本发明专利技术涉及一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器及其设计方法。本发明专利技术基于±45°集总元件功分器提出了四种新的功分器。该功分器的三个端口都具有良好的端口阻抗匹配，而信号输出端口一和信号输出端口二具有相等的幅度和相位并且相互隔离。在中心工作频率处该功分器的输出端口与信号输入端口的相位差为45°(或‑45°)，这一点与经典威尔金森功分器(90°)显著不同。进一步，本发明专利技术提出的功分器可以在指定频率产生一个传输零点，能够有效滤除谐波或者是强的杂散信号。
+ 45 \u00b0 / - 45 \u00b0 phase shift lumped element power divider with controllable transmission zero
【技术实现步骤摘要】
具有可控传输零点的+45°/-45°相移集总元件功分器
本专利技术涉及一种具有45°或-45°相位延迟的小型化功率分配/合成器的电路拓扑结构及设计方法，其特征是功分器在指定频点上具有一个公共传输零点(阻带)。本专利技术属于微波技术研究领域。
技术介绍
功率分配/合成器是微波电路的基本部件之一，具有将输入信号功率分解成相互隔离的几路相等或不相等功率信号的功能，或者反过来将几路信号合成一路。因此，功分器在功率放大与合成、信号测试和正交混频解调等电路与系统中都应用广泛。功分器具有多种形式，如耦合器(包括分支线、微带混合环、平行线、兰格线等多种耦合方式)、威尔金森(Wilkinson)形式等；从实现方法上则可分为波导型、同轴线型、带状线型及微带线型等。此外，也可以按照两路功分端口的相对相位差分为0°、90°和180°相差等不同类型的功分器。其中，两路具有0°相位差的威尔金森功分器具有插入损耗小，各输出支路的幅度和相位一致性好，隔离度优良等优点，是使用最多的功分器拓扑结构之之一。标准的威尔金森功分器一般是由两根在工作中心频率点的电长度为四分之一波长传输线和一个阻值为两倍端口阻抗的隔离电阻组成。为了减小电路的整体尺寸，在射频频率也出现了采用集总元件设计的威尔金森功分器。一个典型的集总元件威尔金森功分器一般需要3个电容，2个电感和一个隔离电阻，共6个元件。而公开号为CN109216852A和CN109873618A的专利申请文献分别提供了“一种具有45°相移的集总元件功分器”和“一种具有-45°相位延迟的大功率集总元件功分器”仅采用5个集总元件就是实现了经典集总元件威尔金森功分器的全部功能，并比它具有更大的工作带宽(电路基本结构可参见图1)。实际中使用的集总元件可以采用贴片封装电感、电容和电阻等商品化器件或者采用单片微波集成电路、薄膜印刷电路，厚膜印刷电路，低温共烧陶瓷等工艺实现的集总元件电路形式。对于平衡式功率放大器，以及对电磁兼容要求较高的应用场合，谐波和强的杂散干扰信号对系统的性能具有显著影响。如能抑制掉最强的一个谐波，或者杂散频率的信号，就能明显改善放大器模块的线性度。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于±45°集总元件功分器提出了新的功分器。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，+45°相移集总元件功分器的信号输入端口与信号输出端口一或信号输出端口二的的相位差为45°，信号输出端口一和信号输出端口二采用对称结构，具有相等的幅度和相位，并且相互隔离，其特征在于，所述+45°相移集总元件功分器的电路结构由信号输入端口串联到地的电感L1和电容C1、信号输入端口分别到信号输出端口一和信号输出端口二的电感L2，以及信号输出端口一和信号输出端口二之间的并联电阻R1和电容C3或者串联电阻R2和电容C4组成。优选地，在所述电路结构内可以插入电长度为整数倍波长的传输线结构，而二不改变功分器的性能。优选地，所述电容、电感、电阻采用引线直插或者贴片封装，或所述电容、电感采用高/低阻抗传输线所等效的等值电容、电感。优选地，所述电路结构采用的电路工艺采用PCB电路工艺实现，或采用单片微波集成电路、薄膜印刷电路、厚膜印刷电路，或采用低温共烧陶瓷工艺实现。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建上述的电路结构，电路结构中元件参数值由式(1)至式(6)计算：C1＝|1-(ω0/ω1)2|/(Zsω0)(1)L2＝Zs/ω0(3)C3＝C4/2(4)R1＝2Zs(5)R2＝Zs(6)式(1)至式(6)中，ω0是工作中心频率对应的角频率值，ω1是传输零点对应的角频率值，所指定的传输零点频率高于中心工作频率，Zs是功分器端口阻抗。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种具有一个可控传输零点的-45°相移集总元件功分器，-45°相移集总元件功分器的信号输入端口与信号输出端口一或信号输出端口二的相位差为-45°，信号输出端口一和信号输出端口二采用对称结构，具有相等的幅度和相位，并且相互隔离，其特征在于，所述-45°相移集总元件功分器的电路结构由信号输入端口串联到地的电感L1和电容C1、信号输入端口分别到信号输出端口一和信号输出端口二的电容C2，以及信号输出端口一和信号输出端口二之间的并联电阻R1和电感L3或者串联电阻R2和电感L4组成优选地，在所述电路结构内可以插入电长度为整数倍波长的传输线结构。