四等分微带功分器
阅读说明：本技术 四等分微带功分器 (Quartering microstrip power divider ) 是由 崔杰龙 杜广湘 于 2021-03-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种四等分微带功分器,该四等分微带功分器包括壳体(1)、信号输入输出端口组(2)以及采用多支节蛇形结构输出其功率分配信号的多个功分器拓扑连接的功分器组件(3)。本发明在威尔金森功分器拓扑基础上,采用五支节蛇形走线展宽频段,使频段扩至DC-6G；减小各支节长度,使其小于λ/4,并尽可能缩小各支节耦合距离以减小尺寸；通过调节各支节的特性阻抗等措施,提高微带隔离度,使耦合器在尺寸和性能之间达到最优,既满足小型化设计要求又满足隔离度要求。旨在解决现有技术中存在的在空间要求更高的使用环境下,传统的威尔金森功分器的小型化要求并不足够的技术问题。(The invention discloses a quartering microstrip power divider, which comprises a shell (1), a signal input/output port group (2) and a power divider assembly (3) which is in topological connection with a plurality of power dividers and outputs power distribution signals of the power dividers by adopting a multi-branch-section serpentine structure. On the basis of a Wilkinson power divider topology, five-branch snakelike routing is adopted to widen the frequency band, so that the frequency band is expanded to DC-6G; reducing the length of each branch section to be less than lambda/4, and reducing the coupling distance of each branch section as much as possible to reduce the size; by means of measures such as adjusting the characteristic impedance of each branch section, the microstrip isolation is improved, the coupler is optimized between size and performance, and the requirements of miniaturization design and isolation are met. The power divider aims to solve the technical problem that the miniaturization requirement of the traditional Wilkinson power divider is not enough under the use environment with higher space requirement in the prior art.)
技术领域
本发明涉及微带功分器领域，尤其涉及一种四等分微带功分器。
背景技术
功分器是一种多端口网络器件，它可以将输入信号进行相等或是不相等的功率分配。在天线波束成形、无线多路通信系统中有广泛应用。随着无线通信技术的和通信设备覆盖，以及部署场景多样化的快速发展，功分器作为一种重要的无源器件，得到日益广泛的研究和应用。其中宽带化、小型化、是研究的热点。
对于功分器，其设计要求主要有：端口驻波系数小，带内波动小，端口隔离度高，传输损耗低和相位一致性好，并且电路形式要简单，易于批量生产。威尔金森功分器做为一种常见的功分器实现形式，其端口匹配良好，隔离度较高，广泛应用于天线波束成形和无线通信中，但其小型化的应用不理想，使得在许多空间要求更高的环境下，应用并不广泛。
专利公开号为CN1290224C的中国专利公开了一种改进型威尔金森等功率功分器，但该专利技术方案中通过低特征阻抗25%波长传输线段的功分器产品的小型化优势并不突出。
因此，如何进一步实现微带功分器小型化，是一个亟需解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种四等分微带功分器，旨在解决现有技术中存在的在空间要求更高的使用环境下，传统的威尔金森功分器的小型化要求并不足够的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种四等分微带功分器，包括：
壳体；
信号输入输出端口组，包括设置于壳体一端的信号输入端口以及设置于壳体另一端的信号输出端口组；
功分器组件，包括设置于壳体内拓扑连接的三个一分二功分器，每个功分器采用多支节蛇形结构输出其功率分配信号，所述功分器组件的信号输入端连接信号输入端口，所述功分器组件的信号输出端连接信号输出端口组。
可选的，信号输出端口组包括第一信号输出端口第二信号输出端口、第三信号输出端口和第四信号输出端口。
可选的，功分器组件包括第一功分器、第二功分器和第三功分器，所述第一功分器的信号输入端口连接第一信号输入端口，所述第一功分器的信号输出端口分别连接第二功分器和第三功分器的信号输入端口，所述第二功分器和第三功分器的信号输出端口分别连接第一信号输出端口、第二信号输出端口、第三信号输出端口和第四信号输出端口。
可选的，每个功分器采用五支节蛇形结构输出其功率分配信号。
