專利名稱：射頻功率分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RF(射頻)功率分配器，更具體地說，涉及一種用于無線電發(fā)信機(jī)UHF(超高頻)頻帶高功率放大器中的威爾金森功率分配器。
隨著各色各樣無線電傳呼服務(wù)的提供，維修管理工作已作為重大問題出現(xiàn)在服務(wù)提供單位的面前。特別是用來通過大氣通道傳送信號的無線電傳呼發(fā)信機(jī)因無線電傳呼機(jī)用戶始終不斷的增加而在數(shù)量上成比例地增加的情況下，上述情況更是如此。然而，服務(wù)提供單位不能因此而無限制地擴(kuò)充無線電傳呼機(jī)，更不用說擴(kuò)充工作人員和輔助設(shè)施了。
這樣，由于各種形式的信號是一次性快速傳送而且無線電傳呼發(fā)信機(jī)傳播信號的距離越來越遠(yuǎn)，因而總希望無論用戶的數(shù)量如何增加都能在現(xiàn)有工作人員和現(xiàn)有無線電傳呼設(shè)備和輔助設(shè)施的情況下提供充分的服務(wù)。因此，迫切需要有一種能擴(kuò)大信號傳送范圍的高功率放大器。
另一方面，大多數(shù)高功率放大器是通過組合使用多個并聯(lián)連接的放大裝置放大無線電信號提高功率輸出的，而這些組合在輸出上并不是沒有限制的。分配或組合無線電信號的裝置叫做RF功率分配器或功率合成器。RF功率分配器可分為T形連接功率分配器、威爾金森功率分配器和正交混合功率分配器三類。這三類是按其特性選用的。
這些RF功率分配器用于象上述無線電傳呼發(fā)信機(jī)之類的無線電發(fā)信機(jī)。在這些RF功率分配器中，威爾金森功率分配器廣泛用在UHF頻帶無線電發(fā)信機(jī)中，其在傳輸線路方面的基本組成如
圖1中所示。圖1舉例示出了等分配比威爾金森功率分配器，供將輸入信號分成兩個相等的輸出信號。這里，輸出信號與輸入信號同相，但比輸入信號小3分貝。
圖1的威爾金森功率分配器通常是制成如圖2所示的形式在一個襯底上具相應(yīng)阻抗的一些微帶線或同軸線。圖2的RF功率分配器的輸入端口只有一個，即IP1，輸出端口有兩個，即第一輸出端OP1和第二輸出端口OP2。微帶線10耦合到輸入端口IP1，兩個微帶線18和12串聯(lián)耦合在微帶線10的輸出端與第二輸出端口OP2之間。假設(shè)系統(tǒng)阻抗為Z0，微帶線10，12和14各自的阻抗為Z0，如圖1中所示，微帶線18和20起四分之一波長(λ/4)線的作用，其阻抗分別為
此外，并聯(lián)電阻器16耦合在微帶線18和12的接觸點(diǎn)與微帶線20和14的接觸點(diǎn)之間。電阻器16的電阻為2Z0，如圖1中所示。
λ/4線如上所述制成微帶線時，各分配線的長度相當(dāng)于功率分配頻帶的λ/4。就是說，微帶線18和20長度為頻帶的λ/4，因而若頻帶為UHF頻帶則變得非常大。舉例說，325兆赫的λ/4傳輸線路長約23厘米。
因此，當(dāng)λ/4線采用微帶線或同軸線時，RF功率分配器占用了一定放大器范圍很大的一部分，從而使其余放大電路在空間上受限制。此外，λ/4傳輸線路，其長度按所使用的頻帶確定，對處理諸如頻率變化之類外部條件的變化是無能為力的。因此，為得出所要求的電氣性能，應(yīng)根據(jù)變化的條件重新構(gòu)制RF功率分配器。
RF功率分配器的另一個問題是分配器輸出信號的測定。為測定輸出信號，測量儀器的測定端應(yīng)直接接輸入和輸出端口。按慣例，測定端是直接焊接到輸入和輸出端口的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種較小的RF功率分配器。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種性能能根據(jù)外部條件的變化調(diào)節(jié)改變的RF功率分配器。
本發(fā)明還有另一個目的，即提供一種便于測定自身的輸出信號的RF功率分配器。
