威尔金森功分器的制作方法

本发明涉及功分器领域，特别是涉及一种威尔金森功分器。

背景技术：

目前，功分器广泛应用于微波领域，诸如功放、混频器以及倍频器中等等。

但传统的威尔金森功分器，其本身并不具备对带外的谐波抑制能力，在一些实际应用中往往需要添加额外的谐波抑制滤波器电路以进行带外谐波抑制，传统的谐波抑制滤波器往往是使用两端工作于中心频率的四分之一波长开路微带线构成，导致电路面积较大。

技术实现要素：

基于此，有必要针对带谐波抑制滤波器电路的威尔金森功分器电路面积较大的问题，提供一种威尔金森功分器。

一种威尔金森功分器，包括介质层、附着在所述介质层一侧的信号金属层、和附着在所述介质层另一侧的金属底层，所述信号金属层、介质层以及金属底层形成微带线结构，其特征在于，所述信号金属层包括：

输入端口，用于输入微波信号；

微波传输支路，路数至少为2路且均与所述输入端口连接，用于将所述微波信号分成至少2路微波分支信号；

输出端口，用于输出所述至少2路微波分支信号，所述输出端口个数与所述微波传输支路路数相匹配，且每个输出端口分别与一路微波传输支路连接；

电磁带隙结构，设置在所述输出端口位置，用于抑制功分器输出信号产生的谐波。

在其中一个实施例中，所述电磁带隙结构通过以下方式的至少一种构成：

在所述信号金属层上贴上按照周期性规律排列的金属贴片；

在所述金属底层上开设按照周期性规律排列的槽；

在所述信号金属层上刻制按照周期性规律排列的规则图形。

在其中一个实施例中，每个输出端口位置均设置有所述电磁带隙结构。

在其中一个实施例中，还包括隔离电阻，还包括隔离电阻，相邻两输出端口之间连接有所述隔离电阻。

在其中一个实施例中，所述微波传输支路路数为2路，所述输出端口个数为2个。

在其中一个实施例中，两路所述微波传输支路的长度相等，两路所述微波传输支路的宽度相等。

在其中一个实施例中，所述信号金属层和金属底层的材质均为铜。

在其中一个实施例中，所述介质层为介电常数为3.55的ro4003c材料。

在其中一个实施例中，所述输入端口与所述输出端口微带线结构阻抗为50ω。

在其中一个实施例中，所述隔离电阻的阻值为100ω。

上述威尔金森功分器，与传统的添加额外的谐波抑制滤波器电路以进行带外谐波抑制的威尔金森功分器相比，在输出端口位置设置有电磁带隙结构，使得威尔金森功分器可以有效抑制输出能量的三次谐波和五次谐波，同时保证带内的插损、隔离以及回波指标良好。在有效抑制输出信号高次谐波的基础上，大大节约了电路版图面积。

附图说明

图1为本发明一个实施例中威尔金森功分器的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中威尔金森功分器的输入/输出端口反射系数波形图；

图3为本发明一个实施例中威尔金森功分器的输出端口插损的波形图；

图4为本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输出端口隔离度的波形图；

图5为本发明的一个实施例中，对电磁带隙结构等效电路进行仿真得到的电磁带隙结构的输入端口的反射系数波形图；

图6为本发明的一个实施例中，对电磁带隙结构等效电路进行仿真得到的电磁带隙结构的输出端口的插入损耗波形图。

具体实施方式

参见图1，图1为一实施例中威尔金森功分器的结构示意图。

在本发明的一个实施例中，所述威尔金森功分器包括介质层，附着在所述介质层一侧的信号金属层，和附着在所述介质层另一侧的金属底层，信号金属层、介质层以及金属底层形成微带线结构，所述信号金属层包括输入端口10、第一分路11、第二分路12和隔离电阻13。

第一分路11包括第一微波传输支路111、第一电磁带隙结构112和第一输出端口113。

第二分路12包括第二微波传输支路121、第二电磁带隙结构122和第二输出端口123。

电磁带隙结构是一种具有带阻特性、慢波特性、高等效特性阻抗特性的周期性微波结构，它可以阻止电磁波在某个方向或者所有方向上的传播。功分器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络。功分器在电路系统中是最常用的元件。它既可以运用在天线阵中，也可以运用在微波电路设计中。而威尔金森功分器由于其简单的电路结构、损耗低和良好的隔离，成为常见的功率分配器。

但传统的威尔金森功分器，其本身并不具备对带外的谐波抑制能力，在一些实际应用中往往需要添加额外的谐波抑制滤波器电路以进行带外谐波抑制，传统的谐波抑制滤波器往往是使用两端工作于中心频率的四分之一波长开路微带线构成，导致电路面积较大。

本发明将电磁带隙结构加入威尔金森功分器电路设计中，利用其带阻特性抑制威尔金森功分器输出信号的谐波，利用其慢波特性减小电路尺寸，且保证了威尔金森功分器有低插损、高隔离的优点。

本发明的一个实施例中，电磁带隙结构可以通过在所述信号金属层上贴上周期性的金属贴片、在所述金属底层上开设周期性的槽或在所述信号金属层上刻制周期性规则图形的方式构成。

