一种UHF四路功率合成器的制作方法

一种uhf四路功率合成器
技术领域
1.本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种uhf输入端口间距86.5mm四路功率合成器。


背景技术：

2.uhf广播电视发射机内部使用的功率合成器是一种常见的无源器件，用于将多路信号相加合成到一个端口输出，完成功率合成的作用。
3.3分贝耦合器可以作为功率合成器来使用，为方便理解本实用新型，现对耦合器做简单说明：单节耦合器将一路信号分配为不等的两路信号，其有4个端口，分别为输入端、直通端、耦合端和隔离端。耦合器的功率分配关系由耦合器的耦合度所决定，3分贝耦合器的直通端和耦合端的输出功率比为1：1，隔离端无输出，直通端和耦合端的输出功率分别为输入端功率的一半，用于功率合成的3分贝耦合器的直通端的相位滞后耦合端的相位90
°
。因此，从两个相互隔离的端口输入功率相等，相位差为90
°
的电信号，可以将这两个电信号功率合成起来从一个端口输出，完成功率合成的效果。
4.目前市场上用的uhf四路合成器(参见图1)是由3个3分贝耦合器连接组成，用于组成四路合成器的单节3分贝耦合器内部电磁耦合是通过板状的带状线宽边耦合实现的。如图2所示，市场上用的uhf四路合成器的单节3分贝耦合器为了保证耦合端与直通端相位差为90
°
，耦合板的长度为1/4波长的带状线，耦合板的长度约为115mm，输入端和输入端间距至少为3u(133.35mm)。
5.为减少uhf数字电视发射机的体积，发射机厂家要求四路合成器的输入端口之间的间距为86.5mm，目前市场上由常规结构的平板耦合线组成的四路合成器，无法满足输入端口间距为86.5mm的要求。