為達(dá)到上述和其它目的，本發(fā)明提供了一種用于無線電發(fā)信機(jī)的UHF頻帶高功率放大器中的RF功率分配器。本發(fā)明的RF功率分配器包括單一的輸入端口；第一和第二輸出端口；第一微帶線，耦合到輸入端口；第一和第二線圈，并聯(lián)耦合到一微帶線的輸出端；第二微帶線，耦合在第二線圈的輸出端與第二輸出端口之間；第一電容器，耦合在地與第一微帶線和第一和第二線圈的接觸點(diǎn)之間；一個電阻器，耦合在第一線圈和第二微帶線的接觸點(diǎn)與第二線圈和第三微帶線的接觸點(diǎn)之間；和第二電容器，并聯(lián)耦合到電阻器上。這樣就提供了制成集中整數(shù)等效電路的威爾金森功率分配器，其中λ/4線由一些線圈構(gòu)成，各電容器不是微帶線而是集總元件。
參看附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例可以更清楚地理解本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)。附圖中圖1是按傳輸線路繪制的一般威爾金森功率分配器線路圖；圖2是圖1采用微帶線的威爾金森功率分配器的示意圖；圖3A和3B是微帶線的集中整數(shù)等效電路圖；圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例采用集總元件的RF功率分配器的示意圖；圖5A和5B分別示出了圖4線圈的側(cè)視圖和正視圖；圖6是圖4中所示的RF功率分配器經(jīng)修改的示意圖；圖7是用圖6中所示的RF功率分配器的四輸出端RF功率分配器的示意圖；圖8示出了本發(fā)明一個實(shí)施例測量連接件的形式；圖9是圖8所示測量連接件后表面上的絲質(zhì)標(biāo)記。
現(xiàn)在參看附圖詳細(xì)說明本發(fā)明例舉的實(shí)施例。為全面理解本發(fā)明，這里對諸如電路結(jié)構(gòu)、類型、形式、元部件數(shù)和例舉值之類的細(xì)節(jié)都作了說明。但本技術(shù)領(lǐng)域的行家們都知道，沒有這些細(xì)節(jié)照樣也可以實(shí)施本發(fā)明的。此外，應(yīng)該指出的是，各附圖中同樣的編號表示同樣的元件。此外，那些可能使本發(fā)明變得模糊的周知功能或結(jié)構(gòu)，這里就不詳加說明了。
微帶線可模擬成采用集總元件的集中整數(shù)等效電路的形式。就是說，如圖3A中所示的單一微帶線可模擬成如圖3B中所示帶單一線圈L1和兩個電容器C1和C2的等效電路。這樣，按照本發(fā)明的一個實(shí)施例，威爾金森功率分配器中的λ/4線由多個集總元件構(gòu)成。
圖4是本發(fā)明的一個實(shí)施例采用集總元件的RF功率分配器的示意圖。這里，RF功率分配器是個λ/4傳輸線路采用集總元件(即線圈和電容器)的威爾金森功率分配器。圖中與圖2中相同的編號表示與圖2中相同的元件。圖4的RF功率分配器包括單一的輸入端口IP1、第一輸出端口OP1和第二輸出端口OP2、以及耦合到輸入端口IP1的微帶線10。線圈22和微帶線12串聯(lián)耦合在微帶線10的輸出端與第一輸出端口OP1之間。線圈24和微帶線14串聯(lián)耦合在微帶線10的輸出端與第二輸出端口OP2之間。假設(shè)系統(tǒng)阻抗為Z0，微帶線10，12和14各自的阻抗為Z0，如圖1所示。并聯(lián)電阻器16耦合在線圈22和微帶線12的接觸點(diǎn)與線圈24和微帶線14的接觸點(diǎn)之間。電阻器16的電阻為2Z0，如圖1中所示，此外，電容器26耦合在線圈22和微帶線12的接觸點(diǎn)與地之間。電容器28耦合在線圈24和微帶線14的接觸點(diǎn)與地之間。電容器30耦合在微帶線12和電阻器16的接觸點(diǎn)與地之間。電容器32耦合在微帶線14和電阻器16的接觸點(diǎn)與地之間。
圖4中的線圈22和電容器26代替了圖2的微帶線18，線圈24和電容器28和32代替了圖2的微帶線20。線圈22和24的電感和電容器26，28，30，32的電容在實(shí)際應(yīng)用中按下述方式確定。
假設(shè)圖4所示RF功率分配器中使用的頻率為322～328.6兆赫，其中心頻率為325兆赫，系統(tǒng)阻抗Z0為50歐。參看圖3A和圖3B。若圖3A的微帶線為λ/4傳輸線且其阻抗為Z1，則圖3A的線圈L1產(chǎn)生的電抗X和圖3B的電容器C1和C2產(chǎn)生的電抗B可用下式求出X=Z1Sinθ=ωLB=1Z1tanθ2=ωC-----(1)]]>其中L為電感，c為電容。由于Z1如圖1中所示為
