超宽带威尔金森功分器

摘要

本发明涉及一种超宽带威尔金森功分器，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，所述信号金属层包括微波传输支路，用于将一路微波信号分成多路微波分支信号输出，和微带线拓展结构，所述微带线拓展结构由微带线组成，所述微带线拓展结构的一端连接在所述微波传输支路上，另一端悬空，所述微带线的长度均为经过所述超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长，用于增加威尔金森功分器的极点；通过在威尔金森功分器的传输支路上设置微带线拓展结构，增加威尔金森功分器的极点，可以拓宽其频带，进而得到一种结构简单的超宽带威尔金森功分器。

权利要求

1.一种超宽带威尔金森功分器，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，其特征在于，所述信号金属层包括：微波传输支路，用于将一路微波信号分成多路微波分支信号输出；

微带线拓展结构，由微带线组成，所述微带线拓展结构的一端连接在所述微波传输支路上，另一端悬空，所述微带线的长度均为经过所述超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长，用于增加威尔金森功分器的极点。

2.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微波传输支路包括第一主干微带线和第二主干微带线，所述微带线拓展结构的一端连接在所述第一主干微带线和第二主干微带线之间的传输通道上，另一端悬空。

3.根据权利要求2所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微带线拓展结构包括平行于微波传输方向设置的单条微带线和垂直于微波传输方向设置的两路结构相同的微带线分支，所述单条微带线连接在所述第一主干微带线和第二主干微带线之间，每路微带线分支的一端分别连接所述单条微带线的一端，另一端悬空。

4.根据权利要求3所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微带线分支包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的一端连接所述单条微带线的一端，所述第一微带线的另一端连接所述第二微带线的一端，所述第二微带线的另一端悬空。

5.根据权利要求4所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述第二微带线与所述第一微带线的阻抗比值为2.25:1。

6.根据权利要求5所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述微波传输支路有两条，每条微波传输支路上均设置有所述微带线拓展结构。

7.根据权利要求6所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，还包括隔离电阻，所述隔离电阻的一端连接一条微波传输支路中所述第一主干微带线与单条微带线连接的一端，所述隔离电阻的另一端连接另一条微波传输支路中所述第一主干微带线与单条微带线连接的一端。

8.根据权利要求1所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述信号金属层和金属底层的材质均为金。

9.根据权利要求3所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述单条微带线的阻值为50Ω。

10.根据权利要求7所述的超宽带威尔金森功分器，其特征在于，所述隔离电阻的阻值为100Ω。

说明书

超宽带威尔金森功分器

技术领域

[0001] 本发明涉及功分器领域，特别是涉及一种超宽带威尔金森功分器。

背景技术

[0002] 功分器在微波毫米波通信电路中具有广泛的应用，诸如在微波功率传感器、混频器、相位检测以及TR组件等众多电路中均有应用。目前，随着无线通信技术的快速发展，器件的宽频带、低损耗成为了微波射频电路中的研究热点，并且随着超宽带天线、超宽带滤波器等超宽带器件的研究与应用，对超宽带功率分配器的需求也变得越来越大。

[0003] 但是，传统的威尔金森功分器的带宽较窄，严重的制约了威尔金森功分器在超宽带领域中的使用。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对传统的威尔金森功分器带宽较窄的问题，提供一种结构简单的超宽带威尔金森功分器。

[0005] 一种超宽带威尔金森功分器，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，所述信号金属层包括：

[0006] 微波传输支路，用于将一路微波信号分成多路微波分支信号输出；

[0007] 微带线拓展结构，由微带线组成，所述微带线拓展结构的一端连接在所述微波传输支路上，另一端悬空，所述微带线的长度均为经过所述超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长，用于增加威尔金森功分器的极点。

[0008] 上述超宽带威尔金森功分器，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。所述信号金属层包括微波传输支路和微带线拓展结构，所述微带线拓展结构由微带线组成，所述微带线拓展结构的一端连接在所述微波传输支路上，另一端悬空，用于增加威尔金森功分器的极点；通过在威尔金森功分器的传输支路上设置微带线拓展结构，增加威尔金森功分器的极点，可以拓宽其频带，进而得到一种结构简单的超宽带威尔金森功分器。

[0009] 在其中一个实施例中，所述微波传输支路包括第一主干微带线和第二主干微带线，所述微带线拓展结构的一端连接在所述第一主干微带线和第二主干微带线之间的传输通道上，另一端悬空。

[0010] 在其中一个实施例中，所述微带线拓展结构包括平行于微波传输方向设置的单条微带线和垂直于微波传输方向设置的两路结构相同的微带线分支，所述单条微带线连接在所述第一主干微带线和第二主干微带线之间，每路微带线分支的一端分别连接所述单条微带线的一端，另一端悬空。

[0011] 在其中一个实施例中，所述微带线分支包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的一端连接所述单条微带线的一端，所述第一微带线的另一端连接所述第二微带线的一端，所述第二微带线的另一端悬空。

