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双频威尔金森功分器[发明专利]

(10)申请公布号 CN 102013544 A

(43)申请公布日 2011.04.13C N 102013544 A

*CN102013544A*

(21)申请号 201010213812.6

(22)申请日 2010.06.30

H01P 5/16(2006.01)

(71)申请人上海杰盛无线通讯设备有限公司

地址200444 上海市宝山区宝山城市工业园

区园泰路399号

(72)发明人王鲁培焦晨秋韩志光张记谆

(74)专利代理机构上海东亚专利商标代理有限

公司 31208

代理人

罗习

(54)发明名称

双频威尔金森功分器

(57)摘要

本发明公开了一种双频威尔金森功分器，采

用两节传输线实现阻抗变换，两节传输线的特征

阻抗分别为Z1、Z2；两个输出端口之间有隔离电

阻R ，在两个输出端口分别并联一段开路微带线，

其特征阻抗为Z3。本发明在输出端口分别并联一

段开路微带线的方法提高了隔离度，利用开路微

带线精确实现所需电抗。本发明的优点是体积小

巧；双频工作；利用开路微带线精确实现所需电

抗，运用奇-偶模分析和双频分析推导出了该双

频功分器的解析设计公式，因此设计精确；在任

意的两个或者多个频段同时工作的功分器件，不

仅有效减小电路体积，并且降低插损、改善噪声特

性。(51)Int.Cl.

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请

权利要求书 1 页说明书 3 页附图 2 页

1.一种双频威尔金森功分器，其特征在于：采用两节传输线实现阻抗变换，两节传输线的特征阻抗分别为Z1、Z2；两个输出端口之间有隔离电阻R，在两个输出端口分别并联一段开路微带线，其特征阻抗为Z3。

双频威尔金森功分器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微波通讯中的功分器，特别涉及一种双频威尔金森功分器。

背景技术

[0002] 在全球移动通信系统(Global system formobilecommunications，GSM)、全球定位系统(Globalposi-tioning system，GPS)等现代通信系统中，为了充分利用频谱资源和提高信号传输速率，双频以及多频通信电路的应用日益普遍。功分器是通信系统关键部件之一，但传统的Wilkinson功分器只能工作在指定的频率或其奇次谐波处。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种体积小、利用开路微带线精确实现阻抗的双频威尔金森功分器。

[0004] 为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种双频威尔金森功分器，采用两节传输线实现阻抗变换，两节传输线的特征阻抗分别为Z1、Z2；两个输出端口之间有隔离电阻R，在两个输出端口分别并联一段开路微带线，其特征阻抗为Z3。本发明在输出端口分别并联一段开路微带线的方法提高了隔离度，利用开路微带线精确实现所需电抗。[0005] 本发明的优越功效在于：

[0006] 1)体积小巧；

[0007] 2)双频工作；

[0008] 3)利用开路微带线精确实现所需电抗，运用奇-偶模分析和双频分析推导出了该双频功分器的解析设计公式，因此设计精确；

[0009] 4)在任意的两个或者多个频段同时工作的功分器件，不仅有效减小电路体积，并且降低插损、改善噪声特性。

附图说明

[0010] 图1为本发明的原理电路方框图；

[0011] 图2是剖开图1电路获得的奇模电路；

[0012] 图3是剖开图1电路获得的偶模电路；

[0013] 图4是本发明的版图。

具体实施方式

[0014] 以一个工作频率为2.0GHz和4·2GHz的双频威尔金森微带功分器的实例来具体说明本发明。

[0015] 本发明采用一个工作频率为2.0GHz和4.2GHz的双频威尔金森微带功分器，采用两节传输线实现阻抗变换。两段传输线的特征阻抗分别为Z1、Z2，对应的长度为l1、l2；两输出端口2和3之间为隔离电阻R，并且在输出端口处分别并联一段开路微带线，

其特征阻抗为Z3，长度为l3。两个工作频率分别为f1、f2(f2＝m f1，m为大于1的正实数)。采用介电常数为4.4的FR-4介质板，其厚度为1.0mm。根据上述参数，最终制作的双频Wilkinson微带功分器实物结构尺寸为27mm×37mm。

[0016] 本发明采用奇-偶模分析和双频分析，导出本发明的电路参数，分别说明如下：

[0017] 1)奇模分析时，根据电路的对称性，可以把图1的电路剖开获得如图2所示的奇模电路。其中：β1是频率为f1时传输线的传播常数，β1l为其在该频率下的电角度。[0018] 根据经典奇-偶模分析结果，威

