)和一段開路傳輸線枝節(jié)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，構(gòu)成一個相位補償結(jié)構(gòu)(109、110、111)的短路傳輸線枝節(jié)和開路傳輸線枝節(jié)的電長度和特性阻抗均相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，通過調(diào)整所述短路傳輸線枝節(jié)和開路傳輸線枝節(jié)的特性阻抗及其電長度，可調(diào)整所述寬帶移相功分器的相位帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，所述的相位補償結(jié)構(gòu)(109、110、111)是一段短路傳輸線枝節(jié)或一段開路傳輸線枝節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，所述第一級間傳輸線(112)和第二級間傳輸線(113)的電長度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的具有幅度和相位補償功能的寬帶移相功分器，其特征在于，所述第一級間傳輸線(112)、第二級間傳輸線(113)、第三級間傳輸線(114)及相位延遲線(115、116)的特性阻抗均為50歐，通過調(diào)整所述第一級間傳輸線(112)、第二級間傳輸線(113)、第三級間傳輸線(114)以及相位延遲傳輸線(115、116)的電長度可調(diào)整所述寬帶移相功分器的幅值帶寬，且能實現(xiàn)各個輸出端口(102、103、104、105)之間0° -360°的相位差輸出。
【文檔編號】H01P5/16GK104393389SQ201410643129
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】李家林, 趙洪, 楊雪松, 王秉中 申請人:電子科技大學(xué)