基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器及其設(shè)計(jì)方法，包括連接有負(fù)載的第一第二和第三端口，第一和第二等效傳輸線(xiàn)，以及隔離電阻；第一等效傳輸線(xiàn)和第二等效傳輸線(xiàn)均由多個(gè)獨(dú)立的慢波結(jié)構(gòu)最小單元構(gòu)成周期性加載的慢波結(jié)構(gòu)，慢波結(jié)構(gòu)最小單元由傳輸線(xiàn)部和開(kāi)路傳輸線(xiàn)部組成。本實(shí)用新型利用周期性加載的慢波微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一種體積小且適合工作于高頻段的等分威爾金森功分器。該電路結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了較大程度減小功分器的體積，而且在高頻上還有些平坦的色散特性。本實(shí)用新型還提供了一種所述基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器的電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種功率分配器，尤其涉及一種威爾金森功率分配器。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率分配器(又簡(jiǎn)稱(chēng)功分器)主要用于將功率按某預(yù)設(shè)的比例進(jìn)行分配，是一種多 端口微波器件，在微波和射頻領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，不過(guò)，由于傳統(tǒng)方式的功分器的尺寸較 大，從而限制了其在現(xiàn)代集成電路方面的應(yīng)用。隨著智能移動(dòng)終端設(shè)備的模塊功能越來(lái)越 復(fù)雜，各個(gè)模組芯片的集成度越來(lái)越高，為適應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)，研究降低功分器的面積尺寸具有 重要的實(shí)際意義。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)報(bào)道了多種實(shí)現(xiàn)威爾金森功分器的技術(shù)方案，在中國(guó)專(zhuān)利 201420785397.5中，通過(guò)在隔離電阻兩端分別設(shè)置兩段隔離傳輸線(xiàn)，從而有效解決了傳統(tǒng) 的微帶線(xiàn)在高頻段時(shí)的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。
[0004] 在中國(guó)專(zhuān)利201110250484.1中，采用Klofenstin漸變傳輸線(xiàn)來(lái)提高工作帶寬。
[0005] 在已報(bào)道的等分威爾金森設(shè)計(jì)方法上，要么依賴(lài)傳統(tǒng)方式的威爾金森功分器電路 結(jié)構(gòu)，要么采用傳統(tǒng)方式的微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)，從而使所設(shè)計(jì)的功分器體積過(guò)于龐大且在高頻段 的色散特性不平坦，不適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的要求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，采用周期性開(kāi)路傳輸線(xiàn)加載 方式的慢波結(jié)構(gòu)，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于小型化同時(shí)適用于高頻段的等分威爾金森功分 器電路結(jié)構(gòu)，其通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器，包括連接有負(fù)載的第一端口、第二端 口和第三端口，第一等效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108,以及隔離電阻112;
[0008] 所述第一端口經(jīng)第一傳輸線(xiàn)101連接于第一等效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108 的連接處；
[0009] 所述第二端口經(jīng)第二傳輸線(xiàn)105連接于第一等效傳輸線(xiàn)103的另一端與隔離電阻 112的連接處；
[0010] 所述第三端口經(jīng)第三傳輸線(xiàn)106連接于第二等效傳輸線(xiàn)108的另一端與隔離電阻 112的另一端的連接處；
[0011]所述第一等效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108均由多個(gè)獨(dú)立的慢波結(jié)構(gòu)最小單 元113構(gòu)成周期性加載的慢波結(jié)構(gòu)，所述慢波結(jié)構(gòu)最小單元113由傳輸線(xiàn)部110和開(kāi)路傳輸 線(xiàn)部111組成。
[0012] 進(jìn)一步，所述第一端口、第二端口和第三端口連接的負(fù)載的阻值相同記為Z〇,所述 隔離電阻112的阻值為2Z0;
[0013] 所述第一端口在第二端口和第三端口負(fù)載阻值為Zo時(shí)的輸入阻抗為Z0;
