专利名称：N路射频功率合成器/分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频(RF)功率合成器/分离器电路，用于RF信号的合成与分离。
用于对电信号进行合成与分离(分解)的合成器与分离器是公知的。一个RF信号产生器能够以低功率电平产生出一个射频信号并可期望将此信号的功率提升到高得多的电平。已经公知的是将该射频信号分解并将分解的信号加到若干个包括功率放大器的路径，以便增加信号的幅度。相反地，已经放大的信号可被合成并送到一个RF负载。
能够执行这种功能的合成器/分离器在美国专利4163955说明书中公开，且公开了被称之为Gysel合成器/分离器的一种N路功率合成器/分离器。Gysel合成器的实例可采用双路混合环状合成器的形式。这样的合成器在
图1和2中可见。这种合成器包括六个90°相移部分，两个相干RF电源和两个绝缘电阻。这两个RF信号分别加到两个输入端口，使得RF信号传输通过相移部分并在一个共用端口组合。抵达该共用端口的信号具有相同的90°的相位移。
图1和2中示出的Gysel型合成器/分离器结构采用六个90°相移部分，即分支。从这些Gysel结构改进的结构在图3和4中示出，只带有四个相移部分，以便提供一个较为简单的结构和展示出更大的频带宽度。这种结构包括一个作-90°相位移而不是象另外三个相移支路那样作+90°相位移的一个相移部分。这种结构较图1和2中示出的结构简单还在于其具有单一的绝缘电阻。图3和4的这种Gysel装置的改进型的缺点在于其结构的非对称性。由于反向传送线路(-90°相位移支路)的频率相关的幅度响应，信号源需要提供不同的功率电平，以获得最佳性能。
本发明包括一个N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口；
N个输入/输出端口；N个绝缘端口；一个90°相移传输线，把所述的N个输入/输出端口的每一个与所述的共用端口互接；和N个传输线平衡/不平衡转换器，每一个所述的转换器把一个所述的输入/输出端口和所述的N个绝缘端口之一互接。
本发明还包括一个N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口；N个输入/输出端口；N个绝缘端口；一个90°相移传输线，把所述的N个输入/输出端口的每一个与所述的共用端口互接；和N个双路功率分解器，每一个分解器都具有一个+90°的相移输出和一个-90°的相移输出，利用所述的N个绝缘端口之一，一个分解器的+90°的相移输出和另一个所述的分解器的-90°相移输出共接。
本发明的一个目的是提供展示更大的对称性和增加的频率范围的一个改进的合成器/分离器电路。最好是带有一个N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口和多个(N)输入/输出端口及多个(N)绝缘端口。一个90°相移传输线把所述的共用端口与N个输入/输出端口的每一个互接。带有N个传输线平衡/不平衡转换器。每一个转换器把一个输入/输出端口和一个绝缘端口互接。
最终本发明提供一个N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口和多个(N)个输入/输出端口及多个(N)个绝缘端口(isolation ports)。一个90°相移传输线，利用所述的共用端口互接N个输入/输出端口的每一个。带有N个双路功率分解器。利用一个分解器的+90°的相移输出和另一个分解器的-90°相移输出的共接，每一个分解器都具有一个+90°的相移输出和一个-90°的相移输出。这种共接对于绝缘端口之一是共同的。
本发明将通过参考附图进行描述
图1是作为一个合成器操作的已有技术的合成器/分离器的示意框图；图2是作为一个分离器的图1的合成器/分离器的传输线路实施方案的示意图；图3是图1中的合成器/分离器在已有技术中的改进的示意框图；图4是图3电路的已有技术的发送方案的示意电路图；图5是本发明的一个实施例的示意框图；图6是图5示出的实施例中传输线路实施方案的电路图；图7是本发明的第二实施例的示意框图；图8是图7中的实施例的传输线路实施方案的电路图；图9是本发明的第三实施例的传输线路实施方案的示意电路图。
在对于图5-9的最佳实施例进行描述之前，先对图1-4的已有技术作参考说明。
图1示出了作为一个合成器的已有技术中的合成器/分离器10。这是通常被称之为Gysel合成器并在美国专利4163995中公开的一个混合环。图1示出的合成器是作为双路合成器，具有六个放置成六角形的90°相移部分。该合成器包括两个输入/输出端口12和14，一个共用输入/输出端口16和一对绝缘端口18和20。一个RF功率信号源22接到合成器实施方案的作为输入端口的输入/输出端口12。相似地，RF功率信号源24接到用作输入端口的输入/输出端口14。共用输入/输出端口16用作输出端口并通过共用负载电阻26接地。绝缘端口18和20经过绝缘负载30和32接地。合成器的这六个支路的每一个都包括一个+90°的移相器。如图所示这些支路包括移相器40、42、44、46、48和50。
