一种基于微带线的多功能混合环型功分器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微带结构的多功能混合环型功分器，包括微带环形结构、第一输入/输出端口、第二输入/输出端口、第三输入/输出端口、第四输入/输出端口、第一短路短截线、第二短路短截线和四分之一波长阻抗变换器；该混合环电路不仅可以提供射频信号的等幅反相输出，还可以实现在该信号二倍频频率的等幅同相的输出；该电路结构简单、工作带宽大，可用于微波、毫米波的平衡二倍频器电路和平衡分谐波混频器设计中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微带线的多功能混合环型功分器
本专利技术涉及一种混合环型功分器，尤其涉及一种基于微带结构的多功能混合环型功分器。
技术介绍
混合环型功分器是一种常用的微波四端口器件，可将输入信号的分解成两路等幅同相或等幅反相的输出信号，反之亦然。此外，该种功分器还具有良好的端口隔离特性。混合环型功分器广泛用于功率合成、平衡混频器以及天线馈电网络中。传统的混合环型功分器一般只工作于一个频段(中心频率为f0)。因此，传统混合环型功分器并不能满足偶次倍关系的双频应用，例如平衡二倍频器，输出频率是输入频率的两倍。因此有必要研究出新的混合环型功分器结构，克服传统混合环型功分器的不足。近些年有关混合环型功分器的研究主要集中在如何减小电路尺寸以及如何实现双频混合环上。由于在较高的微波频段以及毫米波频段，混合环型功分器的物理尺寸本身就较小，同时也不是本专利要解决的问题，故有关减小电路尺寸的相关研究就不再赘述。已公开报道的有关实现双频混合环的方法不尽相同，但从原理上基本可分为两大类。第一类：通过在微带线上加载开路线或阶梯开路线，实现一个等效双频四分之一波长传输线单元。再利用该等效双频传输线单元，按照传统混合环结构搭建电路，实现双频混合环型功分器(例如以下文献所报道的双频混合环:ChinK-S,LinK-M,WeiY-H,etal.Compactdual-bandbranch-lineandrat-racecouplerswithstepped-impedance-stublines[J].IEEETrans.Microw.TheoryTech.,2010,58(5):1213–1221.HsuC-L,ChangC-W,KuoJ-T.Designofdual-bandmicrostripratracecouplerwithcircuitminiaturization[C].MTT-SInternationalMicrowaveSymposium,2007.专利：CN102280680B，基于双面平行微带线的小型化双频混合环)。第二类：通过改变环形结构的电尺寸和阻抗特性并结合四份之一波长开路或短路短截线实现双频工作的特性。例如ChengKKM,WongF-L.Dualbandrat-racecouplerdesignusingtri-sectionbranch-line.Electronicsletters,2007,43(6).ChengKKM,WongF-L.Anovelratracecouplerdesignfordual-bandapplications.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2005,15(8):521-523。所报道的这些双频混合环型功分器都具有良好的性能，但是工作带宽小(相对带宽小于10％)是这些混合环电路的共同缺点。此外，这些双频混合环电路在两个频段的绝对带宽基本相同。这些缺点限制了已有的双频混合环结构在宽带平衡二倍频器或宽带二次分谐波混频器等中的应用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于微带结构的多功能混合环型功分器，以满足宽带平衡二倍频器或宽带二次分谐波混频器等的应用需求。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于微带结构的多功能混合环型功分器，包括微带环形结构、第一输入/输出端口、第二输入/输出端口、第三输入/输出端口、第四输入/输出端口、第一短路短截线、第二短路短截线和四分之一波长阻抗变换器；所述第一输入/输出端口、第三输入/输出端口和第四输入/输出端口并联在微带环形结构上，中心连接点分别记为a、c和d，劣弧cd的中心弧长为微带环形结构中心线周长的六分之一；所述第二输入/输出端口通过四分之一波长阻抗变换器并联在微带环形结构上，中心连接点记为b，劣弧ab和劣弧bc的中心弧长均为微带环形结构中心线周长的六分之一；所述第一短路短截线并联在微带环形结构上，中心连接点记为n，劣弧an的中心弧长为微带环形结构中心线周长的十二分之一；所述第二短路短截线并联在微带环形结构上，中心连接点记为m，劣弧mc的中心弧长为微带环形结构中心线周长的十二分之一。优选的，所述第一短路短截线和第二短路短截线的长度均为低频中心频率所对应工作波长的四分之一。优选的，所述四分之一波长阻抗变换器的长度为高频中心频率所对应工作波长的四分之一。优选的，记低频中心频率为f0，对应工作波长为λ0；高频中心频率为f1，对应工作波长为λ1；f1＝2f0。优选的，所述第一输入/输出端口、第二输入/输出端口、第三输入/输出端口(3)和第四输入/输出端口的端口阻抗均为50Ohm，所述第一短路短截线和第二短路短截线的端口阻抗均为50Ohm，所述微带环形结构中微带线的特性阻抗为70.7Ohm，所述四分之一波长阻抗变换器的特性阻抗为35.3Ohm。优选的，所述第一短路短截线和第二短路短截线设置在微带环形结构的内部。优选的，所述第一短路短截线和第二短路短截线均为折线结构。优选的，所述第一短路短截线和第二短路短截线均通过接地孔接地。