一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器，功分器包括至少四个端口、功分结构、隔离结构和移相结构，功分结构包括第一～第三传输线，移相结构包括第四～第六传输线，功分结构和移相结构采用集成电路等效实现时，第一～第三传输线采用呈高通特性的等效网络实现，第四～第六传输线采用呈低通特性的等效网络实现，且功分结构的特征频率向中心频率的下边带偏离，移相结构的特征频率向中心频率的上边带偏离。本发明专利技术改善了集成三路Wilkinson功分器的插损问题，优化了带宽问题，提高了集成度，及统一了功分器中第二输出端口和第三输出端口的端口阻抗，提高了功分器的易用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器


[0001]本专利技术属于功率分配器
，具体涉及一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器。

技术介绍

[0002]功率分配器是将输入信号功率分成相等的或不等的几路输出的一种多端口微波网络，功率分配器(简称功分器)是射频、无线通信系统和天线阵列馈电系统中不可或缺的功能单元。1960年Ernest J.Wilkinson提出一种能够实现等幅度、同相位功率分配的结构，该结构原理清晰，参数设计简单明了，各端口匹配良好，输出端口间隔离度高，在微波电路设计中获得广泛应用。
[0003]在微波电路和天线馈电系统中经常需要使用一分三的功分器(简称三路功分器或三功分器)，由于Wilkinson结构满足输出端口的空间对称关系，当有三路输出时，输入端口只能位于电路结构中心，采用垂直馈电结构，而且三个输出端口互成120
°
，这使得该结构的功分电路难以采用微带电路等平面电路实现，且不易与整个电路系统集成。针对Wilkinson结构功分器存在的上述缺点，许多研究人员致力于改进Wilkinson功分器或进行全新设计。目前广泛采用的三功分器有如下几类：1、采用两个或两个以上二功分器级联构成三功分器；2、采用与Wilkinson结构原理相近似的平面对称三功分器结构，通过合理设计隔离电阻值、采用宽度渐变微带线和采用耦合微带线等手段，抑制三路间的不平衡，获得良好的功率等分性能和隔离性能；3、采用扇形微带枝节和辐射状放置的电阻构成宽带多路功分结构；4、由不同特征阻抗的微带线构成多端口网络，实现各端口良好的匹配和端口间的隔离，并由指定的端口完成三功分器的功能。
[0004]如图1所示，给出了一个三路Wilkinson功分器的例子。参考图l，一个三路Doherty放大器包含三段传输线TL1、TL2、TL3，和三个隔离电阻R23、R34、R24。此外，还包括四个端口，其中Port1是输入端口，Port2、3、4是输出端口。在三路Doherty功率放大器应用中，三路Wilkinson功分器放置在输入端用来将输入信号分配到每一路放大器。通常来说，因为放大器的尺寸和偏置均不相同，所以三路Wilkinson功分器的功率分配也是不等分的。例如，峰值放大器会多分配一些输入功率，以保证其能够输出充足的功率用来调制主放大器。
[0005]对于三路不等Wilkinson功分器而言，四个端口的负载阻抗和三段传输线的特征阻抗遵循以下公式：
[0006][0007][0008][0009][0010][0011][0012]Z
Port2
＝Z0
×
k2；
[0013]Z
Port3
＝Z0
×
k3；
[0014]Z
Port4
＝Z0
×
k4；
[0015]其中，上述P2、P3、P4分别是输出端口2、3、4所分得的功率，假设功分器本身是无耗的，那么输出端口2、3、4的输出功率之和应该是输入端口1的输入功率，Z0是端口1的负载阻抗，Z
TL1
、Z
TL2
、Z
TL3
分别是传输线TL1、TL2、TL3的特征阻抗，Z
Port2
、Z
Port3
、Z
Port4
分别是端口2、3、4的负载阻抗。
[0016]首先，从实现方式上来说，我们可以通过等效电路替换经典Wilkinson功分器中的传输线从而实现集成化的Wilkinson功分器。在这些等效电路中，电容常以并联的形式出现，电感常以串联的形式出现(串L并C)。然而，以上等效电路与传输线的等效关系仅仅在中心频率成立，当工作频率偏离了中心频率时，性能会快速恶化。
[0017]其次，从电路架构上来说，因为Wilkinson功分器的输出端口之间是同相的，所以用于Doherty功放模块中的功分器需要在3/4端口规划额外的移相网络。这些移相网络的实现依赖于CLC或LCL等效电路，所以当工作频率偏离了中心频率时，移相网络的性能同样会快速恶化。
[0018]最后，集成电路中电感的实现方式以平面螺旋电感为主，它的等效模型中包含了多种寄生效应，其中影响最大的是到地电容Csub和串联电阻Rs。由于这两者的存在，电感往往受困于低自谐振频率和低Q值，从而影响功分器的整体性能。

