一種平面多端口功分器的制造方法
【專利摘要】一種平面多端口功分器，包括若干條由金屬帶線和金屬板構成的射頻傳輸線，金屬帶線包含一個總輸入端口和N個輸出端口，N≥3；總輸入端口與N個輸出端口之間設置有用于阻抗匹配的環(huán)形帶線，總輸入端口通過M條并聯(lián)枝節(jié)帶線與環(huán)形帶線連接，M≥1，環(huán)形帶線通過N條輸出枝節(jié)帶線分別連接N個輸出端口；輸出枝節(jié)帶線中，至少有兩條帶線之間設置有電阻，電阻通過電阻連接帶線與兩條輸出枝節(jié)帶線連接。本發(fā)明具有尺寸小、隔離度高的特點，通過減小尺寸，可降低功分器的插損，通過提升功分器各輸出端口的隔離度，可提高陣列單元通道間的隔離度，進而減小天線陣元間的互耦影響，提高輻射性能，此外本發(fā)明為純平面結構，易于加工，工程實用價值極好。
【專利說明】一種平面多端口功分器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻無源器件，具體涉及一種平面多端口功分器。

【背景技術】
[0002]功分器，顧名思義就是將輸入端口的功率分配至多個輸出端口。功分器可作為饋電網(wǎng)絡大量應用于陣列天線領域?，F(xiàn)有的功分器包含T型枝節(jié)或者Wilkinson等形式。T型枝節(jié)方式的功分器設計簡單、尺寸小，但其端口隔離度較差；Wilkinson功分器通過在兩個輸出通道之間連接一個電阻，解決了端口隔離度差的問題，但其往往布局靈活性不及T型枝節(jié)方案。
[0003]對于一個陣元個數(shù)為Y的陣列天線，其功分饋電網(wǎng)絡主要有兩種實現(xiàn)方案，第一種方案采用多個I分X功分器級聯(lián)(X < Y)，例如一個4單元的陣列天線，其饋電網(wǎng)絡可以采用三個I分2功分器實現(xiàn)，即一個I分2功分器在每個輸出端口再連接一個I分2功分器，進而實現(xiàn)I分4的目的。第二種方案是非級聯(lián)方案，即直接采用一個I分Y功分器實現(xiàn)。對于陣元數(shù)比較多的天線陣列，如果采用級聯(lián)方案，則饋電網(wǎng)絡的尺寸往往比較大，故很多場合采用非級聯(lián)方案實現(xiàn)。
[0004]現(xiàn)有非級聯(lián)多端口功分器主要存在兩大類:前者直接從輸入端口通過N個枝節(jié)并聯(lián)再外接N個匹配枝節(jié)實現(xiàn)輸出端口為50ohm。N個并聯(lián)的相鄰枝節(jié)之間通過連接電阻增加其隔離度。見于文獻[I]: (Yung-Jinn Chen, and Ruey-Beei Wu, A wide-band multiportplanar power-divider design using matched sectorial components in radialarrangement, IEEE Tran.Microw Theory Tech, 46, (1998), 1072-1078.)。這種方案在端口數(shù)較多時(一般N多3)，在兩個枝節(jié)之間均增加電阻的難度變得很大。同時，隨著N的增加，N個并聯(lián)枝節(jié)的特性阻抗會隨著增加，導致微帶線越來越細，加工誤差對指標的影響越來越大。因此對此方案的輸出端口個數(shù)N造成一定的限制。
[0005]后者是在文獻[2](SushimMukul Roy, Isaac Balbin, and Nemai ChandraKarmakar, Novel N~way Power Divider and Array Configurat1n for RFID, 2008IEEEInt RFID, 2008, 89-96.)