具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

本发明实施例提供了一种功分器，图3是根据本发明实施例的功分器的结构框图，如图3所示，包括：

N个功分单元，其中，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口，级联结构中的第K级功分单元满足以下关系：

第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数。

通过本发明实施例，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。

在一个可选的实施方式中，在N、M和K均为1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，第1级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；

在N大于等于3，M大于等于2以及K等于1的情况下，第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，第1级功分单元的输出阻抗与第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；

在N大于等于3，M大于等于2以及K大于等于2且小于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，K为[2，M-1]中的任意正整数；

在N大于等于3，M大于等于2并且K等于M的情况下，第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，第K级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配。

在一个可选的实施方式中，功分器还包括：隔离阻抗单元，其中，隔离阻抗单元连接在功分单元的两个输出端口之间，隔离阻抗单元用于调节功分单元的输出阻抗以使功分单元的输出阻抗与功分单元的负载阻抗共轭匹配。

在一个可选的实施方式中，隔离阻抗单元包括并联的电阻和电容。

在一个可选的实施方式中，在N大于等于3以及M大于等于2的情况下，功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。

需要说明的是，当功分器包括两级或者两级以上的功分单元结构时，部分或者全部的中间端口的输入阻抗或者输出阻抗可以不等于该功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中，功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口；例如包括从功分器的第一级功分单元的输出端口直至该功分器的最后一级功分单元的输入端口中的所有端口，也包括第一级功分单元的输出端口和最后一级功分单元的输入端口。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种调节方法，应用于功分器中，例如上述实施例所述的功分器，图4是根据本发明实施例的调节方法的流程图，如图4所示，包括：

步骤S402，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；

步骤S404，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。

通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。

在一个可选的实施方式中，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，包括：

在N、M和K均为1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，并且，调节第1级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配，其中，功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗是预先设定的；

在N大于等于3，M大于等于2以及K等于1的情况下，调节第1级功分单元的输入阻抗与功分器的目标源阻抗共轭匹配，调节第1级功分单元的输出阻抗与第1级功分单元的负载阻抗共轭匹配；

在N大于等于3，M大于等于2以及K大于等于2且小于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，K为[2，M-1]中的任意正整数；

在N大于等于3，M大于等于2并且K等于M的情况下，调节第K级功分单元的输入阻抗与第K-1级功分单元的输出阻抗共轭匹配，并且，调节第K级功分单元的输出阻抗与功分器的目标负载阻抗共轭匹配。

在一个可选的实施方式中，通过以下方式调节第K级功分单元的的输出阻抗：

调节功分单元的特性阻抗和/或微带线长度；和/或，

利用隔离阻抗单元调节功分单元的输出阻抗，其中，隔离阻抗单元连接在功分单元的两个输出端口之间。

在一个可选的实施方式中，在N大于等于3以及M大于等于2的情况下，调节后的功分器中的全部或部分中间端口所对应的输入阻抗和/或输出阻抗不等于功分器的目标源阻抗或者目标负载阻抗，其中，中间端口为功分器中功分器输入端口和功分器输出端口之间的输入端口或者输出端口。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种功率分配方法，包括：利用如上述任一项所述的功分器进行功率分配。

可选实施方式

本发明实施例所要解决的技术问题是：为克服现有技术中存在的面积过大的问题以及传输损耗较大的缺陷，本发明实施例提供了一种新型小型化功分器的设计方法，通过此设计方法可以得到面积至少缩减至原来的三分之一，传输损耗也降低的功率分配器。

图5是根据本发明可选实施例的小型化功分器实施流程示意图，如图5所示，本发明实施例所述小型化功分器的方法包括以下步骤：

第一步：首先明确要求一分2^N功分器的源阻抗Z_S和负载阻抗Z_L，例如预先设置功分器的目标源阻抗和目标负载阻抗，令功分器的输入输出阻抗与源阻抗和负载阻抗共轭匹配。

第二步：实现从输入为Z_in1到输出与负载Z_L1匹配的一分二功率分配器。

本发明实施例所述功分器的输入端与信号源阻抗Zs匹配，输入阻抗为Z_in1＝Zs*，第一级一分二功分器的负载阻抗为Z_L1。功分器所用微带线的特性阻抗为Z₀₁，臂长为l₁。

