一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，在传统环形电桥基础上对λ/4和3λ/4枝节进行集总参数等效。由确定输出功率比值调整出合适的电臂阻抗值，利用等效矩阵理论求得等效集总模型中电容电感值。使用少量的集总元件实现50％的带宽,充分利用工艺优势有效的减小系统尺寸。本实用新型专利技术实现了任意频率任意输出功率比的功分电桥，对中心频率为100MHZ进行设计实物，对于不同功率输出比的拓扑模型，均满足S11优于‑24dB，S31优于‑38dB，通带内实测同相相位差1°±1°，反相相位差181°±1°，尺寸为17mm*17mm*20mm，结合了现代工艺技术达到小型化和宽带的要求，并且具有一定的简单实用性。

A new topological structure of 180 degree ring bridge designed by lumped parameter

The utility model relates to a novel topology using set 180 degree ring bridge structure design parameters, for lumped parameter equivalent to lambda /4 and 3 lambda /4 side in the traditional ring bridge foundation. The appropriate impedance of the arm is adjusted by the ratio of the output power, and the equivalent capacitance matrix is used to obtain the capacitance and inductance in the equivalent lumped model. A small number of lumped elements are used to achieve a bandwidth of 50%, and the technological advantages are fully utilized to effectively reduce the system size. The utility model realizes any arbitrary frequency ratio of the output power of the power split bridge, the center frequency is 100MHZ the design objects, for different power output than the topology model, which satisfies the S11 better than 24dB, S31 is better than 38dB, passband measured in-phase phase difference of 1 DEG - 1 DEG, reversed phase difference of 181 DEG plus or minus 1 degrees, the size of 17mm*17mm*20mm, combined with modern technology to achieve the miniaturization and bandwidth requirements, and has the advantages of simple and practical.

