功率分配器的制作方法

本申请属于技术功率处理领域，具体涉及一种功率分配器。

背景技术：

功率分配器(powerdivider)是一种将一路输入信号功率分成两路或多路输出相等或者不相等信号功率的器件，同时，还能够对波分成的两路或多路信号功率的相位进行调整，在高频系统中，一般需要将发射功率或者接收功率按照一定比例分配到各个子单元，满足天线或者信号处理的要求，因此，功率分配器在微波毫米波等通信系统中得到了广泛的应用。

目前随着雷达等微波系统的快速发展，对小型化，集成化的功率分配器的需求越来越大，但是现有技术中的功率分配器一般为平面结构，如传输线型功率分配器，通常采用传输线、电阻、移相器等连接，且传输线多为直线布线形式，导致功率分配器尺寸较大，不能满足雷达等微波系统对小型化、集成化的功率分配器的需求。

技术实现要素：

本申请实施例解决的技术问题之一在于提供一种功率分配器用以克服现有技术中功率分配器尺寸较大，不能满足雷达等微波系统对小型化、集成化的功率分配器的需求的问题。

本申请实施例提供一种功率分配器，包括至少两个输出端口、串接在所述至少两个输出端口间的至少两组谐振单元、以及设置在所述至少两组谐振单元间的输入端口，所述谐振单元包括由连接在所述至少两个输出端口间的导电线路绕制而成的电感，以及一端与所述电感连接且另一端接地的电容；所述输入端口接收输入功率信号并传输至所述至少两组谐振单元，以对所述输入功率信号进行分配得到至少两个输出功率信号，所述至少两个输出端口分别输出所述至少两个输出功率信号。

在本申请任一实施例中，所述谐振单元包括至少两个电感，所述至少两个电感由连接在至少两个输出端口间的导电线路绕制在一起而成，以使至少两个电感串联并形成互感，所述电容一端连接在所述至少两个电感之间且另一端接地。

在本申请任一实施例中，所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度可调整，以调整所述功率信号经过所述谐振单元后相位的变化值。

在本申请任一实施例中，所述谐振单元绕制所述电感所需的导电线路长度调整至预设值，以使所述功率信号经过所述谐振单元后，相位延迟90度。

在本申请任一实施例中，所述至少两个输出端口的数量为两个，所述两个输出端口间串接有两组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，所述输入端口设置在两组所述谐振单元之间，以形成等分功率分配器。

在本申请任一实施例中，还包括连接在所述两个输出端口之间的隔离电阻，以隔离所述两个输出端口输出的所述输出功率信号。

在本申请任一实施例中，所述至少两个输出端口包括第一输出端口、第二输出端口，所述第一输出端口与第二输出端口间串接三组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，并通过一组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元连接，以使四组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口设置在三组所述谐振单元之间，且与所述第一输出端口间隔一组所述谐振单元、与所述第二输出端口间隔两组所述谐振单元，以形成90度功率分配器。

在本申请任一实施例中，所述至少两个输出端口包括第三输出端口、第四输出端口，所述第三输出端口与所述第四输出端口之间串接五组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，并通过一组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元连接，以使六组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口设置在五组所述谐振单元之间，且与所述第三输出端口间隔两组所述谐振单元、与所述输入端口间间隔三组所述谐振单元，以形成180度功率分配器。

在本申请任一实施例中，所述输入端口包括和端口、差端口，所述输出端口包括第五输出端口、第六输出端口，所述第五输出端口与第六二输出端口之间串接四组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，并通过两组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元连接，以使六组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述和端口设置在两组所述谐振单元之间，所述差端口设置在四组所述谐振单元之间，且与所述第五输出端间隔三组所述谐振单元、与所述第六端口间隔一组所述谐振单元，以形成和差器。

在本申请任一实施例中，调整所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度，以使所述功率信号通过至少两组串联的所述谐振单元后相位延迟90度。

在本申请任一实施例中，调整所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度，以使所述功率信号经过一组所述谐振单元后，相位延迟b度，b可以被90整除，以使所述功率信号经过90/b组串联的所述谐振单元后，相位延迟90度。

在本申请任一实施例中，所述至少两个输出端口的数量为两个，所述两个输出端口间串接有180/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元，所述输入端口设置在所述180/b组谐振单元之间，并与所述两个输出端口均间隔90/b组所述谐振单元，以形成等分功率分配器。

在本申请任一实施例中，所述至少两个输出端口包括第一输出端口、第二输出端口，所述第一输出端口与第二输出端口间串接270/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元，并通过90/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元连接，以使360/b组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口设置在270/b组所述谐振单元之间，且与所述第一输出端口间隔90/b组所述谐振单元、与所述第二输出端口间隔180/b组所述谐振单元，以形成90度功率分配器。

