紧凑型宽带高平衡度分配器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种紧凑型宽带高平衡度分配器，采用多节正交电桥结构，包括若干节耦合度小于-10dB的弱耦合电桥和若干节耦合度大于-10dB的强耦合电桥级联而成，弱耦合电桥采用集总电容与分布参数电感的实现结构。本实用新型的有益效果是：本实用新型采用N（N≥3）节不同耦合度正交电桥级联的形式实现二分配器，在宽频带内幅度平衡度好于±0.12dB，弱耦合电桥采用了折线交错放置的分布参数电感和集总参数电容，大大缩小了电路尺寸。良好的幅度平衡性一方面可以降低合成损耗，提高功放效率；另一方面，也会保证合成功放具有良好的预校正效果，提高功放的线性指标。紧凑的结构便于使用，有效较小功放整机的体积和重量。
【专利说明】紧凑型宽带高平衡度分配器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高平衡度分配器，更具体说，它涉及一种紧凑型宽带高平衡度分配器。
【背景技术】
[0002]正交电桥是射频功率放大器中常用的一种功率分配、合成器件。典型的正交电桥如图1所示，包括两根尺寸相同，互相耦合的四分之一波长传输线11和12，以及吸收电阻13。如传输线11的一端111作为输入端，贝1J另一端112为直通输出端；传输线12的121端口为耦合输出端，122端口是隔离端，与吸收负载13连接。
[0003]采用正交电桥的分配、合成器在很宽的带宽内具有良好的端口反射损耗和隔离度，结构实现简单，功率容量高，但幅度平衡度不理想。以图1所示电桥为例，耦合度为3dB(两路分配)时，在一个倍频程内计算其耦合输出和直通输出的插入损耗，结果如图2，可以看出两路输出的幅度差异达到±0.3dB，如N(N为正整数)级正交电桥级联构成2N路分配、合成网络，则平衡度会恶化为±0.3N dB，用于宽带功率放大器时易导致合成效率下降，同时也会对功放系统的线性指标产生消极影响。
[0004]改善正交电桥幅度平衡度的方法是将多节不同耦合度的电桥串联起来，如图3A。仍以两路分配器为例，如果采用图3B所示三节正交电桥，耦合度依次-19dB，-2dB和-19dB，则理论上一个倍频程内幅度平衡度可提高到±0.05dB以内。
[0005]多节正交电桥分配器的缺点是，由于每节电桥的长度是四分之一波长，频率不高(如UHF频段)的情况下，三节电桥的长度往往过长(600MHz对应的长度是375mm)，占用空间大，给使用带来不便。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种缩短其物理尺寸，占用空间小，平衡度高，易于射频系统中使用的紧凑型宽带高平衡度分配器。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。这种紧凑型宽带高平衡度分配器，采用多节正交电桥结构，包括若干节耦合度小于-1OdB的弱耦合电桥和若干节耦合度大于-1OdB的强耦合电桥级联而成，弱耦合电桥采用集总电容与分布参数电感的实现结构。
[0008]作为优选:所述弱耦合电桥的分布参数电感包括两根金属带线，水平悬置于接地的金属腔体内；两根带线分别位于两个水平面内，垂直方向间隔一定的间距，保证相互绝缘；所述两根带线在金属腔内具有分布参数自电感；所述两根带线交错围成的面积产生分布参数互电感；所述两个带线交错点处形成了差模电容。
[0009]作为优选:所述带线在水平面内呈往返折线状，该形状为垛口形、波浪形或锯齿形。
[0010]作为优选:两根带线的结构尺寸完全相同，但折返方向相反，S卩如果从带线所在平面的正上方向下看，位于上一层平面内的带线折返方向如果是先上后下，那么位于下一平面的带线折返方向则是先下后上。
[0011]作为优选:所述两根带线折返穿越的中心线间距小于折返的幅度，如果从带线所在平面的正上方向下看，两根带线是交错的，交错部分围成一定的面积。
[0012]作为优选:根据所使用的频率和耦合度要求，折线的周期数目不大于4。
[0013]作为优选:所述弱耦合电桥的集总参数电容位于电感折线的起始端、终止端以及上、下顶点处，集总参数电容的一端与带线连接，另一段接地；所述集总参数电容在两根带线上的连接位置相同。
[0014]作为优选:所述弱耦合电桥级联为--第i (i=l, 2，…N-1)节的上层分布参数电感之终止端与第i+1节上层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+1节下层分布参数电感之起始端连接。
