專利名稱：毫米波低反射高隔離功率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率合成器，尤其是一種能夠工作在毫米波及其以上頻段的 低反射且輸入端口之間高隔離的功率合成器。
背景技術(shù)：
功率合成器的功能是把兩條傳輸線輸入的功率合成到一條傳輸線上輸出，屬 于三端口網(wǎng)絡。由于功率合成器通常也可以用作功率分配器，因此在一般情況下不再區(qū)分功率合成器和功率分配器的名稱。威爾金森功率合成器是一種常用的功 率合成器，其結(jié)構(gòu)特征是在兩條輸入傳輸線之間接有一個集中參數(shù)的隔離電阻，隔離電阻與兩條輸入傳輸線的交匯處之間的距離是四分之一波長。為了避免兩條 輸入傳輸線之間的耦合，兩條輸入傳輸線在隔離電阻與傳輸線的接入處到兩條輸 入傳輸線的交匯處之間，都彎成近似的半園形。由于隔離電阻的存在，威爾金森 功率合成器屬于有耗的三端口網(wǎng)絡，它不僅三個端口都能匹配、端口反射小，而 且兩條輸入傳輸線之間的隔離也是很好的。但是在工作頻率較高的毫米波頻段或者是比毫米波頻率更高的頻段，威爾金 森功率合成器難以實現(xiàn)，其原因有兩個首先是四分之一波長傳輸線無法形成半 圓形，由于波長很短，在毫米波頻段的低段，在基片上四分之一波長傳輸線的實 際長度不到2毫米，而傳輸線的寬度通常在0.8毫米左右，0.8毫米寬、2毫米長 的傳輸線要形成半園形很困難，如果工作頻率到了亳米波頻段的高端甚至更高頻 段，那么四分之一波長的傳輸線的長度更短，而寬度基本不變，這樣就完全無法 形成半園形其次是在毫米波及頻率更高的頻段，目前還沒有可用的集中參數(shù)隔 離電阻。由于上述兩個原因，目前在亳米波或者更高頻段使用的功率合成器不使用隔 離電阻，這樣的功率合成器屬于互易無耗三端口網(wǎng)絡。在理論上，互易無耗三端 口網(wǎng)絡的三個端口不可能同時匹配。因此這樣的功率合成器不僅三個端口中總有 一個或兩個端口匹配不好，因而端口的反射大，而且它的兩條輸入傳輸線之間的隔離也不好，隔離度通常只有一6dB左右。 發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種能夠工作在毫米波或者更高頻段的低 反射高隔離功率合成器，該功率合成器不使用集成參數(shù)隔離電阻，其三個端口均 有良好的匹配、反射小，而且其輸入傳輸線之間的具有良好的隔離。技術(shù)方案本發(fā)明的毫米波低反射高隔離功率合成器包括第一輸入傳輸線、 第二輸入傳輸線、隔離傳輸線、輸出傳輸線和吸收材料；其中第一輸入傳輸線的一端是第一輸入端口，第二輸入傳輸線的一端是第二輸入端口，第一輸入傳輸 線的另一端與第二輸入傳輸線的另一端相連并在此與輸出傳輸線的一端相連形 成三線交匯處，隔離傳輸線接在第一輸入傳輸線與第二輸入傳輸線之間，吸收材 料放置在隔離傳輸線上。第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線的長度一樣或者相差波長的整數(shù)倍；而第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線之間經(jīng)過隔離傳輸線與不經(jīng) 過隔離傳輸線的兩條不同傳播路徑的長度之差為二分之一波長的奇數(shù)倍。隔離傳 輸線的特性阻抗根據(jù)從一個輸入端口即第一輸入端口或第二輸入端口輸入的信 號功率，經(jīng)過兩條不同傳播路徑的到達另一個輸入端口即第二輸入端口或第一輸 入端口的兩路信號功率大小一致的要求確定。吸收材料的大小以及它在隔離傳輸 線上的位置和放置角度根據(jù)從一個輸入端口即第一輸入端口或第二輸入端口輸 入的信號功率，經(jīng)過兩條不同傳播路徑的到達另一個輸入端口即第二輸入端口或第一輸入端口的兩路信號功率大小一致的要求確定。輸出傳輸線的特性阻抗依據(jù) 阻抗匹配的原則確定。第一輸入傳輸線和第二輸入傳輸線的特性阻抗依據(jù)阻抗匹 配的原則確定。由于吸收材料的存在，使得本發(fā)明的功率合成器屬于三端口有耗網(wǎng)絡，不再 受互易無耗三端口網(wǎng)絡的三個端口不能同時匹配的理論限制，通過調(diào)節(jié)第一輸入 傳輸線、第二輸入傳輸線和輸出傳輸線的特性阻抗，或者在這三條傳輸線上加阻 抗變換電路，可以實現(xiàn)三個端口的同時匹配。兩條輸入傳輸線的長度一樣或者相差波長的整數(shù)倍，在兩條輸入傳輸線之間 有兩個信號功率的傳播路徑，一個是從一條輸入傳輸線經(jīng)過隔離傳輸線到另一條 輸入傳輸線的路徑，另一個是從一條輸入傳輸線經(jīng)過兩條輸入傳輸線的交匯處到 另一條輸入傳輸線的路徑。