本申请实施例提供的一种功率分配器，包括至少两个输出端口、串接在所述至少两个输出端口间的至少两组谐振单元、以及设置在所述至少两组谐振单元间的输入端口，所述谐振单元包括由连接在所述至少两个输出端口间的导电线路绕制而成的电感，以及一端与所述电感连接且另一端接地的电容；所述输入端口接收输入功率信号并传输至所述至少两组谐振单元，以对所述输入功率信号进行分配得到至少两个输出功率信号，所述至少两个输出端口分别输出所述至少两个输出功率信号，通过将导电线路绕制后形成电感，可以减小导电线路所需的空间，进而减小了功率分配器的尺寸，进而满足了雷达等微波系统对小型化、集成化的功率分配器的需求。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施例提供的一种功率分配器中的谐振单元结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种等分型功率分配器电路原理图；

图3为根据图2所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板；

图4是本申请实施例提供的一种等分型功率分配器电路原理图；

图5为根据图4所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板；

图6是本申请实施例提供的一种90度功率分配器电路原理图；

图7为根据图6所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板；

图8是本申请实施例提供的一种90度功率分配器电路原理图；

图9是本申请实施例提供的一种180度功率分配器电路原理图；

图10为根据图9所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板；

图11是本申请实施例提供的一种和差器电路原理图；

图12为根据图11所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板。

具体实施方式

尽管本发明能够具有许多不同形式的实施例，但在附图中显示并且将在本文详细描述的特定实施例，应该理解，这种实施例的公开应该被视为原理的示例，而非意图把本发明限制于显示和描述的特定实施例。在以下的描述中，相同的标号用于描述附图的几个示图中的相同、相似或对应的部分。

如本文所使用，术语“一个”或“一种”被定义为一个(种)或超过一个(种)。如本文所使用，术语“多个”被定义为两个或超过两个。如本文所使用，术语“其他”被定义为至少再一个或更多个。如本文所使用，术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。如本文所使用，术语“耦合”被定义为连接，但未必是直接连接，并且未必是以机械方式连接。如本文所使用，术语“程序”或“计算机程序”或类似术语被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。“程序”或“计算机程序”可包括子程序、函数、过程、对象方法、对象实现、可执行应用、小应用程序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其它指令序列。

在整个本文件中对“一个实施例”、“某些实施例”、“实施例”或类似术语的提及表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个本说明书的各种地方的这种词语的出现不必全部表示相同的实施例。另外，所述特定特征、结构或特性可非限制性地在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如本文所使用，术语“或者”应该被解释为是包括性的或者表示任何一种或任何组合。因此，“a、b或者c”表示“下面的任何一种：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a，b和c”。仅当元件、功能、步骤或动作的组合以某种方式固有地相互排斥时，将会发生这种定义的例外。

为了使本领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面结合本发明附图进一步说明本发明具体实现。

实施例一

本发明实施例提供一种功率分配器，其包括至少两个输出端口port2与port3、串接在所述至少两个所述输出端口间的至少两组谐振单元、以及设置在所述至少两组谐振单元间的输入端口port1，所述谐振单元包括由连接在至少两个输出端口间的导电线路绕制而成的电感，以及一端与电感连接另一端接地的电容；所述输入端口接收输入功率信号并传输至至少两组所述谐振单元，以对所述输入功率信号进行分配得到至少两个输出功率信号，所述至少两个输出端口分别输出至少两个输出功率信号，谐振单元的结构可以如图1所示。

与现有技术中通过直线布线方式设置导电线路相比，本实施例中，将导电线路绕制后形成电感，可以减小导电线路所需的空间，进而减小了功率分配器的尺寸，进而满足了雷达等微波系统对小型化、集成化的功率分配器的需求。

具体的，为了保证输入输出端口port1的特征阻抗，本实施例中，谐振单元中还包括一端与电感连接另一端接地的电容，通过电容与电感形成振荡电路，可以实现特定的特征阻抗，使功率信号顺利通过谐振单元而不被阻隔。

谐振单元中电感的电感值及电容的电容值可根据输入功率信号的频率进行设置，以使电感与电容形成的振荡电路的振荡频率与输入功率信号的频率一致，从而减小输入功率信号的损耗。

进一步的，在实施例中，如图1所示，所述谐振单元可以包括至少两个电感，所述至少两个电感由连接在至少两个输出端口间的导电线路绕制在一起，以使至少两个电感串联并形成互感，所述电容一端连接在所述至少两个电感之间另一端接地。导电线路绕制在一起形成互感，增大了功率分配器的带宽，降低了功率分配器的插损。