尔金森功分器同时具有良好的功率传输、匹配和隔离特性的充分必要条件是其奇模输入阻抗、偶模输入阻抗与端口阻抗相等。据此，本文所提出的新型功分器需满足的设计要求如下：

[0019] 1/ZO＝1/ZB+1/ZC+2/R (1)

[0020] ZA＝jZ1tan β1l (2)

[0021] ZB＝Z2(ZA+jZ2tan β1l)/(Z2+jZAtan β1l)(3)

[0022] ZC＝Z3/(jtan β1l3)(4)

[0023] 将式(2)、(3)、(4)代入式(1)，采用实部与虚部对应相等的方法整理得到下面两个等式

[0024] R＝2ZO (5)

[0025] Z2-Z1tan2β1l(Z1+Z2)tanβ1l＝Z2tan β1l3Z3(6)

[0026] 2)偶模分析时，偶模输入阻抗如图3所示。采用与奇模分析相类似的思路推导出如下两个等式

[0027] 2z20z21+[z21(z1+z2)2-4z20z1(z1+2z2)]tan21l+

[0028] 2z20(2z22-z21)tan4β1l＝0(7)

[0029] (z1+z2)[z1z2(z1-4z20)+(4z20z2-z31)tan2β1l]·

[0030] tanβ1l/{z1[z1(z1+z2)2-8z2z20tan2β1l]+

[0031] 4z20(z21+z22tan4β1l)}＝z2tanβ1l3/z3(8)

[0032] 由式(6)和式(8)相等可以得到

[0033] 4Z20Z1Z2(Z1-Z2tan2β1l)(1+tan2β1l)2＝0(9)

[0034] 进而推出

[0035] Z1＝Z2tan2β1l (10)

[0036] 而将式(10)再分别代入式(6)和式(7)，可以得到双节阻抗变换器的两段传输线和开路微带线的特性阻抗与其电长度满足以下关系式

[0037] Z1＝2ZOtan β1l (11)

[0038] Z2＝2ZO/tan β1l (12)

[0039] Z3＝2ZOtanβ1l3/(1-tan2β1l)(13)

[0040] 2双频分析

[0041] 对于可以同时工作于两个不同频率的双频功分器，以上奇-偶模分析的结果应该在两个频率同时成立，则根据式(10)可知必有

[0042] tan2mβ1l＝tan2β1l (14)

[0043] 也就是

[0044] mβ1l±β1l＝nπ(15)

[0045] 式中：n为任意整数。为了方便计算，不妨取“+”和n＝1，得到等式[0046] β1l＝π/(1+m)(16)

[0047] 同理，式(13)在频率分别等于f1和f2时也应该同时成立，所以

[0048] β1l3＝pπ/(1+m)(17)

[0049] 式中：p为任意整数。此外，由式(13)可以对开路微带线电角度的选取做进一步的讨论：

[0050] (1)当1＜m＜3时，tanβ1l＞1。为保证开路微带线的特性阻抗为正，必须有tanβ1l3＜0。可以选取p＝2，于是有

[0051] β1l3＝2π/(1+m)(18)

[0052] (2)当m＞3时，tanβ1l＜1，tanβ1l3＞0。为了尽量减短所需开路微带线的长度，可以选取p＝1，于是有

[0053] βl＝π/(1+m)(19)

[0054] 3)实物设计

[0055] 本发明采用上述方法设计并研制了一个工作频率为2.0GHz和4.2GHz的双频威尔金森微带功分器。根据式(5)、(11)、(12)、(13)、(16)和(18)可以计算出所需电路参数：R＝100Ω、β1l1＝β1l2＝β1l＝π/3.1、β1l3＝2π/3.1、Z1＝113.44Ω、Z2＝44.07Ω、Z3＝91.89Ω。采用介电常数为4.4的FR-4介质板，其厚度为1.0mm。根据上述参数，最终制作的双频威尔金森微带功分器结构尺寸为27mm×37mm。[0056] 实测结果可以得出，各个端口的回波损耗和隔离度在频率1.9～2.1GHz和4.1～4.3GHz的范围内，均优于15dB；在2.0GHz和4.2GHz附近的传输衰减分别为3.5dB和3.8dB。传输衰减略偏大，主要由于该电路采用的是普通的PCB板材料和表面镀锡微带线，可以通过采用更好的PCB板材料和表面镀金来解决。

本文发布于:2024-09-20 14:26:28，感谢您对本站的认可！

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标签：功分器电路微带线开路分析阻抗传输线

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