中提出的方案，即能量從輸入端口饋入之后通過一個大圓盤，該大圓盤呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，之后在圓盤外側直接加入N個枝節(jié)實現(xiàn)N路輸出，此類功分器除了隔離度不好(未加入隔離電阻)之外，由于圓盤尺寸決定了其特性阻抗和等效電長度，因此要想獲得理想的匹配效果，由于N的個數(shù)選擇往往受到一定的限制，因此需要整體增加功分器的尺寸或者變換輸出端口的等效輸入阻抗，設計難度加大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種輸出端口個數(shù)能夠靈活調(diào)整，加工方便，并且能夠顯著提升現(xiàn)有非級聯(lián)結構的匹配效果及端口間隔離度的平面多端口功分器。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:包括若干條由金屬帶線和金屬板構成的射頻傳輸線，其中金屬帶線包含一個總輸入端口和N個輸出端口，3 ;所述的總輸入端口與N個輸出端口之間設置有用于阻抗匹配的環(huán)形帶線，總輸入端口通過M條并聯(lián)枝節(jié)帶線與環(huán)形帶線連接，M多1，環(huán)形帶線通過N條輸出枝節(jié)帶線分別連接N個輸出端口 ；所述的輸出枝節(jié)帶線中，至少有兩條帶線之間設置有電阻，電阻通過電阻連接帶線與兩條輸出枝節(jié)帶線連接。
[0008]平面多端口功分器通過微帶線結構實現(xiàn)，微帶線結構包括介質(zhì)基板，金屬帶線以及金屬地板，所述的金屬帶線與金屬地板分別位于介質(zhì)基板的上下兩側；所述的金屬帶線包括連接N個輸出端口的微帶線，圓環(huán)微帶線以及M條連接總輸入端口的微帶線。
[0009]平面多端口功分器通過懸置帶線結構實現(xiàn)，懸置帶線結構包括金屬帶線，上下金屬地板以及填充在金屬地板之間的介質(zhì)，所述的金屬帶線位于上下金屬地板之間；所述的金屬帶線包括連接N個輸出端口的懸置帶線，圓環(huán)懸置帶線以及M條連接總輸入端口的懸置帶線。
[0010]所述的總輸入端口設置在環(huán)形帶線的圓心，M條并聯(lián)枝節(jié)帶線均勻分布在環(huán)形帶線的內(nèi)半徑圓上，N條輸出枝節(jié)帶線均勻分布在環(huán)形帶線的外半徑圓上。
[0011]所述的M條并聯(lián)枝節(jié)帶線的長度為0.05?0.45倍導波波長。
[0012]所述的N條輸出枝節(jié)帶線相鄰兩條之間均通過電阻連接帶線連接有電阻。
[0013]所述的總輸入端口與N個輸出端口的阻抗為50ohm。
[0014]所述的并聯(lián)枝節(jié)帶線的條數(shù)M小于輸出枝節(jié)帶線的條數(shù)N。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明輸出端口個數(shù)N的靈活性大，能夠實現(xiàn)平面多端口小型化，能量通過總輸入端口饋入，由總輸入端口延伸出M條并聯(lián)枝節(jié)帶線，其長度以及寬度以阻抗匹配理論而定，M條并聯(lián)枝節(jié)帶線與N條輸出枝節(jié)帶線之間通過環(huán)形帶線連接，環(huán)形帶線不僅有連接M條并聯(lián)枝節(jié)帶線與N條輸出枝節(jié)帶線的作用，同樣具有阻抗匹配的作用，通過在N條輸出枝節(jié)帶線之間加入電阻，電阻通過電阻連接帶線與兩條輸出枝節(jié)帶線連接，電阻充當隔離電阻的作用。本發(fā)明對于N大于10的功分器優(yōu)越性更強，與傳統(tǒng)的級聯(lián)功分器實現(xiàn)多端口功率分配的方法相比，能夠有效減小功分器的體積，另外通過在N條輸出枝節(jié)帶線之間加入電阻，可提升端口之間隔離度，若將此功分器應用于天線陣列之中，能夠減小天線陣元之間的互耦影響，提高天線的輻射性能，同時對于輸出端口為N的功分器，通過選擇合適的并聯(lián)枝節(jié)個數(shù)M能夠調(diào)整功分器工作帶寬。與傳統(tǒng)類型的非級聯(lián)多端口功分器相比，本發(fā)明具有尺寸小的特點，通過減小尺寸，能夠降低功分器的插損，同時本發(fā)明具有高隔離度的特點，通過提升陣列單元通道的隔離度，可以減小天線陣元之間的互耦影響，提高天線的輻射性能，此外本發(fā)明通過純平面結構實現(xiàn)，易于加工實現(xiàn)，有極好的工程實用價值。