可选的，功分器组件中每个功分器的输入与输出微带线特性阻抗为Zx，其中x表示节数。
可选的，功分器组件中每个功分器各支节的传输线长度为λ/4，所述每个功分器的传输线特性阻抗随信号传输方向逐渐变低。
本发明中，在威尔金森功分器拓扑基础上，采用五支节蛇形走线展宽频段，使频段扩至DC-6G；减小各支节长度，使其小于λ/4，并尽可能缩小各支节耦合距离以减小尺寸；通过调节各支节的特性阻抗等措施，抵消各支节产生的反射波并提高微带隔离度，使耦合器在尺寸和性能之间达到最优，既满足小型化设计要求又满足隔离度要求。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的四等分微带功分器结构示意图。
图2为本发明中每个功分器的结构示意图。
其中：1-壳体；201-信号输入端口；2021-第一信号输出端口；2022-第二信号输出端口；2023-第三信号输出端口；2024-第四信号输出端口；301-第一功分器；302-第二功分器；303-第三功分器。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的四等分微带功分器结构示意图。
如图1所示，提出一种四等分微带功分器，包括：
壳体1；信号输入输出端口组，包括设置于壳体1一端的信号输入端口201以及设置于壳体1另一端的信号输出端口组；功分器组件，包括设置于壳体1内拓扑连接的三个一分二功分器，每个功分器采用多支节蛇形结构输出其功率分配信号，所述功分器组件的信号输入端连接信号输入端口201，所述功分器组件的信号输出端连接信号输出端口组。
需要理解的是，信号输出端口组包括第一信号输出端口2021第二信号输出端口2022、第三信号输出端口2023和第四信号输出端口2024。
需要理解的是，功分器组件包括第一功分器301、第二功分器302和第三功分器303，所述第一功分器301的信号输入端口连接第一信号输入端口201，所述第一功分器301的信号输出端口分别连接第二功分器302和第三功分器303的信号输入端口，所述第二功分器302和第三功分器303的信号输出端口分别连接第一信号输出端口2021、第二信号输出端口2022、第三信号输出端口2023和第四信号输出端口2024。
需要理解的是，每个功分器采用五支节蛇形结构输出其功率分配信号。
需要理解的是，功分器组件中每个功分器的输入与输出微带线特性阻抗为Zx，其中x表示节数。
需要理解的是，功分器组件中每个功分器各支节的传输线长度为λ/4，所述每个功分器的传输线特性阻抗随信号传输方向逐渐变低。
参照图2，图2为本发明中每个功分器的结构示意图。
在本实施例中，四等分微带功分器由三个一分二宽带功分器组成。对于每个一分 二功分器，采用威尔金森功分器原理，令输入与输出微带线的特性阻抗为Zx, 其中x表示节 数，端口间的传输线长度为λ/4(四分之一波长),特性阻抗为Zx,从而实现阻抗变换和 阻抗匹配；引入隔离电阻，实现输出端口之间的高度隔离。
如图2所示，由于电路对称性,信号从端口a输入时，端口b和端口c的信号大小相等,相位相同。由于电阻两端等电位，故电阻没有电流流过，不消耗任何功率，只起到端口b和端口c的隔离作用。
假如信号在端口b处发生反射，一部分信号经过电阻到达端口c，另一部分反射回端口a再度分配,由于阻抗变换线电长度为90度，两路反射信号到达端口c时的电长度相差180度，信号幅度相等，相位相反，彼此抵消，从而实现两输出端口之间的相互隔离。
为加宽工作频带，可以采用多节的功分器，增加节数。即增加λ/4线段和相应的隔离电阻，若阻抗匹配，各节阻抗所产生的反射波彼此抵消,便可以使匹配的频带得以展宽。
在本实施例中，在威尔金森功分器拓扑基础上，采用五支节蛇形走线展宽频段，使频段扩至DC-6G；减小各支节长度，使其小于λ/4，并尽可能缩小各支节耦合距离以减小尺寸；通过调节各支节的特性阻抗等措施，抵消各支节产生的反射波并提高微带隔离度，使耦合器在尺寸和性能之间达到最优，既满足小型化设计要求又满足隔离度要求。通过ADS，HFSS等仿真手段，建立参数化模型保证功分器尺寸最优，具备良好性能。
在优选的实施过程中，为了展宽频段且兼顾较低的损耗，选择节数x=5，通过五节微带线变换实现DC-6GHz频带覆盖，中心频率为3.6GHz。相对带宽为1.3。根据λ/4阻抗变换器和微带电路理论，得到每节输入与输出微带线特性阻抗为：
Z1=97.845Ω,Z2=87.79Ω, Z3=70.71Ω,Z4=56.955Ω,Z5=51.1Ω。
由此可计算出每节微带线的宽度为：
w1=0.35mm,w2=0.47mm,w3=0.79mm,w4=1.21mm,w5=1.46mm
选用罗杰斯的RO4003C作为介质基板，根据介电常数等参数,每节微带线长度L=λ/4=10.5mm。由奇偶模分析法得到一组隔离电阻初始值。根据这些初步参数进行仿真优化，减小各支节长度，并尽可能缩小各支节耦合距离；通过调节各支节的特性阻抗等达到性能和尺寸的平衡。
需要说明的是，在本实施例中，通过ADS，momentum对基础拓扑进行初步优化；通过HFSS参数化建模保证设计尺寸最小和性能优良；通过容差分析确保批量生产的可靠性。
最终拓扑结构的基本单元，宽带一分二微带电路其长度为22.3mm，最宽处仅为9.2mm，将拓扑结构做到了最小，有力支持了宽带四等分功分器的小型化。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括....个限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若千个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为名称。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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