令第一级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第一级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z₁可以由电阻R₁和电容C₁并联构成。隔离电阻R₁和电容C₁不仅起到改善隔离度的作用，还调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。

第三步：实现从输入阻抗为Z_in2到输出与负载Z_L2匹配的一分二功分器，与上述第二步设计的功分器级联实现一分四功分器。

本发明实施例所述第二级一分二功分器输入端与第一级一分二功分器输出阻抗Z_L1*匹配，输入阻抗为Z_in1＝Z_L1。功分器所用微带线的特性阻抗为Z₀₂，臂长为l₂。

令第二级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第二级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z₂由电阻R₂和电容C₂并联。隔离电阻R₂和电容C₂不仅起到改善隔离度的作用，还调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。

第四步：实现从输入阻抗为Z_ink到输出与负载Z_Lk匹配的一分二功分器，与第三步设计的功分器级联实现一分2^k功分器。其中，k＝2,3,...,N-1。

本发明实施例所述第k级一分二功分器输入端与第(k-1)级一分二功分器输出阻抗Z_L(k-1)*匹配，输入阻抗为Z_ink＝Z_L(k-1)。第k级一分二功分器的负载阻抗分别为Z_Lk。Z_ink和Z_Lk的关系是：

其中，Z_0k是第k级一分二功分器的特性阻抗，l_k是第k级一分二功分器的长度，Z_Lk是第k级一分二功分器的负载阻抗，Z_ink是第k级一分二功分器的输入阻抗，β＝2π/λ，λ是波长。

第k级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第k级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z_k由电阻R_k和电容C_k并联。隔离电阻R_k和电容C_k不仅起到改善隔离度的作用，还可以调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。

第五步：实现从输入阻抗为Z_inN到输出与负载Z_LN匹配的一分二功分器，与第四步设计的功分器级联实现一分2^N功分器。

本发明实施例所述第N级一分二功分器输入端与第(N-1)级一分二功分器输出阻抗Z_L(N-1)*匹配，第N级一分二功分器输入端的输入阻抗为Z_inN＝Z_L(N-1)。第N级一分二功分器的负载阻抗分别为Z_LN＝Z_L。功分器所用微带线的特性阻抗为Z_0N，臂长为l_N。

第N级一分二功分器的输出阻抗和负载阻抗共轭匹配，以获得良好的传输特性。第N级一分二功分器的两个输出端口之间由隔离阻抗连接，隔离阻抗Z_N由电阻R_N和电容C_N并联。隔离电阻R_N和电容C_N不仅起到改善隔离度的作用，还可以调节输出阻抗以实现和负载阻抗的共轭匹配。

第六步：将上述功分器级联组成一分2^N功分器。本发明实施例所设计的一分2^N功分器共N级，由2^N-1个功分器连接组成。具体的，第一级有一个一分二功分器，第二级有两个一分二功分器，第三级有四个一分二功分器，以此类推，第N级有2^(N-1)个功分器。

第一级一分二功分器的输入端和源阻抗相连，信号从源阻抗传递到第一级一分二功分器的输入端，通过第一级一分二功分器实现了功率的二等分分配。第一级一分二功分器的两个输出端分别接第二级两个一分二功分器的输入端，信号通过第一级和第二级功分器实现了功率的四等分分配。以此类推，第N-1级一分二功分器的两个输出端分别接第N级两个一分二功分器的输入端，信号通过这N级功分器实现了功率的2^N等分分配。

传统的Wilkinson功分器采用四分之一波长的功分器臂长实现输出端口到输入端口的50ohm匹配，本发明实施例中各级一分二功分器通过灵活的阻抗匹配而不需要限制在四分之一波长中，从而达到缩小功分器臂长，减小功分器尺寸的效果。无论是在板级电路或者在芯片电路中，此方法均适用且有效。采用本发明实施例所述的方法，与现有技术相比，减小了传输损耗，节约了面积，减少了制造成本等。

而基于本发明实施例阐述的理论设计具体一分十六功分器有效的解决了上述传统功分器存在的问题，一分十六功分器的整体结构示意图如附图6所示，图6是附图3中一分2^N功分器的具体实例。