如果這兩條傳播路徑的長度相差二分之一波長的奇數(shù)倍，那么這兩路的信號就相互抵消，這樣就增加了兩條輸入傳輸線之間的隔離。 由于功率合成器和功率分配器原理一樣，上述毫米波或更高頻段功率合成器 的技術(shù)方案也可以用于毫米波或更高頻段的功率分配器。有益效果本發(fā)明的有益效果是，解決了在毫米波或者更高頻段的功率 合成器由于沒有可用的集中參數(shù)隔離電阻造成的三個端口不能同時匹配，因而反 射大，以及輸入傳輸線之間隔離不好的問題。通常的威爾金森功率合成器需要集 中參數(shù)的隔離電阻以實現(xiàn)三個端口的同時匹配以及輸入傳輸線之間的隔離，而且 要求輸入傳輸線彎曲成近似半園形以與隔離電阻相連接。本發(fā)明由于不使用隔離 電阻就可以實現(xiàn)三個端口的同時匹配以及輸入傳輸線之間的隔離，因而也不需要輸入傳輸線彎曲成近似半園形，這樣就實現(xiàn)了毫米波或者更高頻段的低反射高隔 離功率合成器。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有第一輸入傳輸線l、第二輸入傳輸線2、隔離傳輸線3、輸出傳輸線4、第一輸入傳輸線與隔離傳輸線的連接處5、第二輸入傳輸線與隔離傳輸線的 連接處6、第一輸入傳輸線、第二輸入傳輸線與輸出傳輸線的三線交匯處7、第 一輸入端口8、第二輸入端口9，輸出端口IO，吸收材料ll。
具體實施方式
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是毫米波低反射高隔離功率合成器包括第一輸入傳輸線l、第二輸入傳輸線2、隔離傳輸線3、輸出傳輸線4和吸收材料11。輸 入、隔離和輸出傳輸線可以是微帶線、帶狀線或者是其它形式的傳輸線，吸收材 料11兩端做成漸變的形狀以避免反射，它吸收功率合成器工作頻段內(nèi)的電磁波， 造成隔離傳輸線3的損耗，使得整個功率合成器成為有耗三端口網(wǎng)絡。兩條輸入 傳輸線即第一輸入傳輸線1、第二輸入傳輸線2的長度一樣或者相差波長的整數(shù) 倍。從一條輸入傳輸線的端口即第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8或第二輸入 傳輸線2的第二輸入端口 9到另一條輸入傳輸線的端口即第二輸入傳輸線2的第 二輸入端口 9或第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8之間存在兩個傳播路徑，一 條是從第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8或第二輸入傳輸線2的第二輸入端口9經(jīng)過隔離傳輸線3到另一條輸入傳輸線的端口即第二輸入傳輸線2的第二輸入 端口 9或第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8;另一條是從第一輸入傳輸線1的 第一輸入端口 8或第二輸入傳輸線2的第二輸入端口 9，經(jīng)過兩條輸入傳輸線和 輸出傳輸線的交匯處7到另一條輸入傳輸線即第二輸入傳輸線2的第二輸入端口 9或第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8，兩條傳播路徑的長度之差為二分之一 波長的奇數(shù)倍。由于第一輸入傳輸線l、第二輸入傳輸線2的長度一樣或相差波 長的整數(shù)倍，來自第一輸入傳輸線l、第二輸入傳輸線2的信號功率在這兩條輸 入傳輸線和輸出傳輸線的交匯處7同相疊加合成后從輸出傳輸線4的輸出端口 10處輸出；從第一輸入傳輸線1的第一輸入端口 8或第二輸入傳輸線2的第二 輸入端口 9，到第二輸入傳輸線2的第二輸入端口 9或第一輸入傳輸線1的第一 輸入端口 8之間存在兩個傳播路徑，由于這兩個傳播路徑的長度相差二分之一波 長的奇數(shù)倍，因此從輸入傳輸線1的第一輸入端口 8輸入的信號功率經(jīng)過這兩個 不同的傳播路徑到達另一條輸入傳輸線2的第二輸入端口 9時，這兩路信號是反 相抵消的，反之從第二輸入傳輸線2的第二輸入端口 9到第一輸入傳輸線1的第 一輸入端口 8的情況也是反相抵消的。這樣既使得來自第一輸入傳輸線1、第二 輸入傳輸線2的信號功率在輸出傳輸線4同相合成輸出，又使得第一輸入傳輸線 1、第二輸入傳輸線2之間相互隔離。