Z0，且e為90
由于中心頻率為325兆赫，因而(2)式可以電感L和電容C表示出來
因此，若圖4的RF功率分配器在325兆赫下使用，則線圈22和24的電感分別為34.63納亨，電容器26，28，30和32的電容分別為6.93皮法。
線圈22和24如圖5A和5B所示為空氣心子線圈。圖5A和5B分別示出了線圈22和24的側(cè)視圖和正視圖。這里，假設(shè)線圈22和24的半徑為v，繞制長度為l，繞制圈數(shù)為N，則電感L和繞制圈數(shù)N可計算如下L=γ2N29γ+101------(4)]]>N=L(9γ+101)γ2]]>另一方面，圖4的RF功率分配器可以通過將電容器26和28合并為一個電容器、電容器30和32合并為另一個電容器改為圖6的RF功率分配器。就是說，要將功率合成和分配的過程中產(chǎn)生的熱量通過PCB(印刷電路板)散發(fā)到散熱片上，可將電容器26和28合并為在PCB上的并聯(lián)電容為2C的電容器34，將電容器30和32合并為在PCB上的串聯(lián)電容為C的電容器36。電容器34耦合在微帶線10和線圈22和24的接觸點(diǎn)與地之間。電容器36與電阻器16并聯(lián)耦合。
通常，用模擬工具模擬可以在各部分集成到PCB之前輕易地綜觀整個裝置的全貌。用觸石公司出品的模擬程序模擬圖6所示的RF功率分配器可以估計測定結(jié)果。
在模擬中，空氣心子線圈22和24的電感和電容器34和36的電容分別為32.6納亨、10.42皮法和0.747皮法。另一方面，在應(yīng)用實(shí)際陶瓷電容器時，電容器34和36的電容分別為10皮法和0.7皮法。此外，線圈22和24的電感可用(4)式求出，且應(yīng)在測定之后用網(wǎng)絡(luò)分析儀加以調(diào)整。因此，線圈22和24是通過在4毫米直徑形成的桿上繞上三圈1.2毫米直徑的漆包線制取的，在集成到PCB上之前用測量儀器調(diào)諧使其電感達(dá)32納亨。
PCB的實(shí)際圖形是用CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)即波形制造程序根據(jù)觸石公司的模擬程序設(shè)計出來的。在本發(fā)明RF功率分配器中采用RF電路中廣泛使用的介電常數(shù)ε0為2.5的聚四氟乙烯襯底。此外，電容器34和36為ATC(美國技術(shù)陶瓷)公司出品的高Q值陶瓷電容器。
圖7的RF功率分配器可通過連接多個圖6中所示的RF功率分配器以增加分配信號的數(shù)量制取。圖7是四輸出端RF功率分配器的示意圖，其中如圖6所示的RF功率分配器耦合到圖6另一RF功率分配器的各第一和第二輸出端口OP1和OP2。因此，圖7的四輸出端RF功率分配器其輸入端口OP1只有1個，輸出端口OP1～OP4則有4個。圖7的RF功率分配器可看成是由三個圖6所示的RF功率分配器構(gòu)成，其中一個分配器的元件也可包括另一個分配器的類似元件。三組RF功率分配器的組成分別如下微帶線38，40和42、電阻器52、線圈58和60、和電容器70和72；微帶線40，44和46、電阻器54、線圈62和64、和電容器74和76；和微帶線42、48和50、電阻器56、線圈66和68、和電容器78和80。這里，微帶線40和42公用。
圖7中，提供給輸入端口IP1的信號輸入分成四個信號，這四個信號是從輸入信號衰減6分貝，與輸入信號同相，且輸出給第一至第四輸出端口OP1～OP4。這里，信號在相應(yīng)頻帶中的衰減和各輸出端口之間的絕緣程度通過調(diào)節(jié)線圈58～68之間的間距確定。就是說，由于RF功率分配器諸如頻率變化之類外部條件的影響，因而其電氣性能可通過調(diào)節(jié)線圈58～68之間的間距加以補(bǔ)償。因此，線圈58～68起可變調(diào)節(jié)點(diǎn)的作用從而使RF功率分配器可靈活適應(yīng)外部條件的變化。RF功率分配器在相應(yīng)頻帶下調(diào)節(jié)之后，分成的四個從原信號衰減6分貝且與原信號同相的信號變成下一級高功率放大器的輸入信號。
