一种宽带不等分一分三功分器的制作方法

1.本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种宽带不等分一分三功分器。


背景技术：

2.功分器是一种将一路输入信号分成两路或多路相等或不相等能量输出的器件，随着天线技术的发展，宽带不等分一分三功分器得到广泛应用，但至今尚未有简洁、有效的宽带不等分型一分三功分器的设计方法。
3.相关技术中的宽带不等分一分三功分器电路设计，存在每节电路幅度不等分，但是相位相同的难题，在传输损耗、端口匹配度、输出端口隔离度和承受功率、设计成本和输出相位一致性还存在改进的空间。


技术实现要素：

4.本发明提供一种宽带不等分一分三功分器，以解决相关技术中一分三功分器电路设计在传输损耗、端口匹配度、输出端口隔离度和承受功率、设计成本和输出相位一致性等方面的问题。
5.根据本发明实施例的宽带不等分一分三功分器，所述功分器包括：输入端口、功分器主体、电路板、三个输出端口和功分器壳体，所述电路板设置在所述功分器主体上；其中，所述电路板上设置有输入电路、三路n节阻抗不相等分支线电路、三路分支线电路中每节传输线电路输出端设置的隔离电阻和三路输出电路，n为正整数；其中，所述输入端口与所述输入电路一端连接，所述输入电路另一端与所述三路n节阻抗不相等分支线电路连接；所述三路n节阻抗不相等分支线电路分别与对应的所述三路输出电路连接，所述三路输出电路分别对应连接所述第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，所述三个输出端口的输出功率不相等，其中，设定中间的第二路n节阻抗不相等分支线电路输出功率大于另外两路n节阻抗不相等分支线电路输出功率；其中，所述三路n节阻抗不相等分支线电路中设置有n节传输线电路，当所述传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，所述传输线电路使用共面波导电路；当所述传输线电路的阻抗值小于所述设定阻抗值时，所述传输线电路使用接地共面波导电路；其中，所述共面波导电路和接地共面波导电路均通过改变所述传输线电路的线宽、线长、槽宽三个变量，调节所述每节传输线电路的输出幅度值和输出相位值。
6.根据本发明的一个实施例，所述输入电路一端连接所述输入端口，另一端连接所述三路n节阻抗不相等分支线电路，所述输入电路的阻抗为50欧姆，所述输入电路的长度的范围为2.5-3mm，所述输入电路使用接地共面波导电路。
7.根据本发明的一个实施例，根据所述带宽、端口驻波比和输出端口隔离度，计算确定所述三路n节阻抗不相等分支线电路的节数n；其中，n为正整数。
8.根据本发明的一个实施例，根据所述三路n节阻抗不相等分支线电路的输出功率比确定所述三路n节阻抗不相等分支线电路的阻抗值，包括：合并所述三路n节阻抗不相等
分支线电路中功率较小的两路，得到合并后的电路，根据所述合并后的电路与另外一路n节阻抗不相等分支线电路输出功率的比值计算得到每路所述n节阻抗不相等分支线电路的输入阻抗和输出阻抗；每节所述传输线电路的长度为中心频率的四分之一波长。
9.根据本发明的一个实施例，所述三路分支线电路中设置有n节传输线电路，所述每节传输线电路的输出端设置有隔离电阻，所述三路同一节传输线电路的输出端设置的隔离电阻的阻值不同，所述每节传输线电路的中间位置设置有一个垂直互联电路，所述垂直互联电路穿过线路板介质层与位于底层电路的所述隔离电阻一端连接，所述隔离电阻的另一端与公共点连接。
10.根据本发明的一个实施例，所述三路输出电路一端连接所述三路n节阻抗不相等分支线电路的输出端，另一端连接所述三个输出端口；所述三路输出电路的阻抗不相等，三路输出电路的长度为中心频率的四分之一波长，所述三路输出电路分别连接第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，所述三路输出电路，当所述传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，所述传输线电路使用共面波导电路；当所述传输线电路的阻抗值小于所述设定阻抗值时，所述传输线电路使用接地共面波导电路；当输出端口驻波比大于预设阈值时，增加所述三路输出电路的节数，三路m节输出电路的长度为中心频率的四分之一波长与节数m的乘积，其中，m为正整数。
11.根据本发明的一个实施例，所述三路n节阻抗不相等分支线电路中每节分支线电路输出端的电压相等或接近相等，所述三路n节阻抗不相等分支线电路输出端的阻抗和输出功率不相等，所述所有的隔离电阻两端电压差为零或接近为零。
12.本发明的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