在結(jié)構(gòu)上，毫米波高隔離功率合成器的第一輸入傳輸線l、第二輸入傳輸線2與輸出傳輸線4在底邊相連處7形成T形或Y結(jié)以避免這三條傳輸線之間的線 間耦合；第一輸入傳輸線1與隔離傳輸線3的傳輸線第一連接處5到三條傳輸線 的交匯處7之間的傳輸線以及第二輸入傳輸線2與隔離傳輸線3的傳輸線第二連 接處6到三條傳輸線的交匯處7之間的傳輸線兩者長度一樣或者相差波長的整數(shù) 倍；從傳輸線第一連接處5經(jīng)過三條傳輸線的交匯處7到傳輸線第二連接處6 的傳輸線長度與從傳輸線第一連接處5經(jīng)過隔離傳輸線3到傳輸線第二連接處6 的傳輸線長度兩者之差為二分之一波長的奇數(shù)倍，調(diào)整隔離傳輸線3的特性阻 抗、吸收材料11的大小以及吸收材料11在隔離傳輸線3上的位置與角度使得從 一條輸入傳輸線輸入的信號功率經(jīng)過這兩條傳播路徑的到達另一條輸入傳輸線 的兩路信號功率大小一致，這樣使得這兩路信號功率幾乎完全抵消掉；第一輸入 傳輸線1的特性阻抗、第二輸入傳輸線2的特性阻抗和輸出傳輸線4的特性阻抗 可以依據(jù)阻抗匹配的原理確定。在制造上，整個功率合成器可以制作在一個基片上，在滿足上述功率合成條 件和輸入隔離條件以及放置吸收材料ll的前提下，三種傳輸線的長度盡量短， 盡量避免不連續(xù)性的出現(xiàn)，以減小功率合成器的損耗。根據(jù)以上所述，便可實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、一種毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在于該合成器包括第一輸入傳輸線(1)、第二輸入傳輸線(2)、隔離傳輸線(3)、輸出傳輸線(4)和吸收材料(11)；其中第一輸入傳輸線(1)的一端是第一輸入端口(8)，第二輸入傳輸線(2)的一端是第二輸入端口(9)，第一輸入傳輸線(1)的另一端與第二輸入傳輸線(2)的另一端相連并在此與輸出傳輸線(4)的一端相連形成三線交匯處(7)，隔離傳輸線(3)接在第一輸入傳輸線(1)與第二輸入傳輸線(2)之間，吸收材料(11)放置在隔離傳輸線(3)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在于第 一輸入傳輸線(1)和第二輸入傳輸線(2)的長度一樣或者相差波長的整數(shù)倍； 而第一輸入傳輸線(1)和第二輸入傳輸線(2)之間經(jīng)過隔離傳輸線(3)與不 經(jīng)過隔離傳輸線(3)的兩條不同傳播路徑的長度之差為二分之一波長的奇數(shù)倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在 于隔離傳輸線(3)的特性阻抗根據(jù)從一個輸入端口即第一輸入端口 (8)或第二 輸入端口 (9)輸入的信號功率，經(jīng)過兩條不同傳播路徑的到達另一個輸入端口 即第二輸入端口 (9)或第一輸入端口 (8)的兩路信號功率大小一致的要求確定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在于吸 收材料(11)的大小以及它在隔離傳輸線(3)上的位置和放置角度根據(jù)從一個 輸入端口即第一輸入端口 (8)或第二輸入端口 (9)輸入的信號功率，經(jīng)過兩條 不同傳播路徑的到達另一個輸入端口即第二輸入端口 (9)或第一輸入端口 (8) 的兩路信號功率大小一致的要求確定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在于輸 出傳輸線(4)的特性阻抗依據(jù)阻抗匹配的原則確定。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波低反射高隔離功率合成器，其特征在 于第一輸入傳輸線(1)和第二輸入傳輸線(2)的特性阻抗依據(jù)阻抗匹配的原則 確定。
全文摘要
毫米波低反射高隔離功率合成器涉及一種能夠工作在毫米波及其以上頻段的低反射且輸入端口之間高隔離的功率合成器，該合成器第一輸入傳輸線(1)的一端是第一輸入端口(8)，第二輸入傳輸線(2)的一端是第二輸入端口(9)，第一輸入傳輸線(1)的另一端與第二輸入傳輸線(2)的另一端相連并在此與輸出傳輸線(4)的一端相連形成三線交匯處(7)，隔離傳輸線(3)接在第一輸入傳輸線(1)與第二輸入傳輸線(2)之間，吸收材料(11)放在隔離傳輸線(3)上，該低反射高隔離功率合成器解決了在毫米波或者更高頻段的功率合成器由于沒有可用的集中參數(shù)隔離電阻造成的三個端口不能同時匹配以及輸入傳輸線之間隔離不好的問題。
文檔編號H01P5/12GK101217211SQ20081001939
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者孫忠良, 非 楊, 殷曉星, 趙洪新 申請人:東南大學