[0015]作为优选:所述弱耦合电桥级联为--第i (i=l, 2，…N-1)节的上层分布参数电感之终止端与第i+1节下层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+1节上层分布参数电感值起始端连接。
[0016]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用N (N ^ 3)节不同稱合度正交电桥级联的形式实现二分配器，在宽频带内幅度平衡度好于±0.12dB，弱耦合电桥采用了折线交错放置的分布参数电感和集总参数电容，大大缩小了电路尺寸。良好的幅度平衡性一方面可以降低合成损耗，提高功放效率；另一方面，也会保证合成功放具有良好的预校正效果，提高功放的线性指标。紧凑的结构便于使用，有效减小功放整机的体积和重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为正交电桥示意图；
[0018]图2为单节3dB正交电桥的插入损耗特性；
[0019]图3A和3B为多节正交电桥示意图
[0020]图4为本实用新型实施例的原理图
[0021]图5A和5B为弱耦合电桥中半集总参数电感互感实施例示意图；
[0022]图6A和6B为半集总参数弱耦合电桥实施例示意图；
[0023]图7A和7B为本实用新型实施例强耦合电桥示意图；
[0024]图8A和8B为本实用新型实施例中三段电桥的端口连接示意图；
[0025]图9A~E为本实用新型实施的特性曲线；
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。
[0027]本实用新型提出的一种紧凑型高平衡度分配器，由N节耦合度不同的正交电桥串联组成；耦合度较弱(小于-1OdB)的正交电桥采用分布式电感和集总参数电容实现，从而减小其物理尺寸；耦合度较强(大于-1OdB)的正交电桥则采用四分之一波长的宽边耦合线结构；每一节弱耦合电桥的构成和原理是相同的，以其中一节说明如下:
[0028]所述分布式电感包括两根金属带线，水平悬置于接地的金属腔体内；两根带线分别位于两个水平面内，垂直方向间隔一定的间距，保证相互绝缘；其特征在于，所述带线在水平面内呈往返折线状，该形状可以是“垛口”( I )形，也可以是“波浪”(fIl)形，还可以
是“锯齿”(Vx)形，折线结构可以有效减小空间尺寸；其特重要特征还在于，两根带线的结构尺寸完全相同，但折返方向相反，即如果从带线所在平面的正上方向下看，位于上一层平面内的带线折返方向如果是先上后下，那么位于下一平面的带线折返方向则是先下后上；所述两根带线折返穿越的中心线间距小于折返的幅度，如果从带线所在平面的正上方向下看，两根带线是交错的，交错部分围成一定的面积；根据所使用的频率和耦合度要求，折线的周期数目可以是1，2，……，M。一般地，M不大于4。所述两根带线在金属腔内具有共模分布参数自电感；所述两根带线交错围成的面积产生分布参数互电感；所述两个带线交错点处形成了差模电容。
[0029]分布参数电感的起始端定义为左侧端点，终止端定义为右侧端点。所述集总参数电容位于电感折线的起始端、终止端以及上、下顶点处，集总参数电容的一端与带线连接，另一端接地；所述集总参数电容在两根带线上的连接位置相同。集总参数电容的引入进一步减小了弱耦合电桥的空间尺寸。
[0030]所述上层分布参数电感带线的起始端和终止端，以及下层分布参数电感的起始端和终止端，对应正交电桥的四个输入端口。如果以上层分布参数电感的起始端作为正交电桥的输入端，则其终止端是直通输出端；下层分布参数电感的起始端为耦合输出端，终止端是隔离端，要接吸收负载。
[0031]根据所使用的频率和耦合度的要求，选取合适带线结构参数可以实现弱耦合电桥的功能。
[0032]本实用新型所提出分配器还包括强耦合正交电桥。包括两个平行的，宽边正对的金属带线，悬置于接地金属腔体中。所述带线的结构尺寸，以及周围空气腔体的尺寸，决定技术指标。两根带线的起始端和终止端构成强耦合正交电桥的四个输入端口。
[0033]所述N节弱耦合正交电桥的连接方式是，相邻的两节之间依次连接，即第i(i=l, 2，…N-1)节的终止端与第i+Ι节的起始端相连。连接方法一:第i节的上层分布参数电感之终止端与第i+Ι节上层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+Ι节下层分布参数电感之起始端连接；连接方法二 --第i节的上层分布参数电感之终止端与第i+Ι节下层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+Ι节上层分布参数电感之起始端连接。