13.本发明提供一种宽带不等分一分三功分器包括：输入端口、功分器主体、电路板、三个输出端口和功分器壳体，电路板设置在功分器主体上；其中，电路板上设置有输入电路、三路n节阻抗不相等分支线电路、三路分支线电路中每节传输线电路输出端设置的隔离电阻和三路输出电路，n为正整数；其中，输入端口与输入电路一端连接，输入电路另一端与三路n节阻抗不相等分支线电路连接；三路n节阻抗不相等分支线电路分别与对应的三路输出电路连接，三路输出电路分别对应连接第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，三个输出端口的输出功率不相等，其中，设定中间的第二路n节阻抗不相等分支线电路输出功率大于另外两路n节阻抗不相等分支线电路输出功率；其中，三路n节阻抗不相等分支线电路中设置有n节传输线电路，当传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，传输线电路使用共面波导电路；当传输线电路的阻抗值小于设定阻抗值时，传输线电路使用接地共面波导电路；其中，共面波导电路和接地共面波导电路均通过改变传输线电路的线宽、线长、槽宽三个变量，调节每节传输线电路的输出幅度值和输出相位值。由此，该宽带不等分一分三功分器通过结合共面波导电路和接地共面波导电路，简化了电路设计，解决了宽带不等分一分三功分器设计幅度不等分，但是相位相同的难题，同时降低了传输损耗，提高了输出端口隔离度和各端口匹配度，提升了输出相位一致性。
14.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
15.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，并不构成对本发明的不当限定。
16.图1是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的结构图；
17.图2是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的线路板顶层电路图；
18.图3是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的线路板底层电路图；
19.图4是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的仿真原理图；
20.图5是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的传输损耗仿真结果图；
21.图6是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的输出端口隔离度仿真结果图；
22.图7是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的端口反射仿真结果图；
23.图8是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的传输相位仿真结果图；
24.图9是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的第四节电阻端电压仿真结果图。
具体实施方式
25.为了使本领域普通人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
27.下面结合附图，对本发明实施例提供的宽带不等分一分三功分器进行详细说明。
28.功分器是一种将一路输入信号分成两路或多路相等或不相等能量输出的器件，随着天线技术的发展，宽带不等分一分三功分器得到广泛应用，但至今尚未有简洁、有效的宽带不等分型一分三功分器的设计方法。
29.相关技术中的宽带不等分一分三功分器电路设计，在传输损耗、端口匹配度、输出端口隔离度和承受功率、设计难度和输出相位一致性方面还存在改进的空间。
30.为此，本发明提出了一种能够减小传输损耗、增强端口匹配度、增强输出端口隔离度、降低功分器设计成本、提升输出相位一致性的宽带不等分型一分三功分器。
31.图1是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的结构图。
32.如图1所示，宽带不等分一分三功分器包括：输入端口、功分器主体、电路板、三个
输出端口和功分器壳体。
33.其中，功分器壳体罩住功分器主体，以实现对功分器主体的保护。电路板设置在功分器主体上，电路板上设置有输入电路、三路n节阻抗不相等分支线电路、三路分支线电路中每节传输线电路输出端设置的隔离电阻和三路输出电路，n为正整数；其中，输入端口与输入电路一端连接，输入电路另一端与三路n节阻抗不相等分支线电路连接；三路n节阻抗不相等分支线电路分别与对应的三路输出电路连接，三路输出电路分别对应连接第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，三个输出端口的输出功率不相等，其中，设定中间的第二路n节阻抗不相等分支线电路输出功率大于另外两路n节阻抗不相等分支线电路输出功率；其中，三路n节阻抗不相等分支线电路中设置有n节传输线电路，当传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，传输线电路使用共面波导电路；当传输线电路的阻抗值小于设定阻抗值时，传输线电路使用接地共面波导电路；其中，共面波导电路和接地共面波导电路均通过改变传输线电路的线宽、线长、槽宽三个变量，调节每节传输线电路的输出幅度值和输出相位值。
34.在本发明实施例中，输入电路一端连接输入端口，另一端连接三路n节阻抗不相等分支线电路，输入电路的阻抗为50欧姆，输入电路的长度的范围为2.5-3mm，输入电路使用接地共面波导电路。