出自两个RF功率信号源22和24的两个RF功率信号是相干的功率源并提供两个送到输入输出端口12和14的信号。这些信号经过移相器传输并在该输出端口组合。可见，这些信号抵达共用输入/输出端口16时具有相同的+90°的相位移。而且，从RF功率信号源22和24传送到绝缘负载30和32的两个信号的传输路径都表示出信号抵达这些端口时的异相。它们的相减和由于它们的初始的幅度和相位的相同，使得彼此完全抵消。
这两个RF功率信号源22和24是彼此绝缘的。所以，出自RF功率信号源22的RF信号不会出现在用于RF功率信号源24的输入/输出端口14，反之亦然。这种情况的出现是由于从来自信号源22的RF输入信号一分为二并传向两个相反的路径抵达输入/输出端口14。而且，从RF功率信号源24抵达输入/输出端口12的信号传播的这两个分支的异相和互相抵消，导致完全的绝缘。这是一个频率无关的合成器结构的理想的情况。这种结构的实际的情况在图2中示出。
图2示出了作为一个分离器而不是一个合成器的图1的混合环。图1和2中的相同的部件由相同的符号表示而仅仅描述其不同之处。图2中的分离器包括的端口12和14是作为输出端口而不是输入端口，而共用端口16在此情况下用作一个输入端口。和图1的情况一样，绝缘端口18和20经过绝缘电阻30和32接地。但是，图1的输入信号源22和24在图2中用负载电阻23和25替代。共用端口16用作一个输入端口并通过电阻27接到RF信号源29。图2中的分离器即分解器结构是该混合环结构的一个传输线路实施方案，并包括六个传输线部分取代图1中的六个相移部分。这些传输线部分是41、43、45、47、49和51。每一个可用包括由微带结构组成的有一对由中间的绝缘体隔离的导体带。这些传输线路的这种内部的导体带被电接地。
每一个传输线路具有1/4波长，以便提供+90°的相位移。但这种相位移只是发生在一种频率而这种混合结构的频率范围在VSWR小于或等于1.1-1时是百分之10。
图3示出了已有技术的改进的混合环合成器，比图1示出的双路合成器具有较大的频带。作为双路合成器的图3中的合成器100包括两个输入端口112和114和一个共用输出端口116和单一的绝缘端口118。该共用端口通过负载电阻126接地而该绝缘端口118经过单一的绝缘负载130接地。四个相移部分包括移相器140、142、146和148。所以，只有四个移相器被采用而不是相图1的六个。显著的差别在于，这些移相器之一提供一个-90°相位移而不是+90°的相位移。其操作的方式和图1中相同，但是要求的是一个矩形的简单的结构而不是六角形结构，而且只采用四个移相器。
图4示出图3的传输线的实施方案是作为一个合成器。该合成器110包括有取代图3的移相器的传输线。这包括分别取代图3的移相器140、142、146和148的传输线141、143、147和149。但是应该注意，传输线147将其终端反接而将信号源124接地而不是接到绝缘端口118。这使得传输线147的操作成为除一个180度的移相器，附加到由1/4波长(每一个传输线具有1/4波长的长度)提供的90°的相位移。所以，由传输线147提供的总的相位移是270°(即-90°)。与前面讨论的图1和2的六角形结构差异在于，对于所有的频率同样都有180°的相位移。这一点与频率无关。所以，合成器的频带宽度大于图1和2的宽度。
图3和4的合成器的缺点是它的结构的非对称性。由于这种反相传输线的幅度相关的频率响应，RF功率信号源必须提供不同的功率，以便得到最佳的性能。
图5示出了被构型成合成器的本发明的一个实施例。这是一个被表示成一个两路合成器的特殊的情况(更一般的N路合成器的情况在图7和图8中示出)。图5的双路合成器包括一对输入端口212和214、一个共用的输出端口216和一对绝缘端口218和220。输入端口接收来自RF信号源222和224的RF功率信号。共用端口216通过绝缘负载230和232接地。输入端口212通过一个+90°的移相器240接到共用端口216。而且输入端口214通过一个+90°移相器242接到共用端口216。
输入端口212经过双路功率分解器248接到绝缘端口218和220。功率分解器248把+90度的相移输出接到绝缘端口218并把一个-90°的相移输出接到绝缘端口220。相似地，输入端口214通过双路功率分解器246接到绝缘端口218和220。这一功率分解器把-90°的输出接到绝缘端口218并把一个+90°的输出接到绝缘端口220。这些双路功率分解器246和248可被称之为平衡/不平衡转换器，它在两个绝缘负载之间均等地分离输入信号。这使得合成器的结构对称并增加工作频率范围。
图6示出了表示图5示出的实施例的一个传输线路实施方案的电路图。在本实施方案中，+90°的移相器240和242由1/4长度的传输线241和243取代。而且，图5的这两个双路功率分解器246和248由平衡/不平衡转换器247和259所取代。注意到，平衡/不平衡转换器的末端被连接，以便提供如图5示出的相位关系。