另一方面，PCB上還集成有多個測量連接件以便將測量儀的各測定端分別連接到圖6和圖7的RF功率分配器以后的各位置輸入端口IP1和第一和第二輸出端口OP1和OP2；和輸入端口IP1，第一至第四輸出端口OP1～OP4，和微帶線40和42的各輸出端。圖8是這種測量連接件的放大視圖。測量連接件82和84用來插入測量儀的測量端子。線86和88分別為前一級RF功率分配器的輸出線和下一級RF功率分配器的輸入線。因此，各信號的通路可通過將測量端子插入待連接至測量連接件82和84的測量連接器并在連接件84與線86之間或線86與88之間安置陶瓷電容器加以確定。就是說，信號可通過在連接件84與線86之間安置陶瓷電容器借助測量連接器衰減3分貝，同時位于線86與88之間的陶瓷電容器作為下一級功率分配器的輸入通路連接。這樣，從各輸出端口出來的信號無需將各測量端子焊接到輸入和輸出端口就可以測量出來。
測量連接器焊接到PCB上時，PCB在連接器周圍的表面會因焊錫滴到焊接面上而變得凹凸不平。這樣，這個凹凸不平的表面會妨礙高功率放大器的散熱片與襯底之間的緊密接觸，從而達(dá)不到RF接地作用。為防止這一點(diǎn)，在PCB有測量連接件82和84的后焊接面上打上絲質(zhì)標(biāo)記90。絲標(biāo)90在圖9中呈圓形，防止焊錫在測量連接器焊接到PCB的過程中滴入焊接表面。在實(shí)際制造RF功率分配器時，絲標(biāo)90被制成直徑12毫米、厚1毫米的圓圈。這樣，連接器周圍的襯底就與高功率放大器的散熱片緊密接觸。
鑒于本發(fā)明的電氣特性，信號在相應(yīng)頻率的二次和三次頻帶衰減20分貝，因而可以通過抑制無線電信號的二次和三次諧波頻率提高信號波的質(zhì)量。
綜上所述，本發(fā)明RF功率分配器的好處是通過采用集總元件作為λ/4線可以有效利用放大器空間。此外，RF功率分配器的電氣性能可以無需重新配置RF功率分配器而根據(jù)外部條件的變化加以改變調(diào)節(jié)，而且通過在襯底上配備測量連接器就可輕易測定出其輸出信號。
本技術(shù)領(lǐng)域的行家們都不難理解，雖然上面是就例舉的一些實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的，但在不脫離本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的前提下是可以對上述實(shí)施例進(jìn)行種種修改的。上述實(shí)施例中本發(fā)明應(yīng)用的中心頻率325兆赫可以用UHF頻帶內(nèi)的任何頻率代替。因此，所述頻率的適當(dāng)范圍符合下面提出的權(quán)利要求書的要求。
權(quán)利要求
1.一種無線電發(fā)信機(jī)UHF頻帶高功率放大器中使用的RF功率分配器，其特征在于，它包括單一的輸入端口；第一和第二輸出端口；第一微帶線，耦合到輸出端口；第二微帶線，其一端耦合到第一輸出端口；第三微帶線，其一端耦合到第二輸出端口；一個電阻器，耦在第二微帶線的另一端與第三微帶線的另一端之間；和集中整數(shù)等效電路裝置，耦合到所述第一、第二和第三微帶線和所述電阻器上供分配輸入的RF功率用。
2.如權(quán)利要求1所述的RF功率分配器，其特征在于，所述集中整數(shù)等效電路包括集總線圈和電容元件。
3.一種無線電發(fā)信機(jī)UHF頻帶高功率放大器的RF功率分配器，其特征在于，它包括單一的輸入端口；第一和第二輸出端口；第一微帶線，耦合到輸入端口；第一和第二線圈，并聯(lián)耦合到第一微帶線的輸出端；第二微帶線，耦合在第一線圈的輸出端與第一輸出端口之間；第三微帶線，耦合在第二線圈的輸出端與第二輸出端口之間；第一電容器，耦合在地與第一微帶線和第一和第二線圈的接觸點(diǎn)之間；一個電阻器，耦合在第一線圈和第二微帶線的接觸點(diǎn)之間；和第二電容器，并聯(lián)耦合到電阻器上。
4.如權(quán)利要求3所述的RF功率分配器，其特征在于，RF功率分配器耦合到各第一和第二輸出端上。
5.如權(quán)利要求4所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為空氣心子線圈。
6.如權(quán)利要求3所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為空氣心子線圈。