本发明的一个实施例中，所述威尔金森功分器为二功分器，将输入端口的输入信号能量分为两路能量输出。在本实施例中，所述威尔金森功分器有两路微波传输支路和两个输出端口。在其它实施例中，当威尔金森功分器为三功分器、四功分器时，微波传输支路和输出端口的数量也随之发生变化，输出端口个数与微波传输支路路数相匹配。

本发明的一个实施例中，所述威尔金森功分器为二等分威尔金森功分器，将输入端口的输入信号能量分为两路相等的能量输出。在本实施例中，所述第一微波传输支路111和第二微波传输支路121的长度相等，所述第一微波传输支路111和第二微波传输支路121的宽度相等。在其它实施例中，当威尔金森功分器为不等分功分器时，所述第一微波传输支路111和第二微波传输支路121的长度和宽度可依实际情况做不同调整。

本发明的一个实施例中，所述第一电磁带隙结构112设置在第一输出端口113位置，所述第二电磁带隙结构122设置在第二输出端口123位置，利用电磁带隙结构的带阻特性抑制威尔金森功分器输出信号的谐波。在本实施例中，电磁带隙结构抑制的是输出信号的三次谐波和五次谐波。在其它实施例中，通过改变电磁带隙结构的具体结构与参数，所述电磁带隙结构可以抑制其它高次谐波。

本发明的一个实施例中，将电磁带隙结构设置在所述输出端口位置，不仅起到抑制三次谐波与五次谐波的效果，并且结构简单、插入损耗低、隔离度高，减小了微波在传输过程中的损耗，提高了微波的传输效率。与添加额外的谐波抑制滤波器电路以进行带外谐波抑制的威尔金森功分器相比，大大节约了电路版图面积。

所述第一输出端口113和第二输出端口123用于将经过二等分的能量输出到下一个电路单元。

参见图2，图2为本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输入/输出端口反射系数波形图。横坐标表示频率，单位为ghz，纵坐标表示幅值，单位为分贝，该波形图表示本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输入端口和输出端口的反射系数随频率变化的情况。其中，s(1,1)表示输入端口反射系数随频率变化的波形图，s(2,2)表示第一输出端口反射系数随频率变化的波形图，s(3,3)表示第二输出端口反射系数随频率变化的波形图。从图中可以看出，该威尔金森功分器在2.2-2.6ghz的带宽内，输入端口反射系数s11小于-20db，输出端口反射系数s22，s33小于-20db。可知该威尔金森功分器反射系数小，回波损耗小，反射功耗低，传输功率高。

参见图3，图3为本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输出端口插损的波形图。横坐标表示频率，单位为ghz，纵坐标表示幅值，单位为分贝，该波形图表示本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输出端口的插入损耗随频率变化的情况。其中，s(2,1)表示第一输出端口插入损耗随频率变化的波形图，s(3,1)表示第二输出端口插入损耗随频率变化的波形图。从图中可以看出，该威尔金森功分器在2.2-2.6ghz的带宽内，两个输出端口的插入损耗s(2,1)和s(3,1)小于0.2db，且两个通道相位基本保持一致，使得经过二功分后得到的两路微波分支信号相位一致，功分效果好。同时该威尔金森功分器在三次谐波和五次谐波处的抑制能力较强，其中三次谐波抑制为-30db，五次谐波抑制为-20db。

参见图4，图4为本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输出端口隔离度的波形图。横坐标表示频率，单位为ghz，纵坐标表示幅值，单位为分贝，该波形图表示本发明一个实施例中的威尔金森功分器的输出端口隔离度随频率变化的情况。其中，s(3,2)即为第一输出端口和第二输出端口之间的隔离度随频率变化的情况。从图中可以看出，该威尔金森功分器在2.2-2.6ghz的带宽内，输出端口隔离度s23小于-20db，彼此干扰小。

参见图5和图6，图5和图6为本发明一个实施例中的电磁带隙结构等效电路的仿真结果图。横坐标表示频率，单位为ghz，纵坐标表示幅值，单位为分贝，该波形图表示本发明一个实施例中的电磁带隙结构的输入端口的反射系数和输出端口的插入损耗随频率变化的情况。其中，s(1,1)表示电磁带隙结构输入端口的反射系数随频率变化的情况，s(2,1)表示电磁带隙结构输出端口的插入损耗随频率变化的情况。从图中可以看出，当认为微带线为无耗时，该电磁带隙结构的等效电路在三次谐波以及五次谐波处抑制能力较强。因而在威尔金森功分器的输出端加入该电磁带隙结构能够有效抑制三次和五次谐波。

具体地，所述信号金属层和金属底层的材质均为铜，所述介质层为介电常数为3.55的ro4003c材料，所述输入端口和输出端口微带线阻抗为50ω，所述隔离电阻连接在第一输出端口和第二输出端口之间，阻值为100ω。在其它实施例中，当威尔金森功分器为多路输出时，在每两个相邻的输出端口之间都要接入隔离电阻，阻值依实际情况做不同调整。

上述威尔金森功分器，与传统的添加额外的谐波抑制滤波器电路以进行带外谐波抑制的威尔金森功分器相比，在输出端口位置设置有电磁带隙结构，使得威尔金森功分器可以有效抑制输出能量的三次谐波和五次谐波，同时保证带内的插损、隔离以及回波指标良好。在有效抑制输出信号高次谐波、满足工作带宽、结构简单、插入损耗低、隔离度高的基础上，大大节约了电路版图面积。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。