技术实现要素：

6.实用新型目的：为解决现有由常规结构的平板耦合线组成的四路合成器无法满足输入端口间距为86.5mm的要求的问题，本实用新型提出了一种输入端口间距86.5mm的uhf四路功率合成器，在保证原四路功率合成器性能满足使用要求的前提下，通过调整内部耦合板结构将输入端口间距缩小为86.5mm。
7.技术方案：本实用新型公开了一种uhf四路功率合成器，包括三个相同的3分贝耦合器；每个3分贝耦合器的内部电磁耦合均通过一对相互平行的“几”字型结构的带状线耦合实现。
8.进一步的，还包括第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口和输出端口；三个3分贝耦合器分别称为第一3分贝耦合器、第二3分贝耦合器和第三3分贝耦合器，且在每个3分贝耦合器中均包括端口1、端口2、端口3和端口4，其中，端口1和端口3相互隔离，端口2和端口4相互隔离，端口1通过“几”字型结构的带状线与端口4连接，端口2通过“几”字型结构的带状线与端口3连接；
9.第一输入端口和第二输入端口分别与第一3分贝耦合器中两个相互隔离的端口连接，用于向第一3分贝耦合器中输入两路功率均为p的信号，两路信号的相位要求为0
°
和90
°
；假设在第一3分贝耦合器中与第一输入端口连接的端口为端口1，那么第一3分贝耦合器中的端口4与第三3分贝耦合器连接，用于向第三3分贝耦合器输入功率为2p的信号；
10.同理，第三输入端口和第四输入端口分别与第二3分贝耦合器中两个相互隔离的端口连接，用于向第二3分贝耦合器中输入两路功率均为p的信号，两路信号的相位要求为180
°
和90
°
；假设在第二3分贝耦合器中与第四输入端口连接的端口为端口3，那么第二3分贝耦合器中的端口2与第三3分贝耦合器连接，用于向第三3分贝耦合器输入功率为2p的信号；
11.假设在第三3分贝耦合器中，其端口1与第一3分贝耦合器中的端口4连接，其端口3与第二3分贝耦合器中的端口2连接，那么第三3分贝耦合器的端口4与输出端口连接，用于输出功率合成后的信号。
12.进一步的，第一3分贝耦合器的端口1、第一3分贝耦合器的端口2和第一输入端口处于同一竖直线上；第一3分贝耦合器的端口3、第一3分贝耦合器的端口4、第三3分贝耦合器的端口1、第三3分贝耦合器的端口2和第二输入端口处于同一竖直线上；第二3分贝耦合器的端口1、第二3分贝耦合器的端口2、第三3分贝耦合器的端口3、第三3分贝耦合器的端口4和第三输入端口处于同一竖直线上；第二3分贝耦合器的端口3、第二3分贝耦合器的端口4和第四输入端口处于同一竖直线上。
13.进一步的，通过调整“几”字型结构的带状线的尺寸，使第一输入端口与第二输入端口的间距、第二输入端口与第三输入端口的间距、第三输入端口与第四输入端口的间距均为86.5mm。
14.进一步的，带状线之间通过聚四氟乙烯柱支撑固定，端口位置的内导体由聚醚酰亚胺柱支撑柱固定。
15.有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
16.(1)本实用新型的四路功率合成器在带内(470mhz-702mhz)的反射损耗大于32分贝，幅度满足6.02
±
0.3分贝，相位差的波动在
±
0.2
°
以内，输入端口之间隔离度大于35分贝，即本实用新型的四路功率合成器保证原四路功率合成器性能满足使用要求；同时在保证原四路功率合成器性能满足使用要求的前提下，通过调整内部耦合板结构可以灵活调整uhf四路功率合成器的4个输入端口的间距，将输入端口间距缩小为86.5mm，满足uhf数字电视发射机厂家对输入端口间距的定制要求；
17.(2)本实用新型的四路功率合成器整体结构紧凑，方便安装。
附图说明
18.图1为uhf3分贝耦合器式四路合成器原理图；
19.图2为输入端口间距3u的四路功率合成器；
20.图3为输入端口间距86.5mm的四路合成器内部腔体及耦合板结构尺寸图；
21.图4为输入端口间距86.5mm的四路合成器内部耦合板支撑结构尺寸图；
22.图5为输入端口间距86.5mm的四路合成器外部结构尺寸图。
具体实施方式
23.现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。
24.图3示出了本实用新型的四路合成器内部腔体及耦合板结构尺寸图，图4示出了本实用新型的四路合成器内部耦合板支撑结构尺寸图，图5示出了本实用新型的四路合成器外部结构尺寸图。由图3、图4和图5可知，本实用新型的四路合成器主要由3个相同的3分贝耦合器级联而成，每个3分贝耦合器内部电磁耦合均通过“几”字型结构的带状线耦合实现，因此，本实用新型可以根据需要，通过调整内部带状线结构，实现灵活调整4个输入端口的间距，有很好的应用价值。为满足发射机厂家要求以及减少uhf数字电视发射机的体积，本实用新型的输入端与输入端之间距离可设计为86.5mm，当然也可设计其他端口间距。