35.其中，输入端口阻抗为50欧姆，三个输出端口阻抗为50欧姆，三个输出端口中，第二输出端口的功率p3最大，第一输出端口的功率p2和第三输出端口的功率p4相等。
36.在本发明实施例中，传输线电路的设定阻抗值为65欧姆/a，若传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值，传输线电路使用共面波导电路，即常规共面波导电路；若传输线电路的阻抗值小于设定阻抗值，传输线电路使用接地共面波导电路；其中，a随中心频率的变化而变化，在本发明中，中心频率的变化范围为2～5ghz，对应a的变化范围为[1，1.1]。
[0037]
在本发明实施例中，共面波导电路可以选择常规共面波导电路和接地共面波导电路，在传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，传输线电路优先使用常规共面波导电路。
[0038]
其中，传输线电路通过改变传输线电路的线宽、线长、槽宽三个变量，满足相位和阻抗设计参数情况下，减小电路损耗，改变电路损耗值使三路传输线电路的分支线的损耗值接近功率比，三路输出端的幅度值相等或接近相等，输出相位值相等或接近相等。
[0039]
在本发明实施例中，输入电路使用接地共面波导电路，三路输出电路使用共面波导电路(该共面波导电路包括常规共面波导电路和接地共面波导电路，优选地使用常规共面波导电路)。根据带宽、端口驻波比、输出端口隔离度，计算确定三路n节阻抗不相等分支线电路的节数n；其中，n为正整数。
[0040]
上述实施例中，三路n节阻抗不相等传输线电路的分支线的阻抗值不相等，三路输出电路的阻抗值不相等。
[0041]
在本发明实施例中，根据三路n节阻抗不相等分支线电路的输出功率比确定三路n节阻抗不相等分支线电路的阻抗值，包括：合并三路n节阻抗不相等分支线电路中功率较小的两路，得到合并后的电路，根据合并后的电路与另外一路n节阻抗不相等分支线电路输出功率的比值计算得到每路n节阻抗不相等分支线电路的输入阻抗和输出阻抗；每节传输线电路的长度为中心频率的四分之一波长。
[0042]
其中，确定每节传输线电路的阻抗值的过程为：假设三路传输线电路的分支线的输入阻抗分别为：z
in2
、z
in3
、z
in4
，三路分支线的输出阻抗分别为：z
out2
、z
out3
、z
out4
。首先将其中的两路分支线的输出功率p2、p3合并为(p2+p3)，那么功分器的输出功率比就是(p2+p3):p4，化简为假设公式简化为知道两路分支线电路的阻抗比为由z0＝z
in(2+3)
//z
in4
，可计算得出分支电路传输线的输入阻抗，输出阻抗为z
out4
＝z0×
k1，再假设输出功率p2和输出功率p3的比值为由，得出两路分支线的输入阻抗为两路分支线的输出阻抗为其中，k大于等于1。然后根据带宽、端口驻波比、输出端口隔离度等要求，查表或仿真确定传输线电路的节数n和每节传输线电路的阻抗值。
[0043]
在本发明实施例中，三路输出电路一端连接三路n节阻抗不相等分支线电路的输出端，另一端连接三个输出端口；三路输出电路的阻抗不相等，三路输出电路的长度为中心频率的四分之一波长，三路输出电路分别连接第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，当传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，传输线电路使用共面波导电路；当传输线电路的阻抗值小于设定阻抗值时，传输线电路使用接地共面波导电路。
[0044]
当输出端口驻波比大于预设阈值时，增加三路输出电路的节数，三路m节输出电路的长度为中心频率的四分之一波长与节数m的乘积，其中，m为正整数。
[0045]
其中，驻波比等于1为理想状态，一般情况下，驻波比在1.5以下时，输入到功分器的能量大部分都被输出，只有小部分被反射回去，预设阈值可以选择1.5。
[0046]
在本发明实施例中，三路n节阻抗不相等分支线电路中每节分支线电路输出端的电压相等或接近相等，三路n节阻抗不相等分支线电路输出端的阻抗和输出功率不相等，所有的隔离电阻两端电压差为零或接近为零。
[0047]
在本发明实施例中，三路分支线电路中设置有n节传输线电路，每节传输线电路的输出端设置有隔离电阻，三路同一节传输线电路的输出端设置的隔离电阻的阻值不同，每节传输线电路的中间位置设置有一个垂直互联电路，垂直互联电路穿过线路板介质层与位于底层电路的隔离电阻一端连接，隔离电阻的另一端与公共点连接。
[0048]
共面波导电路(常规共面波导电路)包括顶层大面积接地电路，传输线下面不接地。接地共面波导电路包括顶层大面积接地电路和底层大面积接地电路，顶层大面积接地电路和底层大面积接地电路通过垂直互联电路(如沉铜孔和/或螺钉孔等)连接。顶层大面积接地电路与底层大面积接地电路中任意两点的接地阻抗小于或等于0.5欧姆。接地电路上覆盖有大面积铜层。
[0049]
如图2和图3所示，图2是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的线路板顶层电路图，图3是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的线路板底层电路图。