[0012] 在其中一个实施例中，所述第二微带线与所述第一微带线的阻抗比值为2.25:1。

[0013] 在其中一个实施例中，所述微波传输支路有两条，每条微波传输支路上均设置有所述微带线拓展结构。

[0014] 在其中一个实施例中，还包括隔离电阻，所述隔离电阻的一端连接一条微波传输支路中所述第一主干微带线与单条微带线连接的一端，所述隔离电阻的另一端连接另一条微波传输支路中所述第一主干微带线与单条微带线连接的一端。

[0015] 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金。

[0016] 在其中一个实施例中，所述单条微带线的阻值为50Ω。

[0017] 在其中一个实施例中，所述隔离电阻的阻值为100Ω。

附图说明

[0018] 图1为一实施例中超宽带威尔金森功分器的结构示意图；

[0019] 图2为另一实施例中超宽带威尔金森功分器的结构示意图；

[0020] 图3为一实施例中超宽带威尔金森功分器的端口反射系数的波形图；

[0021] 图4为一实施例中超宽带威尔金森功分器的输出端口插损的波形图；

[0022] 图5为一实施例中超宽带威尔金森功分器的输出端口插损的相位图；

[0023] 图6为一实施例中超宽带威尔金森功分器的输出端口隔离度的波形图。

具体实施方式

[0024] 参见图1，图1为一实施例中超宽带威尔金森功分器的结构示意图。

[0025] 在本实施例中，该超宽带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，所述信号金属层包括微波传输支路11、12和微带线拓展结20、21。

[0026] 微波传输支路11、12用于将一路微波信号分成多路微波分支信号输出。

[0027] 传统的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。如二功分器，其信号金属层有两条微波传输支路11、12，每条微波传输支路11、12包括串联的微带线，微波通过输入端口，即微带线10进入威尔金森功分器时产生趋肤效应，使得微波集中在位于表层的信号金属层传输，微波经过两条微波传输支路11、12后分成两路微波分支信号，进而将微波进行二功分。该威尔金森功分器为二功分器，不限于二功分器。

[0028] 具体的，该介质层采用介电常数为9.9的氧化铝陶瓷，信号金属层和金属底层均采用金，金电导率高、固有频率高、趋肤效应好。

[0029] 微带线拓展结构20、21由微带线组成，微带线拓展结构20的一端连接在微波传输支路11上，另一端悬空，微带线拓展结构21的一端连接在所述微波传输支路12上，另一端悬空，所述微带线的长度均为经过所述超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长，用于增加威尔金森功分器的极点，该威尔金森功分器指传统的威尔金森功分器。

[0030] 在传统的威尔金森功分器的每条微波传输支路11、12上均设置微带线拓展结构20、21，该微带线拓展结构20、21由微带线组成，每根微带线的长度均为经过该超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长。该微带线拓展结构20、21的一端连接在微波传输支路
11、12上，另一端悬空，使得微带线开路，1/4中心波长开路微带线可以等效为一个到地电容，进而可以增加威尔金森功分器的极点，进而拓宽其频带。

[0031] 在其中一个实施例中，微波传输支路11包括第一主干微带线111和第二主干微带线112，微波传输支路12包括第一主干微带线121和第二主干微带线122。微带线拓展结构20的一端连接在所述第一主干微带线111和第二主干微带线112之间的传输通道上，另一端悬空；微带线拓展结构21的一端连接在第一主干微带线121和第二主干微带线122之间的传输通道上，另一端悬空。

[0032] 分别位于两条微波传输支路11、12上的第二主干微带线112、122分别作为两条支路的输出端口，进而将被二功分后的微波分支信号输出。

[0033] 参见图2，在其中一个实施例中，微波传输支路11上的微带线拓展结构20包括平行于微波传输方向设置的单条微带线203和垂直于微波传输方向设置的两路结构相同的微带线分支，微波传输支路12上的微带线拓展结构21包括横向设置的单条微带线213和纵向设置的两路结构相同的微带线分支。单条微带线203连接在微波传输支路11的第一主干微带线111和第二主干微带线112之间，单条微带线213连接在微波传输支路12的第一主干微带线121和第二主干微带线122之间。微带线拓展结构20两路结构相同的微带线分支的一端分别连接单条微带线203的两端，另一端悬空，微带线拓展结构21两路结构相同的微带线分支的一端分别连接单条微带线213的两端，另一端悬空。

[0034] 微带线拓展结构20、21形成一个带通滤波器，可以增加威尔金森功分器的极点，拓宽其频率。同时，该微带线拓展结构由微带线组成，各微带线分别和介质层、金属底层形成电容，根据电容的充放电特性，其产生的功耗小，使得该超宽带威尔金森功分器的插损很低，减小了微波在传输过程中的损耗，提高了微波的传输功率。