技术实现思路

[0019]本专利技术的主要目的在于提供一种改进型的威尔金森功分器及Doherty放大器。
[0020]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种改进型的威尔金森功分器，包括：
[0021]至少四个端口，所述端口包括一输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；
[0022]功分结构，所述功分结构包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线串联于所述输入端口和所述第一输出端口之间，所述第二传输线串联于所述输入端口和所述第二输出端口之间，所述第三传输线串联于所述输入端口和所述第三输出端口之间；
[0023]隔离结构，所述隔离结构包括第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻，所述第一隔离电阻的一端并接于所述第一传输线和第一输出端口之间，另一端并接于所述第二
传输线和第二输出端口之间，所述第二隔离电阻的一端并接于所述第二传输线和第二输出端口之间，另一端并接于所述第三传输线和第三输出端口之间，所述第三隔离电阻的一端并接于所述第一传输线和第一输出端口之间，另一端并接于所述第三传输线和第三输出端口之间；
[0024]移相结构，所述移相结构包括第四传输线、第五传输线和第六传输线，所述第四传输线串接于所述第二传输线和第二输出端口之间，所述第五传输线和第六传输线串接且串接于所述第三传输线和第三输出端口之间；
[0025]所述功分结构和移相结构采用集成电路等效实现时，所述第一传输线、第二传输线和第三传输线采用呈高通特性的等效网络实现，所述第四传输线、第五传输线和第六传输线采用呈低通特性的等效网络实现，且所述功分结构的特征频率向中心频率的下边带偏离，所述移相结构的特征频率向中心频率的上边带偏离。
[0026]在一优选实施例中，所述功分器采用集成电路等效实现时，所述第一传输线的等效电路包括采用串C并L型的第一高通滤波器，所述第二传输线的等效电路包括采用串C并L型的第二高通滤波器，所述第三传输线的等效电路包括采用串C并L型的第三高通滤波器。
[0027]在一优选实施例中，所述第一高通滤波器包括两个第一电感和一第一电容，所述第一电容串接于所述输入端口和所述第一输出端口之间，其中一个所述第一电感的一端并接于所述输入端口和所述第一电容之间，另一端接地，另一个所述第一电感的一端并接于所述第一电容和所述第一输出端口之间，另一端接地。
[0028]在一优选实施例中，所述第二高通滤波器包括两个第二电感和一第二电容，所述第二电容串接于所述输入端口和所述第二输出端口之间，其中一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型的威尔金森功分器，其特征在于：所述功分器包括：至少四个端口，所述端口包括一输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；功分结构，所述功分结构包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第一传输线串联于所述输入端口和所述第一输出端口之间，所述第二传输线串联于所述输入端口和所述第二输出端口之间，所述第三传输线串联于所述输入端口和所述第三输出端口之间；隔离结构，所述隔离结构包括第一隔离电阻、第二隔离电阻和第三隔离电阻，所述第一隔离电阻的一端并接于所述第一传输线和第一输出端口之间，另一端并接于所述第二传输线和第二输出端口之间，所述第二隔离电阻的一端并接于所述第二传输线和第二输出端口之间，另一端并接于所述第三传输线和第三输出端口之间，所述第三隔离电阻的一端并接于所述第一传输线和第一输出端口之间，另一端并接于所述第三传输线和第三输出端口之间；移相结构，所述移相结构包括第四传输线、第五传输线和第六传输线，所述第四传输线、第五传输线和第六传输线的中的任意一段串接于三个输出端口中的任意一个端口与对应的功分结构的传输线之间，其余两段串接于剩余的两个输出端口中的其中一个端口与对应的功分结构的传输线之间，所述第四传输线串接于所述第二传输线和第二输出端口之间，所述第五传输线和第六传输线串接且串接于所述第三传输线和第三输出端口之间；所述功分结构和移相结构采用集成电路等效实现时，所述第一传输线、第二传输线和第三传输线采用呈高通特性的等效网络实现，所述第四传输线、第五传输线和第六传输线采用呈低通特性的等效网络实现，且所述功分结构的特征频率向中心频率的下边带偏离，所述移相结构的特征频率向中心频率的上边带偏离。2.根据权利要求1所述的一种改进型的威尔金森功分器，其特征在于：所述功分器采用集成电路等效实现时，所述第一传输线的等效电路包括采用串C并L型的第一高通滤波器，所述第二传输线的等效电路包括采用串C并L型的第二高通滤波器，所述第三传输线的等效电路包括采用串C并L型的第三高通滤波器。3.根据权利要求2所述的一种改进型的威尔金森功分器，其特征在于：所述第一高通滤波器包括两个第一电感和一第一电容，所述第一电容串接于所述输入端口和所述第一输出端口之间，其中一个所述第一电感的一端并接于所述输入端口和所述第一电容之间，另一端接地，另一个所述第一电感的一端并接于所述第一电容和所述第一输出端口之间，另一端接地。4.根据权利要求2所述的一种改进型的威尔金森功分器，其特征在于：所述第二高通滤波器包括两个第二电感和一第二电容，所述第二电容串接于所述输入端口和所述第二输出端口之间，其中一个所述第二电感的一端并接于所述输入端口和所述第二电容之间，另一端接地，另一个所述第二电感的一端并接于所述第二电容和所述第二输出端口之间，另一端接地。5.根据权利要求2所述的一种改进型的威尔金森功分器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梦苏，林良，刘昊宇，郑爽爽，
申请(专利权)人：苏州华太电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：