[0034]第一节电桥上下两层分布参数电感的起始端，和第N接电桥上下两层分布参数电感的终止端构成总的电桥的四个端口。
[0035]本实用新型设计的一种紧凑型宽带高平衡度分配器，原理如图4所示，包括三节依次串连的正交电桥。其中41和42为采用半集总参数实现的耦合度为_19dB的弱耦合电桥，43为四分之一波长宽 边耦合带线构成的耦合度为-2dB的强耦合电桥。如果将端口 411作为输入端，则端口 431为直通输出端，412为耦合输出端，432为隔离端，使用时要接匹配负载。弱耦合段43与41的参数和原理完全相同，此处仅说明41的原理及实现方法。[0036]弱耦合段41包括四个互感肌1112121和122，以及它们对地形成的自电感Lll、L12、L21和L22。差模电容Cdl、Cd2和Cd3与互感作用，形成等效差模传输线；偶模电容Cll?C18与电感作用形成等效偶模传输线。通过调整上述参数，使等效差模阻抗、差模传播常数、偶模阻抗与偶模传播常数逼近理想耦合线的特性，则最终的耦合度、端口反射损耗、隔离度三项指标即可达到使用要求。
[0037]本实用新型实施例中弱耦合段的互感和电感采用微带线结构，如图5A和5B所示，其中图5A是微带线的安装结构的横截面图，图5B是俯视图。金属带线51和52分布在介质基板50的上表面和下表面，互相绝缘；微带电路板安装于四周接地的金属腔体内。带线51呈垛口型，往复折返一个周期；带线52是带线51关于水平轴线的镜像。带线51和52的水平段和垂直段在俯视图上看是不重叠的；带线51和带线52的倾斜段在区域53、54和55重叠，构成差模电容，对应原理图4中的Cdl、Cd2和Cd3，重叠的面积决定了电容的大小。
[0038]在图5B中沿水平方向将整个微带线结构分为4个区域56、57、58和59。区域56中，带线51和52构成了互感Mll，51和52在金属腔体中形成分自电感Lll ;同理区域57的结构对应互感M12和自感L12，区域58对应互感M21和自感L21，区域59对应互感M22和自感L22。
[0039]通过调节51和52的水平和垂直段带线的长度，等效地改变二者所围界截面的面积，达到调整互感量的目的；改变金属腔体的高度和宽度，可以调整自感量。
[0040]带线51的左侧端点511作为端口 I，右侧端点512作为一个端口 3 ;带线52的左侧端点521作为端口 2，右侧端点522作为端口 4。
[0041]本实用新型实施例中半集总参数弱耦合电桥的实现如图6A。偶模电容C13和C16一端与带线61的水平段611和612的中点相连，另一端与接地铜箔631、632连接；接地铜箔631、632通过若干金属化过孔接地。偶模电容Cll的一端与带线61的起始端连接,另一端与接地铜箔633连接。偶模电容C17的一端与带线61的终止端连接，另一端与接地铜箔636连接。偶模电容C14和C15，一端通过金属化过孔与带线62的水平段622和623的中点连接，另一端与接地铜箔632和631连接。偶模电容C12 —端通过金属化过孔与带线62的起始端连接，另一端与接地铜箔634连接。偶模电容C18 —端通过金属化过孔与带线62的终止端连接，另一端与接地铜箔636连接。
[0042]本实施例中，端口 2和4，以及偶模电容C12、C14、C15和C18均位于微带电路板的上面，通过金属化过孔与位于电路板背面的带线62连接。所述端口 2和4也可以位于线路板背面，以方便与其它电路部分连接。所述偶模电容也可以位于电路板背面，与带线62直接连接，不影响实施效果。
[0043]带线61的起始端611作为端口 1，终止端614作为端口 3，带线62的起始端621作为端口 2，终止端624作为端口 4。端口描述如图6B。
[0044]本实施例中，强耦合电桥采用宽边耦合悬置带线，横截面结构如图7A。金属带线71和72位于介质基片73的上下两侧，完全正对。带线和基片位于填充了同样介质的金属腔体74中。金属带线长度为工作频带中心频率的四分之一波长，如图7B。腔体接地。根据所要求的耦合度设计带线的宽度、间距以及金属腔体的高度和宽度。定义上层带线71的起始端为端口 I，终止端为端口 4 ;背面带线起始端为72的起始端为端口 2，终止端为端口 4。
[0045]强耦合段电桥的实现还可以采用传输线变压器、微带耦合线等其它形式，只要满足耦合度要求，不影响本实用新型的实施。
[0046]本实用新型紧凑型宽带高平衡度分配器实施例中各段电桥端口之间的连接关系如图8A。弱耦合段81的端口 813与强耦合段82的端口 821连接，弱耦合段81的端口 814与强耦合段82的端口 822连接。弱耦合段83的端口 833与强耦合段82的端口 824连接，弱耦合段83的端口 834与强耦合段82的端口 823连接。