25.现结合图3具体说明本实用新型的四路合成器的结构，其包括4个输入端口、第一3分贝耦合器、第二3分贝耦合器、第三3分贝耦合器、1个输出端口out和三个负载匹配端口；其中，4个输入端口的间距为86.5mm，4个等功率输入信号的相位差值要求为0
°
/-90
°
/-180
°
/-90
°
，四路输入信号最终合成到输出端口，负载匹配端口接吸收负载。
26.参见图4，为方便说明，现按照4个等功率输入信号的相位差值要求顺序，即按照0
°
/-90
°
/-180
°
/-90
°
顺序，对4个输入端口记为第一输入端口in1、第二输入端口in2、第三输入端口in3和第四输入端口in4。三个负载匹配端口分别记为第一负载匹配端口match1、第二负载匹配端口match2和第三负载匹配端口match3。将三个3分贝耦合器分别记为第一3分贝耦合器coupler 1、第二3分贝耦合器coupler 2和第三3分贝耦合器coupler 3；将第一3分贝耦合器coupler 1的端口1、端口2、端口3和端口4分别记为c1_1、c1_2、c1_3和c1_4；将第二3分贝耦合器coupler 2的端口1、端口2、端口3和端口4分别记为c2_1、c2_2、c2_3和c2_4；第三3分贝耦合器coupler 3的端口1、端口2、端口3和端口4分别记为c3_1、c3_2、c3_3和c3_4。在每个3分贝耦合器中，端口1通过“几”字型结构的带状线l与端口4连接，端口2通过“几”字型结构的带状线l与端口3连接，两根带状线l相互平行；若输入信号由端口1(c1_1、c2_1、c3_1、c4_1)输入时，那么端口1(c1_1、c2_1、c3_1、c4_1)称为输入端口，端口2(c1_2、c2_2、c3_2、c4_2)称为耦合端口，端口3(c1_3、c2_3、c3_3、c4_3)称为隔离端口，端口4(c1_4、c2_4、c3_4、c4_4)称为直通端口；端口1和端口3相互隔离，端口2和端口4相互隔离。
27.如图3和图4所示，3个3分贝耦合器级联，具体连接结构为：
28.对于第一3分贝耦合器coupler 1：第一3分贝耦合器coupler 1中两个相互隔离的端口分别与第一输入端口in1和第二输入端口in2连接，用于输入两路功率均为p的信号，两路信号的相位要求为0
°
和90
°
；假设在第一3分贝耦合器coupler 1中与第一输入端口in1连接的端口为c1_1，c1_3连接第二输入端口in2，c1_2连接第一负载匹配端口match1，c1_4与第三3分贝耦合器coupler 3的c3_1连接，用于向第三3分贝耦合器coupler 3输入功率为2p的信号。
29.同理，对于第二3分贝耦合器coupler 2：第二3分贝耦合器coupler 2中两个相互隔离的端口分别与第三输入端口in3和第四输入端口in4连接，用于输入两路功率均为p的信号，两路信号的相位要求为180
°
和90
°
；假设在第二3分贝耦合器coupler 2中与第三输入端口in3连接的端口为c2_1，c2_3连接第四输入端口in4，c2_4连接第二负载匹配端口match2，c2_2与第三3分贝耦合器coupler 3的c3_3连接，用于向第三3分贝耦合器coupler 3输入功率为2p的信号。
30.对于第三3分贝耦合器coupler 3：c3_1接收来自第一3分贝耦合器coupler 1的信号，c3_3接收来自第二3分贝耦合器coupler 2的信号，两者信号相位差为90
°
；c3_2连接第三负载匹配端口match3，c3_4连接输出端口out，用于输出功率合成后的信号。
31.为减少uhf数字电视发射机的体积和紧凑四路功率合成器结构，第三3分贝耦合器coupler 3设置在第一3分贝耦合器coupler 1和第二3分贝耦合器coupler 2之间，且第一3分贝耦合器coupler 1中的带状线l和第二3分贝耦合器coupler 2中的带状线l均为正“几”字型结构，第三3分贝耦合器coupler 3中的带状线l为倒“几”字型结构。c1_1、c1_2、第一输入端口in1和第一负载匹配端口match1处于同一竖直线上，c1_3、c1_4、c3_1、c3_2、第二输入端口in2和第三负载匹配端口match3处于同一竖直线上，c2_1、c2_2、c3_3、c3_4、第三输入端口in3和输出端口out处于同一竖直线上，c2_3、c2_4、第四输入端口in4和第二负载匹配端口match2处于同一竖直线上。
32.本实用新型的四路合成器中涉及到的带状线之间通过聚四氟乙烯柱来支撑、固定，端口处的内导体用聚醚酰亚胺柱支撑柱固定优选的，该聚四氟乙烯和聚醚酰亚胺柱直径为6mm。
33.通过仿真调试，来保证本实用新型的四路功率合成器性能满足使用要求，具体操作为：对于单节3分贝耦合器，经过仿真调试，uhf频段(470mhz-702mhz)内的端口反射损耗和隔离度都大于30分贝；3个3分贝耦合器级联后，对仿真指标再进行调试、优化，使带内的端口匹配情况和功率合成情况都满足工程使用的要求。