优选地，所述电容、电感、电阻采用引线直插或者贴片封装，或所述电容、电感采用高/低阻抗传输线所等效的等值电容、电感。优选地，所述电路结构采用的电路工艺采用PCB电路工艺实现，或采用单片微波集成电路、薄膜印刷电路、厚膜印刷电路，或采用低温共烧陶瓷工艺实现。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的具有一个可控传输零点的-45°相移集总元件功分器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建上述的电路结构，电路结构中元件参数值由式(1)及式(2)和式(5)至式(7)计算：C1＝|1-(ω0/ω1)2|/(Zsω0)(1)R1＝2Zs(5)R2＝Zs(6)L3＝2L4(7)式(1)及式(2)和式(5)至式(7)中，ω0是工作中心频率对应的角频率值，ω1是传输零点对应的角频率值，所指定的传输零点频率低于中心工作频率，Zs是功分器端口阻抗。本专利技术基于±45°集总元件功分器提出了四种新的功分器。该功分器的三个端口都具有良好的端口阻抗匹配，而信号输出端口一和信号输出端口二具有相等的幅度和相位并且相互隔离。在中心工作频率处该功分器的输出端口与信号输入端口的相位差为45°(或-45°)，这一点与经典威尔金森功分器(90°)显著不同。进一步，本专利技术提出的功分器可以在指定频率产生一个传输零点，能够有效滤除谐波或者是强的杂散信号。具体而言，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的45°(-45°)相移集总元件功分器由6个元器件组成，与经典集总元件威尔金森功分器电路元件个数相同。是能实现可控传输零点功能的集总元件功分器电路中元件个数最少的结构。(2)采用本专利技术提出的45°相移功分器拓扑结构，仍具有以下与威尔金森功分器类似的优良品质：在工作频带内，三个端口均具有良好端口阻抗匹配性能；两个输出端口具有相等的幅度和相位，并且互相隔离。(3)本专利技术提出四种不同形式的电路拓扑结构，可以根据具体电路布局的方便进行选取。(4)对于需要高于工作中心频率的传输零点的功分器设计，可以采用+45°相移集总元件功分器的两种结构形式实现；对于需要低于工作中心频率的传输零点的功分器设计，可以采用-45°相移集总元件功分器的两种结构形式实现.(5)根据典型电路仿真结果，与工作同样中心频率的经典威尔金森集总元件功分器相比，本专利技术具有相近带宽性能或是1.5倍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，+45°相移集总元件功分器的信号输入端口与信号输出端口一或信号输出端口二的的相位差为45°，信号输出端口一和信号输出端口二采用对称结构，具有相等的幅度和相位，并且相互隔离，其特征在于，所述+45°相移集总元件功分器的电路结构由信号输入端口串联到地的电感L
【技术特征摘要】
1.一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，+45°相移集总元件功分器的信号输入端口与信号输出端口一或信号输出端口二的的相位差为45°，信号输出端口一和信号输出端口二采用对称结构，具有相等的幅度和相位，并且相互隔离，其特征在于，所述+45°相移集总元件功分器的电路结构由信号输入端口串联到地的电感L1和电容C1、信号输入端口分别到信号输出端口一和信号输出端口二的电感L2，以及信号输出端口一和信号输出端口二之间的并联电阻R1和电容C3或者串联电阻R2和电容C4组成。
2.如权利要求1所述的一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，其特征在于，在所述电路结构内可以插入电长度为整数倍波长的传输线结构。
3.如权利要求1所述的一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，其特征在于，所述电容、电感、电阻采用引线直插或者贴片封装，或所述电容、电感采用高/低阻抗传输线所等效的等值电容、电感。
4.如权利要求1所述的一种具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器，其特征在于，所述电路结构采用的电路工艺采用PCB电路工艺实现，或采用单片微波集成电路、薄膜印刷电路、厚膜印刷电路，或采用低温共烧陶瓷工艺实现。
5.一种如权利要求1所述的具有一个可控传输零点的+45°相移集总元件功分器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建如权利要求1所述的电路结构，电路结构中元件参数值由式(1)至式(6)计算：
C1＝|1-(ω0/ω1)2|/(Zsω0)(1)
L2＝Zs/ω0(3)
C3＝C4/2(4)
R1＝2Zs(5)
R2＝Zs(6)
式(1)至式(6)中，ω0是工作中心频率对应的角频率值，ω1是传输零点对应的角频率值，所指定的传输零点频率高于中心工作频率，Zs是功分器端口阻抗。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑾屏，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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