图7和图8示出了作为一个N路功率合成器本发明的一个通常的方案。在图7中，合成器包括输入端口I1、I2、I3、…IN，接到RF输入信号源S1、S2、S3、…SN。合成器包括一个共用输出端口OP。共用的负载电阻R从端口OP接地。+90°移相器传输线路TL1-TLN连接在共用输出端口OP和输入端口I1-IN之间。功率分解器PS1-PSN被设置成每一个的一端与输入端口I1-IN之一相连，每一个双路功率分解器具有+90°和-90°相移输出。这些输出端口IS1-ISN以指明的方式相连。这些端口又通过绝缘负载R1-RN接地。应注意到，以使得其插入相位的取和等于零的方式，功率分解器PS1-PSN的输出被接到邻近的类似的双路功率分解器的输出。
图8示出了在图7中示出的电路的传输线路实施方案。在图8的实施方案中，注意到的是传输线路TL1-TLN是作为1/4波长传输线路示出的，并不仅仅是+90°的移相器。而且，在图8中，图7的功率分解器PS1-PSN被表示成传输线路平衡/不平衡转换器BL1、BL2、BL3、…BLN、注意到这是一个完全对称的结构，使得任何数目的RF匹配信号源可被组合并送到单一的共用负载。和图1和2的示出的混合环状结构相比，这种结构提供了一个缩短的长度。这种结构的对称性使得该合成器工作在更宽的频率范围内。
图9示出了一个六路的RF合成器，包括三个两路合成器和一个三路的合成器，完全同于在图5-8中示出的构造。所以，这一合成器的结构包括三个两路合成器C1、C2、C3。每一个合成器具有两个输入端口和一个输出端口。这六个输入端口I1’-I6’可被接到六个RF功率信号源。出自这三个合成器C1、C2、C3的输出端口被连接到用作一个三路合成器并具有单一信号输出端口OP’的一个第四合成器C4的三个输入端口。
如图所示，该六路合成器可以被构造成为作为相对的两级的一个单级(三个双路合成器和一个三路合成器)。这两级提供更大的频率范围。象C4这样的一个三路功率合成器已经被优化，例如可以覆盖470-650MHz数量级的频率范围。这一合成器可以是采用微带技术制作的，例如是用于1/4波长传输线和用于平衡/不平衡转换器的面接触条状线的微带技术。
包括一个共用输入/输出端口和多个(N)输入/输出端口及多个(N)绝缘端口的一个合成器/分离器由本发明所提供。90°的移相器将N个输入/输出端口的每一个和共用端口互接。提供的N个传输线平衡/不平衡转换器的每一个将一个输入/输出端口与N个绝缘端口之一互接。每一个平衡/不平衡转换器用作一个双路功率分解器。
权利要求
1.一种N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口；N个输入/输出端口；N个绝缘端口；一个90°相移传输线，把所述的N个输入/输出端口的每一个与所述的共用端口相互连接；和N个传输线平衡/不平衡转换器，每一个所述的转换器把所述的输入/输出端口和所述的N个绝缘端口之一相连。
2.根据权利要求1所述的合成器/分离器，其中的N是至少是等于2，而且最好是N是一个偶或奇整数并且至少等于2。
3.根据权利要求1或2所述的合成器/分离器，包括N个绝缘负载，每一个所述的绝缘负载是连接在所述的绝缘端口和电接地之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的合成器/分离器，其中的每一个传输线具有长度等于所述的合成器/分离器的工作频率的1/4波长。
5.根据权利要求1-4任何之一所述的合成器/分离器，其中的每一个所述的平衡/不平衡转换器是个具有一个+90°的相位移输出和一个-90°相位移输出的一个双路功率分解器，其中所述的功率分解器之一的所述的90°相位移输出与另一个所述的分解器的-90°相位移输出共接。
6.根据权利要求5所述的合成器/分离器，其中所述的共接的-90°相位移输出和所述的+90°相位移输出是共接在所述的N个绝缘端口之一。
7.一个N路RF功率合成器/分离器，它包括一个共用的输出/输入端口；N个输入/输出端口；N个绝缘端口；一个90°相移器，把所述的N个输入/输出端口的每一个与所述的共用端口互连；和N个双路功率分解器，每一个分解器都具有一个+90°的相移输出和一个-90°的相移输出，一个分解器的+90°的相移输出和另一个所述的分解器的-90°相移输出及所述的N个绝缘端口之一共连。
8.根据权利要求7所述的合成器/分离器，其中的N是至少是等于2，而且最好N是一个偶或奇整数并且至少等于2。
9.根据权利要求7或8所述的合成器/分离器，包括N个绝缘负载，每一个所述的绝缘负载连接在所述的绝缘端口和电接地之间。
10.根据权利要求7、8或9所述的合成器/分离器，其中的每一个所述相移器是传输线其长度等于所述的合成器/分离器的工作频率的1/4波长，并且每一个功率分解器是传输线平衡/非平衡转换器。
全文摘要
提供的合成器/分离器包括一个共用的输出/输入端口和多个(N)输入/输出端口和多个(N)绝缘端口。90°移相器将N个输入输出端口的每一个和共用端口互接。N个传输线平衡/不平衡转换器的每一个将一个输入输出端口和N个绝缘端口执行互接。每一个平衡/不平衡转换器用作一个双路功率分解器。
文档编号H01P5/12GK1198060SQ9810612
公开日1998年11月4日 申请日期1998年4月1日 优先权日1997年4月2日
发明者德米奇·波罗杜林 申请人:哈里公司