专利名称：双频威尔金森功分器的制作方法
技术领域：
本实用新型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：
在全球移动通信系统(Globalsystem 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。
实用新型内容本实用新型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。为了解决以上的技术问题，本实用新型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zi、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。本实用新型在输出端 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。本实用新型的优越功效在于1)体积小巧；2)双频工作；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；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。
图1为本实用新型的原理电路方框图；图2是剖开图1电路获得的奇模电路；图3是剖开图1电路获得的偶模电路。
具体实施方式
以一个工作频率为2. OGHz和4 · 2GHz的双频威尔金森微带功分器的实例来具体 说明本实用新型。本实用新型采用一个工作频率为2. OGHz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Zl、Z2，对应的长度为11、 12;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13。两个工作频率分别为fl、f2(f2 = m fl，m为大于1的正实
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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27mmX37mm。本实用新型采用奇-偶模分析和双频分析，导出本实用新型的电路参数，分别说 明如下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β 1是频率为fl时传输线的传播常数，β 11为其在该频率下的电角度。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1/Ζ0 = 1/ZB+1/ZC+2/RZA = jZltan^ 11ZB = Z2 (ZA+jZ2tan β 11)/(Ζ2+jZAtan β 11)ZC = Z3/(jtan3 113)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R = 2Z0(5)Z2-Zltan2 β 11 (Ζ1+Ζ2) tan β 11 = Z2tan β 113Ζ3 (6)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2z20z21+[z21(zl+z2)2-4z20zl(zl+2z2)]tan2 β 11+2ζ20 (2ζ22-ζ21)tan4β 11 = 0 (zl+z2) [zlz2 (zl-4z20) + (4ζ20ζ2-ζ31)tan2 β 11] tan β 11/{ζ [zl(zl+z2)2-8z2z20tan2 β 11] +4ζ20 (z21+z22tan4β 11)} = z2tanβ 113/ζ3由式(6)和式⑶相等可以得到4Ζ20Ζ1Ζ2(Zl_Z2tan2 β 11) (l+tan2β 11)2 = 0进而推出Zl = Z2tan2Ml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Zl = 2Z0tan^ 11(11)Z2 = 2Z0/tan3 11(12)Z3 = 2Z0tan3 113/(l_tan2 3 11)(13)2双频分析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tan2m β 11 = tan2 β 11(14)也就是πιβ 士 β11 = ηπ(15)
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(10)[0044]式中n为任意整数。为了方便计算，不妨取“ + ”和η = 1，得到等式β 11 = Ji /(1+m)(16)同理，式(13)在频率分别等于fl和f2时也应该同时成立，所以β 113 = ρ π / (1+m)(17)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(1)当1 < m < 3时，tan β 11 > 1。为保证开路微带线的特性阻抗为正，必须有 tan β 113 <0。可以选取ρ = 2，于是有β 113 = 2 π / (1+m)(18)(2)当m > 3时，tan β 11 < 1，tan β 113 > 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β 1 = Ji / (1+m)(19)3)实物设计本实用新型采用上述方法设计并研制了一个工作频率为2. OGHz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= 100Ω、β 111 = β 112 = β 11 = π /3. U β 113 = 2 π /3. UZl = 113. 44Ω ,Ζ2 = 44.07Ω、Ζ3 = 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27mmX37mm。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. IGHz和4. 1 4. 3GHz的范围内，均优于15dB ；在2. OGHz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。
权利要求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。
专利摘要本实用新型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。本实用新型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。本实用新型的优点是体积小巧；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。
文档编号H01P5/16GK201749931SQ20102024298
公开日2011年2月16日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者张记谆, 焦晨秋, 王鲁培, 韩志光 申请人:上海杰盛无线通讯设备有限公司