优选的，所述四分之一波长阻抗变换器与微带环形结构相连的一端有一段50Ohm的短截线，其长度不超过最小可加工长度的2倍。以低频中心频率为f0、高频中心频率为f1、f1＝2f0为例，对本专利技术的工作方式进行说明。由于第一短路短截线和第二短路短截线的长度均为0.25λ0，当混合环工作于低频段时，第一、第二短路线均呈现开路状态，此时所公开的混合环结构可等效于传统混合环结构。当混合环工作于高频段时，第一、第二短路线均呈现短路状态，而短路点距第一输入/输出端口和第三输入/输出端口的长度为0.125λ0(即0.25λ1)，因此从第一输入/输出端口往第一短路短截线看过去的阻抗为开路，从第三输入/输出端口往第二短路短截线看过去的阻抗也为开路；此时，从第二输入/输出端口输入的信号可从第一输入/输出端口和第三输入/输出端口等幅同相输出，第四输入/输出端口则无信号输出；在第二输入/输出端口，若跳过四分之一波长阻抗变换器分别往第一输入/输出端口和第一输入/输出端口看，所呈现的阻抗均为50Ohm，所以要通过四分之一波长阻抗变换器将25Ohm的阻抗变换至50Ohm，以实现第二输入/输出端口在高频段的匹配。四分之一波长阻抗变换器的引入会影响第一输入/输出端口和第三输入/输出端口在低频段的偶模匹配以及第二输入/输出端口在低频段的阻抗匹配。但在平衡倍频器和和平衡分谐波混频器等应用中，这些阻抗失配并无影响。例如在倍频器设计中，信号从第四输入/输出端口输入，经过混合环后从第一和第三输入/输出端口等幅反相输出。若第一和第三输入/输出端口都接二极管(两二二级管同向)，则在第一和第三输入/输出端口在低频段的反射信号也为等幅反相信号即差模信号，而对于差模信号这两个端口是匹配的。经过二极管后，会在第一和第三输入/输出端口产生高频段等幅同相信号，此时信号会通过第二输入/输出端口无反射输出。综上所述，本案的混合环可实现如下功能：在低频段，信号从第四输入/输出端口入，从第一和第三输入/输出端口等幅反相输出，第二输入/输出端口和第四输入/输出端口为隔离端。在高频段，信号从第二输入/输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微带结构的多功能混合环型功分器，其特征在于：包括微带环形结构(5)、第一输入/输出端口(1)、第二输入/输出端口(2)、第三输入/输出端口(3)、第四输入/输出端口(4)、第一短路短截线(6)、第二短路短截线(7)和四分之一波长阻抗变换器(8)；所述第一输入/输出端口(1)、第三输入/输出端口(3)和第四输入/输出端口(4)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点分别记为a、c和d，劣弧cd的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的六分之一；所述第二输入/输出端口(2)通过四分之一波长阻抗变换器(8)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为b，劣弧ab和劣弧bc的中心弧长均为微带环形结构(5)中心线周长的六分之一；所述第一短路短截线(6)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为n，劣弧an的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的十二分之一；所述第二短路短截线(7)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为m，劣弧mc的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的十二分之一。

【技术特征摘要】
1.一种基于微带结构的多功能混合环型功分器，其特征在于：包括微带环形结构(5)、第一输入/输出端口(1)、第二输入/输出端口(2)、第三输入/输出端口(3)、第四输入/输出端口(4)、第一短路短截线(6)、第二短路短截线(7)和四分之一波长阻抗变换器(8)；所述第一输入/输出端口(1)、第三输入/输出端口(3)和第四输入/输出端口(4)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点分别记为a、c和d，劣弧cd的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的六分之一；所述第二输入/输出端口(2)通过四分之一波长阻抗变换器(8)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为b，劣弧ab和劣弧bc的中心弧长均为微带环形结构(5)中心线周长的六分之一；所述第一短路短截线(6)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为n，劣弧an的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的十二分之一；所述第二短路短截线(7)并联在微带环形结构(5)上，中心连接点记为m，劣弧mc的中心弧长为微带环形结构(5)中心线周长的十二分之一。2.根据权利要求1所述的基于微带结构的多功能混合环型功分器，其特征在于：所述第一短路短截线(6)和第二短路短截线(7)的长度均为低频中心频率所对应工作波长的四分之一。3.根据权利要求1所述的基于微带结构的多功能混合环型功分器，其特征在于：所述四分之一波长阻抗变换器(8)的长度为高频中心频率所对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：许正彬，钱澄，郭健，徐杰，崔寅杰，童烨，
申请(专利权)人：南京觅力觅特电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32