在本发明实施例设计的各级一分二功分器中，输入阻抗Z_in和负载阻抗Z_L之间的关系是：

其中β＝2π/λ_g，

λ_g为信号在微带线介质中的波长，λ为信号在真空中的波长，ε_r为微带线中介质的介电常数。

与传统功分器设计不同的是，这里Z_in和Z_L不是固定的50ohm，而是可以实现的某个中间阻抗值。同样，功分器的臂长l也不是四分之一波长，而是由输入输出阻抗决定的值。

本发明实施例的功分器由微带线组成，信号线为顶层厚金属E1层，底层M1金属作为地平面，工作频段为37GHz～40GHz，四分之一波长约为1200μm，输入输出阻抗为50ohm。

在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第一级一分二功分器中，输入阻抗要和50ohm进行匹配，而输出阻抗则不需要和50ohm匹配，因此微带线的长度不需要四分之一波长的长度。设计微带线的特性阻抗为50ohm，输出端口的输出阻抗为56ohm-j25ohm，长度为387μm，是四分之一波长的三分之一。输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。

在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第二级一分二功分器中，设计输入阻抗为56ohm+j25ohm以匹配第一节功分器，同样采用50ohm特性阻抗的微带线实现功率一分二分配的功能。微带线长度为330μm，是四分之一波长的三分之一。输出端口的输出阻抗为40ohm-j40ohm，输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。

在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第三级一分二功分器中，设计输入阻抗为40ohm+j40ohm以匹配第二节功分器，同样采用50ohm特性阻抗的微带线实现功率一分二分配的功能，微带线长度为290μm。输出端口的输出阻抗为30ohm-j42ohm，输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。

在本发明实施例所涉及一分十六功分器的第四级一分二功分器中，设计输入阻抗为30ohm+j42ohm以匹配第三节功分器，输出阻抗要和50ohm负载匹配。输出端口之间的隔离度通过隔离电阻及电容优化。

将上述一二三四级一分二功分器级联，得到十六等分功分器。本发明实施例涉及的一分十六功分器包含一个第一级一分二功分器，两个第二级一分二功分器，四个第三级一分二功分器和八个第四级一分二功分器。传统Wilkinson功分器的每级一分二功分器的长度为四分之一波长，而本发明实施例所设计的功分器中每级一分二功分器的长度均只有传统功分器长度的三分之一。功分器的总面积为1.3mm*1.3mm，与传统的功分器相比，极大的缩小了芯片的面积成本。

另外，由于一分十六功分器长度的缩短，由于微带信号线的寄生而产生的损耗也减小了，因此本发明实施例设计的功分器也降低了传输损耗。

在37GHz～40GHz频段内，所设计的一分十六功分器的损耗小于1dB，各个输出端口的隔离度也均小于-20dB，输入端口的回波损耗S11<-10dB。所设计的一分十六功分器的回波损耗，插入损耗和隔离度曲线如图7所示。

综上，基于本发明实施例提出的一分2^N功分器设计方法设计出一分十六功分器，性能指标良好且面积缩小为传统Wilkinson功分器的三分之一左右，大大节省了电路设计的成本，适宜在电路设计中加以推广。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本发明的实施例还提供了一种计算机可读的存储介质，该计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述计算机可读的存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；

S2，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。

通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，调节第K级功分单元的输入阻抗以使第K级功分单元的输入阻抗与第K级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配；

S2，调节第K级功分单元的输出阻抗以使第K级功分单元的输出阻抗与第K级功分单元的负载阻抗共轭匹配，其中，N、K和M均为大于等于1的正整数，其中，功分器包括N个功分单元，N个功分单元级联形成M级的级联结构，每个功分单元均包括一个输入端口和两个输出端口。

通过上述步骤，由于每级功分单元的输入阻抗与每级功分单元的输入端所连接的单元的输出阻抗共轭匹配，并且，每级功分单元的输出阻抗与每级功分单元的负载阻抗共轭匹配，即，功分器的级间阻抗不再局限在固定的阻抗值，可以是某一个指定的复数阻抗，因此缩短了每级一分二功分器的长度，解决了相关技术中功分器信号线长度较长导致功分器面积较大的问题，实现了功分器整体面积的减少，并且还降低了功分器损耗。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。