[0014]所述第二端口在第一端口和第三端口負(fù)載阻值為Zo時(shí)的輸入阻抗為Z0;
[0015] 所述第三端口在第一端口和第二端口負(fù)載阻值為Zo時(shí)的輸入阻抗為Zo。
[0016] 進(jìn)一步，所述第一傳輸線(xiàn)101、第二傳輸線(xiàn)105和第三傳輸線(xiàn)106的長(zhǎng)度均為λ/2,特 性阻抗均為Zo;所述第一傳輸線(xiàn)101、第二傳輸線(xiàn)105和第三傳輸線(xiàn)106的長(zhǎng)度指中心軸向長(zhǎng) 度，且形狀可靈活變化。所述第一傳輸線(xiàn)101、第二傳輸線(xiàn)105和第三傳輸線(xiàn)106的長(zhǎng)度可以 為任意λ/2的整數(shù)倍，且在不需要有嚴(yán)格相位要求時(shí)，長(zhǎng)度可以任意;其中λ為對(duì)應(yīng)工作頻率 的波長(zhǎng)。
[0017] 進(jìn)一步，為了消除傳輸線(xiàn)直角的電容效應(yīng)，在第一和第二等效傳輸線(xiàn)（103和108) 拐角處采用切角處理，且切角寬度為拐角處相接傳輸線(xiàn)線(xiàn)寬的1.8倍。
[0018] 本實(shí)用新型還提供了一種所述基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器的電路參數(shù) 設(shè)計(jì)方法;其包括以下步驟：
[0019] 步驟A:確定PCB板材參數(shù)，確定所述第一端口、第二端口和第三端口所接負(fù)載的電 阻值以及所述功分器的工作頻率，并計(jì)算第一等效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108的長(zhǎng)度 Ii，特性阻抗Zi;
[0020] 步驟B:根據(jù)所述步驟A中計(jì)算的第一和第二等效傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度11，計(jì)算對(duì)應(yīng)所述 第一和第二等效傳輸線(xiàn)的總電長(zhǎng)度Φ〇;根據(jù)所述步驟A中確定的板材參數(shù)，確定每個(gè)慢波 結(jié)構(gòu)最小單元傳輸線(xiàn)部110的線(xiàn)寬，開(kāi)路傳輸線(xiàn)部111的特性阻抗以及第一和第二等效傳輸 線(xiàn)在所述工作頻率下的相速度;計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述第一和第二等效傳輸線(xiàn)時(shí)慢波結(jié)構(gòu)最小單 元傳輸線(xiàn)部110的長(zhǎng)度d;計(jì)算慢波結(jié)構(gòu)最小單元開(kāi)路傳輸線(xiàn)部111的長(zhǎng)度d stub;將所述慢波 結(jié)構(gòu)最小單元113級(jí)聯(lián)起來(lái)，并分別代替步驟A所述的第一和第二等效傳輸線(xiàn)。
[0021] 所述步驟B中，一般情況，根據(jù)加工廠(chǎng)家的工藝加工精度和最小線(xiàn)寬等工藝條件， 慢波結(jié)構(gòu)最小單元中傳輸線(xiàn)部110的線(xiàn)寬，對(duì)應(yīng)傳輸線(xiàn)部的特性阻抗Zc越大，等效的波速越 小，則所采用的慢波結(jié)構(gòu)的傳輸線(xiàn)部的尺寸越小，因此，慢波結(jié)構(gòu)最小單元傳輸線(xiàn)部110的 線(xiàn)寬一般選為當(dāng)前工藝允許的最小值。
[0022]進(jìn)一步，所述第一端口、第二端口和第三端口連接的負(fù)載的阻值相同為Zo;所述隔 離電阻112的阻值為2Z〇;
[0023] 講一舟·所試舟驟A中，第一和第二等效傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度I1與特性阻抗Z1為：
[0024]
[0025]
[0026]其中λ為對(duì)應(yīng)工作頻率的波長(zhǎng)；
[0027] 所述步驟B中，第一和第二等效傳輸線(xiàn)的總電長(zhǎng)度為：
[0028] Φ〇 = βΒ1ι
[0029] 慢波結(jié)構(gòu)最小單元傳輸線(xiàn)部110的長(zhǎng)度d為：
[0030]
[0031]其中，N為慢波結(jié)構(gòu)最小單元113的個(gè)數(shù)，Zb和βΒ分別為第一和第二等效傳輸線(xiàn)的 特性阻抗和傳播常數(shù)，Zc為慢波結(jié)構(gòu)最小單元傳輸線(xiàn)部110的特性阻抗；
[0032]開(kāi)路傳輸線(xiàn)部111的長(zhǎng)度dstub為：
[0033；
[0034] 其中，Zstub和β〇分別為開(kāi)路傳輸線(xiàn)部111的特性阻抗和傳播常數(shù)，ω Q為對(duì)應(yīng)工作 頻率的角頻率，且心為：
[0035]
[0036] 本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型利用周期性加載的慢波微帶線(xiàn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一 種體積小且適合工作于高頻段的等分威爾金森功分器。該電路結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了較大程度減 小功分器的體積，而且在高頻上還有些平坦的色散特性。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為實(shí)施例的版圖；