[0016]進一步的，本發(fā)明總輸入端口設置在環(huán)形帶線的圓心，M條并聯(lián)枝節(jié)帶線均勻分布在環(huán)形帶線的內(nèi)半徑圓上，N條輸出枝節(jié)帶線均勻分布在環(huán)形帶線的外半徑圓上，功率分配更加均勻高效。
[0017]進一步的，由于連接總輸入端口的帶線長度與多端口功分器的工作頻率相關，因此本發(fā)明M條并聯(lián)枝節(jié)帶線的長度一般為0.05?0.45倍的導波波長，長度在此范圍內(nèi)的并聯(lián)枝節(jié)帶線組成的功分器功率分配效果最佳。
[0018]進一步的，本發(fā)明N條輸出枝節(jié)帶線相鄰兩條之間均通過電阻連接帶線連接有電阻，提升了整體裝置端口之間的隔離度。
[0019]進一步的，本發(fā)明并聯(lián)枝節(jié)帶線的條數(shù)M小于輸出枝節(jié)帶線的條數(shù)N，降低了加工誤差對于功分器性能的影響，提升了功分器設計的靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0021]圖2本發(fā)明一分六功分器的結構不意圖；
[0022]圖3本發(fā)明一分十二功分器的結構示意圖；
[0023]圖4本發(fā)明一分二十四功分器的結構示意圖；
[0024]附圖中:1_總輸入端口 ；2_并聯(lián)枝節(jié)帶線；3_環(huán)形帶線；4_輸出枝節(jié)帶線；5_電阻連接帶線；6-電阻；7_輸出端口 ；8-外框；9-SMA接頭；10-Wilkinson功分器。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0026]參見圖1，本發(fā)明包括若干條由金屬帶線和金屬板構成的射頻傳輸線，其中金屬帶線包含一個總輸入端口 I和N個輸出端口 7，N彡3 ;總輸入端口 I與N個輸出端口 7之間設置有用于進行阻抗匹配的環(huán)形帶線3，總輸入端口 I通過M條并聯(lián)枝節(jié)帶線2與環(huán)形帶線3連接，M多I，環(huán)形帶線3通過N條輸出枝節(jié)帶線4分別連接N個輸出端口 7;輸出枝節(jié)帶線4中，至少有兩條帶線之間設置有電阻6，電阻6通過電阻連接帶線5與兩條輸出枝節(jié)帶線4帶線連接。
[0027]本發(fā)明平面多端口功分器能夠通過微帶線結構或懸置帶線結構實現(xiàn):微帶線結構包括介質(zhì)基板，金屬帶線以及金屬地板，金屬帶線與金屬地板分別位于介質(zhì)基板的上下兩側；金屬帶線包括連接N個輸出端口 7的微帶線，圓環(huán)微帶線以及M條連接總輸入端口 I的微帶線。懸置帶線結構包括金屬帶線，上下金屬地板以及填充在金屬地板之間的介質(zhì)，介質(zhì)可以為空氣，金屬帶線位于上下金屬地板之間；金屬帶線包括連接N個輸出端口 7的懸置帶線，圓環(huán)懸置帶線以及M條連接總輸入端口 I的懸置帶線。
[0028]參見圖2，本發(fā)明等功率分配的一分六功分器能量通過總輸入端口 I饋入，之后延伸出三條并聯(lián)枝節(jié)帶線2，其長度以及寬度以阻抗匹配理論而定，三條并聯(lián)枝節(jié)帶線2與六條輸出枝節(jié)帶線4之間通過環(huán)形帶線3連接，環(huán)形帶線3不僅有連接六條并聯(lián)枝節(jié)帶線2與三條輸出枝節(jié)帶線4的作用，同樣具有阻抗匹配的作用，之后在六條輸出枝節(jié)帶線4之間加入電阻6，電阻6之間通過電阻連接帶線5連接，電阻6充當隔離電阻的作用，能夠提升端口之間隔離度。
[0029]參見圖3，本發(fā)明不等功率分配的一分十二功分器，輸出端口 7的個數(shù)為十二，連接總輸入端口 I與環(huán)形帶線3的并聯(lián)枝節(jié)帶線2條數(shù)為六。
