一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，包括一个功率分配环及至少一个隔离环，所述隔离环位于所述功率分配环的外部。采用上述方案，具有低损耗、宽频带特性，而且两支路之间具有很高的幅相一致性。利用了微带环形电桥的工作原理，能够有效解决传统的Wilkinson功率分配/合成器中隔离电阻功率容量问题以及插入损耗增大的问题。
【专利说明】一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器
【技术领域】
[0001]本发明属于环形功率分配合成器【技术领域】，尤其涉及的是一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器。
【背景技术】
[0002]微波信号的宽带高效功率合成技术是大功率测试系统、微波毫米波通信系统及电磁兼容测试等多个领域的重要组成部分，是解决目前微波毫米波通用信号源输出功率小、无法满足大功率信号需要等问题的关键技术。
[0003]平面功率合成器是一种将多路输入信号能量合成一路信号能量输出的微波毫米波电路，也可反过来将一路信号能量分成多路输出，此时也可称为功率分配器。传统的微波毫米波平面功率分配及合成电路一般都是用Lange耦合器或Wilkinson功分器加四分之一波长变换器来实现。其主要缺点是，在工作频段加宽时，由于功分支路的节数增多，造成通路加长，损耗加大，尤其作为功率合成电路应用时，高损耗将直接导致功率合成效率的大大降低。
[0004]图1所示为一个两路等比例分配的多节Wilkinson功分器的原理示意图。该结构为平面三端口网络，电磁波信号由输入端口 12进入后，经过一节功分环路100或多节功分环路100及200后，由两个输出端口 10、11等比例同相位输出。为了增加工作频带宽度及两个输出端口 10及11之间的隔离度，就必须通过增加隔离电阻的节数来解决，但由于该结构中功率分配环路与隔离环路重合，因此，当功分及隔离环路节数增多时，将导致功率分配/合成通路的损耗增大，从而使得功率分配/合成的效率迅速下降。
[0005]现有平面电路功率分配/合成技术，以Wilkinson功率分配/合成器为例，虽然其采用多节结构可获得较宽的工作频带及较高的隔离度，但其缺点随着节数的增加，其插入损耗随之迅速增加，导致了功率分配及合成的效率大大降低；另外，由于该结构中功率分配环路与隔离环路重合，环路内部的隔离电阻受整体结构尺寸的限制，无法做到增大散热面积，因此，功率容量受到很大限制。若一路放大器遭到损坏，或两个支路中任意一个支路的端口匹配不好时，其端口反射的电磁波加到隔离电阻两端的功率随之增大，因此很难保证隔离电阻因大功率而不被烧毁，虽然可以通过将微带电路上的薄膜电阻更换为厚膜电阻以增大其功率容量，但在增加成本的同时，散热效率很难得到有效提高，从而导致了该结构在大功率工作或端口失配时可靠性大大降低。
[0006]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，包括一个功率分配环及至少一个隔离环，所述隔离环位于所述功率分配环的外部。
[0010]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述隔离环设置为一个。
[0011]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述功率分配环上设置一个输入端口及两个输出端口 ；所述两个输出端口通过第二节点及第三节点与所述功率分配环相连接；所述隔离环设置通过第四节点及第五节点与所述功率分配环相连接；所述第二节点与所述第四节点位于一侧，所述第三节点与所述第五节点位于另一侧。
[0012]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述第二节点与所述第三节点相位相同；所述第四节点与所述第五节点相位相同且均与所述输入端口反相；所述第四节点与所述第五节点之间的路径差为半波长；所述第二节点与所述第四节点之间的路径差为四分之一波长。
[0013]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述第四节点与所述第五节点之间设置串联一个薄膜电阻。
[0014]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述隔离环设置为2-4个。
[0015]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述隔离环上均对称设置两个节点与所述功率分配环或所述隔离环相连接。
[0016]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述两个节点之间均分别串联一个薄膜电阻。
[0017]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述功率分配环及所述隔离环均设置为轴向对称。
[0018]采用上述方案:
[0019]1、具有低损耗、宽频带特性，而且两支路之间具有很高的幅相一致性。利用了微带环形电桥的工作原理，能够有效解决传统的Wilkinson功率分配/合成器中隔离电阻功率容量问题以及插入损耗增大的问题。
[0020]2、解决功率分配与合成中的宽频带、高可靠性、高效率和低损耗，在微波及毫米波频段，由于隔离环路与功率分配环路不再重合，而是在功率分配环路之外，因此，通路损耗不会随着隔离环的节数的增加而增加，并且由于可以较为方便的增大隔离电阻的面积，使得正向传输的电磁波和反射波在隔离电阻上产生的热量的传导效率得到有效提高，因此隔离电阻即使采用是薄膜电阻，也具有良好的散热效率，从而大大提高了该结构工作的可靠性。
[0021]3、在同等结构尺寸下，比传统的Wilkinson功率分配/合成器具有更高的端口隔离度、更低的通路损耗及更大的功率容量等优点；同时，还可以通过改变隔离环的节数、调节隔离环的半径或改变隔离电阻阻值的方法，很方便地实现不同的工作频段及不同指标要求的端口隔离度，本发明结构设计简单，调节方便，具有很强的工程实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术中功分器的示意图。
[0023]图2为本发明环形功率分配合成器一实施例示意图。