[0035] 进一步的，第二微带线202与第一微带线201，第二微带线205与第一微带线204，第二微带线212与第一微带线211，第二微带线215与第一微带线214的阻抗比值均为2.25:1，此时该超宽带威尔金森功分器可以通过的微波频带最宽，根据实际需求调整该阻抗比值，可以得到理想频带宽度。

[0036] 第二微带线202为1/4中心波长，且处于开路状态，可以等效为一个到地电容，对于微波信号而言相当于短路到地，串联的第一微带线201也为1/4中心波长，从第一微带线201的一端看进去相当于开路，从而形成一个极点。

[0037] 参见图3，图3为一实施例中超宽带威尔金森功分器的端口反射系数在HFSS仿真环境下的波形图。横坐标表示频率，纵坐标表示幅值，单位为分贝，其为超宽带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的变化情况。其中，曲线31表示输入端口反射系数S(1,1)的波形图，曲线32表示一输出端口反射系数S(2,2)的波形图，曲线33表示另一输出端口反射系数S(3.3)的波形图。可以看到，该超宽带威尔金森功分器在18GHz～40GHz的频带内，其输入端口反射系数S(1,1)小于-15dB，两个输出端口反射系数S(2,2)，S(3,3)小于-13.8dB。该超宽带威尔金森功分器的反射系数小，反射功耗低，传输功率高。

[0038] 参见图4，图4为一实施例中超宽带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，纵坐标表示幅值，单位为分贝，其为超宽带威尔金森功分器的两个输出端口的插损S(2,1)和S(3,1)随频率的变化情况。可以看到，该超宽带威尔金森功分器在18GHz～40GHz的频带内，两个输出端口的插损S(2,1)和S(3,1)小于0.2dB。在保证两个输出端口的插损小于0.2dB的情况下，该超宽带威尔金森功分器可以处理的微波频率能拓宽到2倍频，
40/18>2倍频。

[0039] 参见图5，图5为一实施例中超宽带威尔金森功分器的输出端口插损的相位图。横坐标表示频率，纵坐标表示相位，单位为度，其为超宽带威尔金森功分器的两个输出端口的插损S(2,1)和S(3,1)的相位随频率的变化情况。可以看到，该超宽带威尔金森功分器在18GHz～40GHz的频带内，两个输出端口的插损相位基本一致，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。

[0040] 在其中一个实施例中，微带线分支包括连接微波传输支路11的第一微带线201、204，连接微波传输支路12的第一微带线211、214，与第一微带线201连接的第二微带线202，与第一微带线204连接的第二微带线205，与第一微带线211连接的第二微带线212，以及与第一微带线214连接的第二微带线215，第二微带线202、205、212、215的另一端悬空。

[0041] 在其中一个实施例中，该超宽带威尔金森功分器还包括隔离电阻R，所述隔离电阻R的一端连接一条微波传输支路11中第一主干微带线111与第二主干微带线112连接的一端，所述隔离电阻R的另一端连接另一条微波传输支路12中所述第一主干微带线121与第二主干微带线122连接的一端。

[0042] 该隔离电阻R可以减少两条微波传输支路11、12之间的干扰，具体的，该隔离电阻R的阻值为100Ω，根据材料的不同其方阻可以为50Ω/square、60Ω/square或其他。

[0043] 参见图6，图6为一实施例中超宽带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，纵坐标表示幅值，单位为分贝，其为超宽带威尔金森功分器的两个输出端口之间的隔离度S(2,3)随频率的变化情况。可以看到，该超宽带威尔金森功分器在18GHz～
40GHz的频带内，两个输出端口的隔离度S(2,3)小于-10dB，彼此干扰小。

[0044] 在其中一个实施例中，微带线拓展结构20、21中的单条微带203、213、第一微带线201、204、211、214和第二微带线202、205、212、215的长度均为经过所述超宽带威尔金森功分器的微波的1/4中心波长。该中心波长为经过该超宽带威尔金森功分器的微波的中心频率对应的波长。

[0045] 进一步的，单条微带线203、213的阻值为50Ω。

[0046] 上述超宽带威尔金森功分器，在传统的威尔金森功分器的微波传输支路上插入由微带线组成的微带线拓展结构，可以增加该威尔金森功分器的极点，进而拓宽其频带。该微带线结构包括与平行于微波传输方向设置的单条微带线和垂直于微波传输方向设置的两路结构相同的微带线分支，形成一带通滤波器，该微带线分支包括相互连接的第一微带线和第二微带线，调整其阻值比例可以调整该超宽带威尔金森功分器的频带宽度，根据需求进行调整可以获得理想的带宽。同时利用电容的充放电特性，其产生的功耗小，使得该超宽带威尔金森功分器的插损很低，减小了微波在传输过程中的损耗，提高了微波的传输功率。此外，在两条微波传输支路之间设置有隔离电路，可以减少两条微波传输支路之间的干扰，提高微波的传输质量。

[0047] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0048] 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。