[0030]參見圖4，本發(fā)明一分二十四功分器是在一分六功分器的基礎上加入一分四的Wilkinson功分器10后實現(xiàn)的，也就是說本發(fā)明同樣能夠與其它類型功分器混合使用，以達到功率分配的性能要求。通過在每六條輸出枝節(jié)帶線4之后連接一個一分四的Wilkinson功分器10，實現(xiàn)二十四個輸出端口 7，為了結構安裝的方便，外框8選為六邊形，且每個輸出端口 7連接SMA接頭9。
[0031]本發(fā)明具有尺寸小的特點，通過減小尺寸，能夠降低功分器的插損，同時本發(fā)明具有高隔離度的特點，通過提升陣列單元通道的隔離度，可以減小天線陣元之間的互耦影響，提高天線的輻射性能，此外本發(fā)明通過純平面結構實現(xiàn)，易于加工實現(xiàn)，有極好的工程實用價值。
【權利要求】
1.一種平面多端口功分器，其特征在于:包括若干條由金屬帶線和金屬板構成的射頻傳輸線，其中金屬帶線包含一個總輸入端口(1)和~個輸出端口(7)4彡3 ；所述的總輸入端口(1)與~個輸出端口⑵之間設置有用于阻抗匹配的環(huán)形帶線(3),總輸入端口(1)通過1條并聯(lián)枝節(jié)帶線(2)與環(huán)形帶線(3)連接，1多1，環(huán)形帶線(3)通過X條輸出枝節(jié)帶線⑷分別連接~個輸出端口⑵；所述的輸出枝節(jié)帶線⑷中，至少有兩條帶線之間設置有電阻(6),電阻(6)通過電阻連接帶線(5)與兩條輸出枝節(jié)帶線(4)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:平面多端口功分器通過微帶線結構實現(xiàn)，微帶線結構包括介質(zhì)基板，金屬帶線以及金屬地板，所述的金屬帶線與金屬地板分別位于介質(zhì)基板的上下兩側；所述的金屬帶線包括連接~個輸出端口(7)的微帶線，圓環(huán)微帶線以及1條連接總輸入端口(1)的微帶線。
3.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:平面多端口功分器通過懸置帶線結構實現(xiàn)，懸置帶線結構包括金屬帶線，上下金屬地板以及填充在金屬地板之間的介質(zhì)，所述的金屬帶線位于上下金屬地板之間；所述的金屬帶線包括連接~個輸出端口(7)的懸置帶線，圓環(huán)懸置帶線以及1條連接總輸入端口(1)的懸置帶線。
4.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:所述的總輸入端口(1)設置在環(huán)形帶線(3)的圓心，1條并聯(lián)枝節(jié)帶線(2)均勻分布在環(huán)形帶線(3)的內(nèi)半徑圓上，~條輸出枝節(jié)帶線(4)均勻分布在環(huán)形帶線(3)的外半徑圓上。
5.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:所述的1條并聯(lián)枝節(jié)帶線(2)的長度為0.05?0.45倍導波波長。
6.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:所述的~條輸出枝節(jié)帶線(4)相鄰兩條之間均通過電阻連接帶線(5)連接有電阻(6)。
7.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:所述的總輸入端口(1)與~個輸出端口(7)的阻抗為50011111。
8.根據(jù)權利要求1所述的平面多端口功分器，其特征在于:所述的并聯(lián)枝節(jié)帶線(2)的條數(shù)1小于輸出枝節(jié)帶線(4)的條數(shù)隊
【文檔編號】H01P5/16GK104505569SQ201410649897
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權日:2014年11月14日
【發(fā)明者】樊芳芳, 鄢澤洪, 王金輝, 雷娟, 張?zhí)忑g 申請人:西安電子科技大學