[0024]图3为本发明环形功率分配合成器另一实施例示意图。【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0026]实施例1
[0027]本发明所采用的环形功率分配/合成技术的结构示意图如图2所示。该结构巧妙结合了微带环形电桥的工作原理，其整体主要由一个功率分配环及一个或多个隔离环组成。它将传统微带环形电桥中微带环上的四路分支结构改进为五路分支结构，即在节点3与节点4之间再增加节点5。使得节点5与节点3之间的路径差为四分之一波长λ g/4，而节点5与节点4之间的路径差为半波长λ g/2。功率分配环的阻抗为50 Ω阻抗的^倍，其环的半径约为中心频率的四分之一波长λ g/4。电磁波由输入端口 12输入时，由于电磁波到达节点2与节点3的相位是相同的且功率等分输出，因此将节点2与节点3所连接的两路作为功率分配/合成器的两个输出通路，其端口分别叫做输出端口 10与输出端口 11。由于到达节点4和节点5的电磁波的幅度及相位均相同且均与节点I处反相，且节点4与节点5处，相对于输入端的节点I来说为隔离端，因此两节点之间可以通过隔离环22串联一个薄膜电阻6，以对节点2和节点3所在的两个输出支路起到隔离的作用。输出端口 10和输出端口 11上的圆弧角度为120度，隔离环上圆弧角度为150度，它们弧的半径根据几何关系很容易求得。
[0028]实施例2
[0029]在上述实施例的基础上，如图3所示，本发明还提供其整体主要由一个功率分配环21及二个隔离环22及23组成。将功率分配环21连接的两路作为功率分配/合成器的两个输出通路，其端口分别叫做输出端口 10与输出端口 11。在隔离环22上串联一个薄膜电阻6，在隔离环23上串联一个薄膜电阻7，加载到隔离电阻两端的信号很小，故隔离电阻承载的功耗很小，从而提高了该结构的功率容量及可`靠性。同时，由于可以较为方便地调节隔离电阻面积，因此隔离电阻也无需做成厚膜电阻，从而降低了生产成本。
[0030]实施例3
[0031]在上述实施例的基础上，进一步说明，一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，包括一个功率分配环及至少一个隔离环，所述隔离环位于所述功率分配环的外部。
[0032]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述隔离环设置为一个。
[0033]所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其中，所述功率分配环上设置一个输入端口及两个输出端口 ；所述两个输出端口通过第二节点及第三节点与所述功率分配环相连接；所述隔离环设置通过第四节点及第五节点与所述功率分配环相连接；所述第二节点与所述第四节点位于一侧，所述第三节点与所述第五节点位于另一侧。所述第二节点与所述第三节点相位和幅度相同；所述第四节点与所述第五节点相位相同且均与所述输入端口反相；所述第四节点与所述第五节点之间的路径差为半波长；所述第二节点与所述第四节点之间的路径差为四分之一波长。所述第四节点与所述第五节点之间设置串联一个薄膜电阻。所述隔离环设置为2-4个。所述隔离环上均对称设置两个节点与所述功率分配环或所述隔离环相连接。所述两个节点之间均分别串联一个薄膜电阻。所述功率分配环及所述隔尚环均设置为轴向对称。
[0034]综上所述，该技术方案中由于加载到隔离电阻两端的信号很小，故隔离电阻承载的功耗很小，从而提高了该结构的功率容量及可靠性。同时，由于可以较为方便的调节隔离电阻面积，因此隔离电阻也无需做成厚膜电阻，从而降低了生产成本。另外，通过调节功率分配环及隔离环半径的方法，很方便的调节至不同的工作频段，还可以通过增加隔离环节数的方法，很方便的增加工作频带宽度，同时，也可以通过增加隔离环节数及调节薄膜电阻阻值的方法来提高两个输出支路之间的隔离度。由于隔离环被置于功率分配环的外部，因此隔离环节数的增加并不会增加两个功率分配支路的路径长度，从而不会降低功率分配或合成通路的损耗。
[0035]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，包括一个功率分配环及至少一个隔离环，所述隔离环位于所述功率分配环的外部。
2.如权利要求1所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述隔离环设置为一个。
3.如权利要求2所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配环上设置一个输入端口及两个输出端口 ；所述两个输出端口通过第二节点及第三节点与所述功率分配环相连接；所述隔离环设置通过第四节点及第五节点与所述功率分配环相连接；所述第二节点与所述第四节点位于一侧，所述第三节点与所述第五节点位于另一侧。
4.如权利要求3所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述第二节点与所述第三节点相位相同；所述第四节点与所述第五节点相位相同且均与所述输入端口反相；所述第四节点与所述第五节点之间的路径差为半波长；所述第二节点与所述第四节点之间的路径差为四分之一波长。
5.如权利要求4所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述第四节点与所述第五节点之间设置串联一个薄膜电阻。
6.如权利要求1所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述隔离环设置为2-4个。
7.如权利要求6所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述隔离环上均对称设置两个节点与所述功率分配环或所述隔离环相连接。
8.如权利要求7所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述两个节点之间均分别串联一个薄膜电阻。
9.如权利要求5或8所述的宽带大功率低损耗环形功率分配合成器，其特征在于，所述功率分配环及所述隔离环均设置为轴向对称。
【文档编号】H01P5/12GK103618125SQ201310589944
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】孙国泉, 姜万顺, 宁曰民 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所