7.如權(quán)利要求6所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為根據(jù)外部條件的變化可改變的調(diào)節(jié)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求3所述的RF功率分配器，其特征在于，它還包括一個測量連接器供將測量儀的測量端子連接到各輸入端口和第一和第二輸出端口。
9.如權(quán)利要求8所述的RF功率分配器，其特征在于，測量連接器后面的焊接表面設(shè)有絲標(biāo)。
10.如權(quán)利要求9所述的RF功率分配器，其特征在于，絲標(biāo)是圓心在測量端子連接部分的一個圓圈。
11.如權(quán)利要求3所述的RF功率分配器，其特征在于，它還包括第三、第四、第五和第六輸出端口；第三和第四線圈，并聯(lián)耦合到第一輸出端口；第四微帶線，耦合在第三線圈的輸出端與第三輸出端口之間；第五微帶線，耦合在第四線圈的輸出端與第四輸出端口之間；第三電容器，耦合在地與第二微帶線和第三和第四線圈的接觸點(diǎn)之間；第二電阻器，耦合在第三線圈和第四微帶線的接觸點(diǎn)與第四線圈和第五微帶線的接觸點(diǎn)之間；第四電容器，并聯(lián)耦合到第二電阻器上；第五和第六線圈，并聯(lián)耦合到第二輸出端口；第六微帶線，耦合在第五線圈的輸出端與第五輸出端口之間；第七微帶線，耦合在第六線圈的輸出端與第六輸出端口之間；第五電容器，耦合在地與第三微帶線和第五和第六線圈的接觸點(diǎn)之間；第三電阻器，耦合在第五線圈和第六微帶線的接觸點(diǎn)與第六線圈和第七微帶線的接觸點(diǎn)之間；和第六電容器，并聯(lián)耦合到第三電阻器。
12.一種無線電發(fā)信機(jī)UHF頻帶高功率放大器中使用的RF功率分配器，其特征在于，它包括單一的輸入端口；第一和第二輸出端口；第一微帶線，耦合到輸入端口；第一和第二線圈，并聯(lián)耦合到第一微帶線的輸出端；第二微帶線，耦合在第一線圈的輸出端與第一輸出端口之間；第三微帶線，耦合在第二線圈的輸出端與第二輸出端口之間；第一電容器，耦合在地與第一線圈和第二微帶線的接觸點(diǎn)之間；第二電容器，耦合在地與第二線圈和第三微帶線的接觸點(diǎn)之間；一個電阻器，耦合在第一線圈和第二微帶線的接觸點(diǎn)與第二線圈和第三微帶線的接觸點(diǎn)之間；第三電容器，耦合在地與第二微帶線和電阻器的接觸點(diǎn)之間；第四電容器，耦合在地與第三微帶線和電阻器的接觸點(diǎn)之間。
13.如權(quán)利要求12所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為空氣心子線圈。
14.如權(quán)利要求13所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為根據(jù)外部條件的變化可改變的調(diào)節(jié)點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求12所述的RF功率分配器，其特征在于，第一和第二線圈為根據(jù)外部條件的變化可改變的調(diào)節(jié)點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求12所述的RF功率分配器，其特征在于，它還包括一個測量連接器供將測量儀的測量端子連接到各輸入端口和第一和第二輸出端口。
17.如權(quán)利要求16所述的RF功率分配器，其特征在于，測量連接器后面的焊接表面上設(shè)有絲標(biāo)。
全文摘要
一種無線電發(fā)信機(jī)UHF頻帶高功率放大器中使用的RF功率分配器,包括:單一的輸入端口;第一和第二輸出端口;第一微帶線;第一和第二線圈,第二微帶線,第三微帶線,第一電容器,一個電阻器,和第二電容器,本發(fā)明提供制成集中整數(shù)等效電路的形式,其中λ/4線由線圈形成,各電容器為集總元件而不是微帶線。
文檔編號H01P5/19GK1202022SQ9810638
公開日1998年12月16日 申請日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月26日
發(fā)明者金旭 申請人:三星電子株式會社