[0047]本实用新型紧凑型高平衡度分配器实施例的另一种连接关系如图SB。弱耦合段81的端口 813与强耦合段82的端口 822连接，弱耦合段81的端口 814与强耦合段82的端口 821连接。弱耦合段83的端口 833与强耦合段82的端口 823连接，弱耦合段83的端口834与强耦合段82的端口 824连接。
[0048]两种连接方式的对外端口特性相同:如果以端口 811为输入端，则端口 831为直通输出端，端口 812为耦合输出端，端口 832为隔离端(需要接吸收负载)。
[0049]本实用新型紧凑型宽带高平衡度分配器实施例用在UHF频段(470MHz?860MHz)，电路板的介质介电常数为3.5,厚0.8mm。弱稱合段金属腔体高度为3mm,宽度为12mm,分布参数电感的带线宽1_，垂直段高度2.6_，水平段长度2.6_。偶模电容CU、C12、C13和C14为1.2pF，C15和C16为IpF, C17和C18为1.8pF。强耦合段金属腔体高度为22mm，宽14mm,介质介电常数为3.5,稱合带线宽为3.7mm,长度为59_。电桥之间采用微带线连接。总的分配器长度为105mm。
[0050]本实用新型实施例的技术指标如图9A?E，由输入到两个输出口插入损耗的平衡度好于±0.15dB,端口反射损耗小于_23dB,隔离度大于23dB。
【权利要求】
1.一种紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:采用多节正交电桥结构，包括若干节耦合度小于-1OdB的弱耦合电桥和若干节耦合度大于-1OdB的强耦合电桥级联而成，弱耦合电桥采用集总电容与分布参数电感的实现结构。
2.根据权利要求1所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述弱耦合电桥的分布参数电感包括两根金属带线，水平悬置于接地的金属腔体内；两根带线分别位于两个水平面内，垂直方向间隔一定的间距；所述两根带线在金属腔内具有分布参数自电感；所述两根带线交错围成的面积产生分布参数互电感；所述两个带线交错点处形成了差模电容。
3.根据权利要求2所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述带线在水平面内呈往返折线状，该形状为垛口形、波浪形或锯齿形。
4.根据权利要求3所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:两根带线的结构尺寸完全相同，但折返方向相反，即如果从带线所在平面的正上方向下看，位于上一层平面内的带线折返方向如果是 先上后下，那么位于下一平面的带线折返方向则是先下后上。
5.根据权利要求3所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述两根带线折返穿越的中心线间距小于折返的幅度，如果从带线所在平面的正上方向下看，两根带线是交错的，交错部分围成一定的面积。
6.根据权利要求3所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:根据所使用的频率和耦合度要求，折线的周期数目不大于4。
7.根据权利要求3所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述弱耦合电桥的集总参数电容位于电感折线的起始端、终止端以及上、下顶点处，集总参数电容的一端与带线连接，另一段接地；所述集总参数电容在两根带线上的连接位置相同。
8.根据权利要求1所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述弱耦合电桥级联为:第i (i=l，2，…N-1)节的上层分布参数电感之终止端与第i+Ι节上层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+Ι节下层分布参数电感之起始端连接。
9.根据权利要求1所述的紧凑型宽带高平衡度分配器，其特征在于:所述弱耦合电桥级联为--第i (i=l，2，…N-1)节的上层分布参数电感之终止端与第i+Ι节下层分布参数电感之起始端连接，第i节下层分布参数电感之终止端与第i+Ι节上层分布参数电感值起始端连接。
【文档编号】H01P5/16GK203536548SQ201320351434
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年6月18日 优先权日:2013年6月18日
【发明者】曹桂盛, 刘宁 申请人:三维通信股份有限公司