[0038]圖2為實(shí)施例的等效電路圖；
[0039]附圖標(biāo)記說(shuō)明：101第一傳輸線(xiàn)、102切角、103第一等效傳輸線(xiàn)、104切角、105第二 傳輸線(xiàn)、106第三傳輸線(xiàn)、107切角、108第二等效傳輸線(xiàn)、109切角、110慢波結(jié)構(gòu)最小單元傳 輸線(xiàn)部、111慢波結(jié)構(gòu)最小單元開(kāi)路傳輸線(xiàn)部、112隔離電阻、113慢波結(jié)構(gòu)最小單元。
[0040] 圖中Pl、Ρ2、Ρ3分別為第一端口、第二端口和第三端口。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例，如圖1和圖2所示，一種基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾 金森功分器，包括連接有相同負(fù)載Zo的第一端口 Pl、第二端口 Ρ2和第三端口 Ρ3，第一等效傳 輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108,以及隔離電阻112;所述第一端口Pl經(jīng)第一傳輸線(xiàn)101連接 于第一等效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108的連接處;所述第二端口 Ρ2經(jīng)第二傳輸線(xiàn)105 連接于第一等效傳輸線(xiàn)103的另一端與隔離電阻112的連接處;所述第三端口 Ρ3經(jīng)第三傳輸 線(xiàn)106連接于第二等效傳輸線(xiàn)108的另一端與隔離電阻112的另一端的連接處;所述第一等 效傳輸線(xiàn)103和第二等效傳輸線(xiàn)108均由多個(gè)獨(dú)立的慢波結(jié)構(gòu)最小單元113構(gòu)成周期性加載 的慢波結(jié)構(gòu)，所述慢波結(jié)構(gòu)最小單元113由傳輸線(xiàn)部110和開(kāi)路傳輸線(xiàn)部111組成;所述隔離 電阻112的阻值為2Ζ〇;功分器的工作頻率為900MHz，慢波結(jié)構(gòu)最小單元113的傳輸線(xiàn)的線(xiàn)寬 選為當(dāng)前工藝允許的最小值;在第一和第二等效傳輸線(xiàn)（103和108)拐角處為切角處理，如 圖1中切角107處圈起的局部放大圖所示，且切角寬度為拐角處相接傳輸線(xiàn)線(xiàn)寬的1.8倍。選 用介電常數(shù)為4.6@lGHz以及損耗角正切為0.0101GHz的FR4板材，板材厚度為0.8mm和銅箱 厚度為1/1〇^。21 = 79.3〇，ZC=100Q，Zstub = 5〇Q，N=10;根據(jù)所述基于慢波結(jié)構(gòu)的等分 威爾金森功分器的電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法計(jì)算得Φ〇 = 90°，dstub=l .8mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器，其特征在于:包括連接有負(fù)載的第一端 口、第二端口和第三端口，第一等效傳輸線(xiàn)（103)和第二等效傳輸線(xiàn)（108)，以及隔離電阻 (112)； 所述第一端口經(jīng)第一傳輸線(xiàn)（101)連接于第一等效傳輸線(xiàn)（103)和第二等效傳輸線(xiàn) (108)的連接處； 所述第二端口經(jīng)第二傳輸線(xiàn)（105)連接于第一等效傳輸線(xiàn)（103)的另一端與隔離電阻 (112)的連接處； 所述第三端口經(jīng)第三傳輸線(xiàn)（106)連接于第二等效傳輸線(xiàn)（108)的另一端與隔離電阻 (112)的另一端的連接處； 所述第一等效傳輸線(xiàn)（103)和第二等效傳輸線(xiàn)（108)均由多個(gè)獨(dú)立的慢波結(jié)構(gòu)最小單 元（113)構(gòu)成周期性加載的慢波結(jié)構(gòu)，所述慢波結(jié)構(gòu)最小單元（113)由傳輸線(xiàn)部（110)和開(kāi) 路傳輸線(xiàn)部(111)組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器，其特征在于:所述第一 端口、第二端口和第三端口連接的負(fù)載的阻值相同記為Z〇,所述隔離電阻（112)的阻值為 2Zo〇3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器，其特征在于:所述第一 傳輸線(xiàn)（101 )、第二傳輸線(xiàn)（105)和第三傳輸線(xiàn)（106)的長(zhǎng)度均為λ/2，特性阻抗均為Z0。4. 根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的基于慢波結(jié)構(gòu)的等分威爾金森功分器，其特征在于:第 一和第二等效傳輸線(xiàn)（103和108)拐角處為切角處理，且切角寬度為拐角處相接傳輸線(xiàn)線(xiàn)寬 的1.8倍。
【文檔編號(hào)】H01P5/16GK205543177SQ201620078217
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日
【發(fā)明人】林俊明, 章國(guó)豪, 張志浩, 余凱, 陳忠學(xué), 蔡秋富, 朱曉銳
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)