【技术实现步骤摘要】
一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构
本技术涉及一种任意输出功率比的180°环形电桥，具体的说是一种利用集总参数模型的小型化宽频带新型环形电桥。
技术介绍
在现代通信系统设备中，环形电桥因其良好的隔离度已经广泛应用在各种90°，180°的功率分配和功率合成网络中。目前大多数环形电桥采用微带线的平面结构，由于它的体积小且易于和其他器件集成；而随着通讯业的不断发展，人们对于小型化和宽带的要求越来越高，在现代工艺条件下，进一步实现小型化和宽带化的要求，满足现代无线通信的需求，利用多层结构设计小型宽频带环形电桥更加具有优势。
技术实现思路
本技术为了实现小型化和宽带化的设计要求，技术了一种现代工艺下多层结构的小型化宽频带新型环形电桥。理论设计参考传统微带线环形电桥模型，利用微带线集总电路模型等效将传统环形电桥中3个λ/4枝节传输线和1个3λ/4枝节传输线进行等效，对于不同的枝节长度采用不同的电路模型，当电长度θ<180°时采用的等效π集总参数模型通过奇模阻抗、偶模阻抗理论得到等效模型的参数式；当电长度180°≤θ≤360°时采用的等效T集总参数模型通过奇模阻抗、偶模阻抗理论得到等效模型的参数式。通过给定指标的输出功率比值，调整出合适的电臂阻抗值，最终利用等效矩阵理论求得等效集总模型中电容电感值。具体技术方案如下：一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，其电路拓扑结构为两个相同且接地的电容C3之间连接有电感L1，该电感L1的两端分别连接两个相同的电感L2，两个电感L2的另一端通过两个相同的电容C1相连接，两个电容C1之间连接另一个接地的电感L1，两个电容C1连接电感L2的一端分别连接两个相同的电容C2，两个电容C2均接地；所述与电容C3相连接的电感L1的两端各设一个端口，每个端口也与电容C3和电感L2连接，这两个端口自左至右依次称为第一端口及第二端口；两个电感L2与电容C1相连接的一端也各设一个端口，每个端口也与电容C1、电容C2相连接，这两个端口自右至左依次称为第三端口及第四端口。所述的电容C3的结构为电容C1与电容C2的并联结构，电容C3的电容值亦为电容C1与电容C2并联后的电容值。作为优选方案，其集总模型中的电容都采用内埋VIC叉指电容且其结构为8层，长在2-2.2毫米范围内，宽在1.8-2毫米范围内；所述180°环形电桥新型拓扑结构中电感设计采用内埋垂直螺旋电感，所述的内埋垂直螺旋电感为9匝，长在2.8-3毫米范围内，宽在1.6-1.8毫米范围内。本技术还涉及一种利用本技术所述的180°环形电桥新型拓扑结构，对于给定的任意频率进行任意功率比输出的方法，具体为，根据端口功率输出分配比公式:P12：P22＝Y22：Y12(5)及导纳关系公式Y22+Y12＝1，调整导纳Y1和Y2的值。(P1、P2分别代表同一输入端口下两个输出端口的输出功率。如在信号由第一端口输入，第二端口和第四端口为输出的情况下，P1代表第二端口的输出功率，P2代表第四端口的输出功率，此时，Y1代表第一端口与第二端口之间的导纳，Y2代表第一端口与第四端口之间的导纳；在信号由第三端口输入，第二端口和第四端口为输出的情况下，P1代表第二端口的输出功率，P2代表第四端口的输出功率，此时Y1代表第三端口与第四端口之间的导纳，Y2代表第三端口与第二端口之间的导纳。)计算本技术所述的180°环形电桥新型拓扑结构中λ/4枝节传输线上电容电感的方法具体为，所述λ/4枝节传输线在电长度θ<180°时采用变换后的等效π型集总参数模型通过奇模阻抗、偶模阻抗理论得到等效模型的参数式：XL＝Zsinθ(1)其中电长度θ＝β*l＝(2π/λ)*(λ/4)＝π/2，代入对应的中心频率f0、特性阻抗Z0即可得到对应的集总电路π型等效电路模型电容电感值。(Z为输入端口和输出端口之间的阻抗。当计算的是第一端口与第二端口之间的电容电感值时，公式中的Z为Z01；当计算的是第一端口与第四端口之间、第三端口与第二端口之间的电容电感值时，公式中的Z为Z02。Y1与Z01互为倒数；Y2与Z02互为倒数)计算本技术所述的180°环形电桥新型拓扑结构中3λ/4枝节传输线上电容电感的方法具体为，所述3λ/4枝节传输线在电长度180°≤θ≤360°时采用变换后的等效T型集总参数模型通过奇模阻抗、偶模阻抗理论得到等效模型的参数式：BL＝-Z01sinθ(4)其中电长度θ＝β*l＝(2π/λ)*3λ/4)＝3π/2，，代入给定的对应的中心频率f0、特性阻抗Z0即可得到对应的集总电路π型等效电路模型电容电感值。本设计以中心频率为100MHZ为例，其带宽在80-130MHz(相对带宽为50％)之间，对于输出功率比为1:1，1:2，1:4时，满足S11优于-24dB，S31优于-38dB，通带内实测同相相位差1°±1°，反相相位差181°±1°，设计尺寸在17mm*17mm*20mm以内，本技术拓扑模型实现了小型化、宽带化的设计要求，并具有一定的实用价值。附图说明图1是本技术λ/4枝节传输线的集总电路π型等效电路拓扑结构示意图。图2是本技术3λ/4枝节传输线的集总电路T型等效电路拓扑结构示意图。图3是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构等功率输出的电路拓扑结构示意图。图4是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构等功率输出模型的S参数示意图。图5是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构等功率输出模型的同相相位不平衡度示意图。图6是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构等功率输出模型的反相相位不平衡度示意图。图7是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:2的电路拓扑结构示意图。图8是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:2拓扑模型的S参数示意图。图9是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:2模型的同相相位不平衡度示意图。图10是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:2模型的反相相位不平衡度示意图。图11是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:4的电路拓扑结构示意图。图12是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:4拓扑模型的S参数示意图。图13是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:4模型的同相相位不平衡度示意图。图14是本技术实施例提出的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构功率输出比为1:4模型的反相相位不平衡度示意图。图15是本技术设计提出的任意频率任意功率输出比的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构集总模型俯视图。图16是本技术提出的任意频率任意功率输出比的利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构示意图。图中标号：1-第一端口，2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，具体包括两个相同且接地的电容C3之间连接有电感L1，该电感L1的两端分别连接两个相同的电感L2，两个电感L2的另一端通过两个相同的电容C1相连接，两个电容C1之间连接另一个接地的电感L1，两个电容C1连接电感L2的一端分别连接两个相同的电容C2，两个电容C2均接地；所述与电容C3相连接的电感L1的两端各设一个端口，每个端口也与电容C3和电感L2连接；两个电感L2与电容C1相连接的一端也各设一个端口，每个端口也与电容C1、电容C2相连接。

【技术特征摘要】
1.一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，具体包括两个相同且接地的电容C3之间连接有电感L1，该电感L1的两端分别连接两个相同的电感L2，两个电感L2的另一端通过两个相同的电容C1相连接，两个电容C1之间连接另一个接地的电感L1，两个电容C1连接电感L2的一端分别连接两个相同的电容C2，两个电容C2均接地；所述与电容C3相连接的电感L1的两端各设一个端口，每个端口也与电容C3和电感L2连接；两个电感L2与电容C1相连接的一端也各设一个端口，每个端口也与电容C1、电容C2相连接。2.根据权利要求1所述的一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，所述的电容C3的结构为电容C1与电容C2的并联结构。3.根据权利要求2所述的一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，其集总模型中电容C3及电容C2为对地并联VIC叉指电容；电感L1为9匝垂直螺旋电感，电感L2为垂直螺旋电感，电容C1为VIC叉指电容，电容C3、电容C2以及与电容C1相连接的电感L1通过连接至接口公共地(11)接地；该集总模型上还设有各层接地通孔(10)。4.根据权利要求2所述的一种利用集总参数设计的180°环形电桥新型拓扑结构，其特征在于，其集总模型中的电容都采用内埋VIC叉指电容且其结构为8层，长在2-2.2毫米范围内，宽在1.8-2毫米范围内；所述180°环形电桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，印筱路，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32