[0050]
在本发明实施例中，电路板结构自上而下依次为：顶层覆铜层、介质层和底层覆铜层；电路包括：顶层电路和底层电路，顶层电路通过沉铜孔，穿过介质层和底层电路相连接；电路板顶层大面积接地电路也通过沉铜孔穿过介质层和底层大面积接地电路连接。
[0051]
需要说明的是，本发明的宽带不等分一分三功分器，由于使用接地共面波导电路连接三个输出端口，降低了馈电网络的复杂性；且底层还有大面积的金属层，使接地共面波导顶层电路两侧与地面连接，消除接地不一致性、可以有效展宽频带、提高端口匹配度和隔离度。
[0052]
由于使用共面波导电路(该共面波导电路包括常规共面波导电路和接地共面波导电路，优选地使用常规共面波导电路)，电路空间耦合减弱，使得实际电路输出端口隔离度提高3db左右；且使用常规共面波导电路宽频带范围内良好的带内平坦度，带内起伏下降0.2db。电路板的正、反面大面积覆铜，使得产品的机械强度、温度性能提升。
[0053]
上述实施例中，常规共面波导电路的传输线宽度在0.8～2.5毫米范围内，可以通过改变常规共面波导电路的宽度和槽宽来改变传输线电路的阻抗，简化了电路设计，采用较宽的传输线降低了反射损耗和传输线导体的损耗，提升了电路和线路板可靠性；常规共面波导和接地共面波导混合电路，简化了电路布局；另外，常规和接地共面波导电路的连接，是通过共面波导的接地面到传输线的距离实现接地共面波导到常规共面波导电路的过渡，减小了反射损耗。
[0054]
举例说明，本实施例提供一种宽带不等分一分三功分器的工作频率在0.8ghz～3.2ghz，三个输出端口的功率比为2:3:2，微波基板选用玻璃布增强ptfe覆铜板，型号scga-265，参数：介电常数为2.65，损耗角正切值为0.0014@10ghz、介质厚度为0.765mm，覆铜厚度为0.017mm。根据功分器的结构原理、中心频率、带宽、频率范围得到仿真原理图如图4所示，进而得到仿真结果，最终得到一分三功分器的性能结果如图5至图8所示。
[0055]
表1
[0056][0057]
在本实施例中，在阻抗值在65～165欧姆范围内，传输线电路使用常规共面波导传输线电路，在阻抗值在47～65欧姆范围内，传输线电路使用接地共面波导传输线电路。
[0058]
图5是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的传输损耗仿真结果图，在工作频率0.8～3.2ghz时，传输损耗s21-s41(不包含功率分配)大约为-0.3db。
[0059]
图6是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的输出端口隔离度仿真结果图，在工作频率0.8～3.2ghz时，相邻端口和不相邻端口的输出隔离度大于28db。
[0060]
图7是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的端口反射仿真结果图，在工作频率0.8～3.2ghz时，各端口反射系数s11-s44大约为-25db。
[0061]
图8是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的传输相位仿真结果图，在工作频率0.8～3.2ghz时，输出端口的传输相位相同且变化不大。
[0062]
图9是根据一示例性实施例所示出的宽带不等分一分三功分器的第四节电阻端电压仿真结果图。在工作频率0.8～3.2ghz时，输出端电压平方的比值为1.4955，最后一节电阻端电压相差0.0677(归一化)。
[0063]
本发明提供一种宽带不等分一分三功分器包括：输入端口、功分器主体、电路板、三个输出端口和功分器壳体，电路板设置在功分器主体上；其中，电路板上设置有输入电路、三路n节阻抗不相等分支线电路、三路分支线电路中每节传输线电路输出端设置的隔离电阻和三路输出电路，n为正整数；其中，输入端口与输入电路一端连接，输入电路另一端与三路n节阻抗不相等分支线电路连接；三路n节阻抗不相等分支线电路分别与对应的三路输出电路连接，三路输出电路分别对应连接第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口，三个输出端口的输出功率不相等，其中，设定中间的第二路n节阻抗不相等分支线电路输出功率大于另外两路n节阻抗不相等分支线电路输出功率；其中，三路n节阻抗不相等分支线电路中设置有n节传输线电路，当传输线电路的阻抗值大于或等于设定阻抗值时，传输线电路使用共面波导电路；当传输线电路的阻抗值小于设定阻抗值时，传输线电路使用接地共面波导电路；其中，共面波导电路和接地共面波导电路均通过改变传输线电路的线宽、线长、槽宽三个变量，调节每节传输线电路的输出幅度值和输出相位值。由此，该宽带不等分一分三功分器通过结合共面波导电路和接地共面波导电路，简化了电路设计，解决了宽带不等分一分三功分器设计幅度不等分，但是相位相同的难题，同时降低了传输损耗，提高了输出端口隔离度和各端口匹配度，提升了输出相位一致性。
[0064]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
[0065]
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。