另外，本实施例中，谐振单元包括的电感以及电容具有移相效果，进而使谐振单元也具有移相效果，即功率信号通过谐振单元后相位会发生变化。其中，电感与电容具有移相效果为本领域内的公知常识，本领域内的技术人员可根据现有技术确定。但是在本实施例中，绕制电感所需的导电线路长度不同，也会使谐振单元的移相效果发生变化，如当导电线路的长度为功率信号波长的1/4时，功率信号经过导电线路后相位会延迟90度。因此本实施例中，谐振单元绕制电感所需的导电线路长度可调整，以调整所述功率信号经过每组所述谐振单元前后功率信号的相位差。

具体的，所述谐振单元绕制所述电感所需的导电线路长度调整至预设值，以使所述功率信号经过一组所述谐振单元后，相位延迟90度，进而可以通过两个或多个谐振单元连接后形成不同类型的功率分配器。两个或多个谐振单元连接后形成不同类型的功率分配器的方式具体参见以下实施例。

实施例二

本实施例提供一种等分型功率分配器，如图2、图3所示，等分型功率分配器的输出端口的数量为两个，分别为port2、port3，所述两个输出端口port2、port3间串接有两组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，分别为电感l1、电感l2以及接地电容c1组成的第一组谐振单元，电感l3、电感l4以及接地电容c2组成的第二组谐振单元，所述输入端口port1设置在两组所述谐振单元之间。其中，图2为本实施例提供的功率分配器电路原理图，图3为以砷化镓(gaas)作为基板材料，且以为金作为置于砷化镓的表面的材料，并根据图2所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板。

具体的，本实施例中，两组电感通过相同预设长度的导电线路绕制而成，且通过相同的电容接地(如图3中，电容通过接地孔v1接地)，以使两组谐振单元的阻抗相同、且两组谐振单元均可以使功率信号相位延迟90度，进而使两个输出端口输出的输出功率信号相同。等分型功率分配器中对阻抗和相位的要求为现有技术，本实施例在此不再赘述。

由于功率输出信号间会产生相互干扰，因此需要在功率分配器中增加隔离单元，用来隔离输出端口输出的输出功率信号。因此，本实施例中，如图2所示，功率分配器还包括连接在所述两个输出端口之间的隔离电阻r1，以隔离所述两个输出端输出口输出的所述输出功率信号，进而提高本实施例提供的等分型功率分配器的隔离度。

在本实施例的另一实现中，还可以调整所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度，以使功率信号通过至少两组串联的所述谐振单元后相位延迟90度。具体的，第一组谐振单元可以使相位延迟60度，第二组相位单元可以使相位延迟30度，进而使可以使功率信号通过两组串联的所述谐振单元后相位延迟90度。

在本实施例的再一实现中，可以设置多组相同的谐振单元，调整所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度，以使所述功率信号经过一组所述谐振单元后，相位延迟b度，b可以被90整除，以使所述功率信号经过90/b组串联的所述谐振单元后，相位延迟90度。

具体如图4、图5所示，等分型功率分配器中的输出端口的数量为两个，所述两个输入端口port2、port3间串接有180/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元，所述输入端口port1设置在所述180/b组谐振单元之间，并与所述两个输出端口port2、port3均间隔90/b组所述谐振单元。其中，图4为本实施例提供的功率分配器电路原理图，图5为以砷化镓(gaas)作为基板材料，且以为金作为置于砷化镓的表面的材料，并根据图4所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板。

本实施例中，通过调整每组谐振单元需要的导电线路的长度，并增加谐振单元的组数，可以调整功率分配器的形状，进而使功率分配器的形状、尺寸可变，增加了功率分配器的适配性。

实施例三

本实施例提供一种90度功率分配器，如图6、图7所示，等分型功率分配器的输出端口包括第一输出端口port2、第二输出端口port3，所述第一输出端口与第二输出端口间串接三组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，分别为电感l1、l2、与接地电容c1组成的第一组谐振单元，电感l7、l8、与接地电容c4组成的第二组谐振单元，电感l5、l6、与接地电容c3组成的第三组谐振单元，并通过一组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元(即电感l3、l4、与接地电容c2组成的第四组谐振单元)连接，以使四组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口port1设置在三组所述谐振单元之间，且与所述第一输出端口port2间隔一组所述谐振单元、与所述第二输出端口port3间隔两组所述谐振单元。其中，图6为本实施例提供的功率分配器电路原理图，图7为以砷化镓(gaas)作为基板材料，且以为金作为置于砷化镓的表面的材料，并根据图6所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板。

具体的，本实施例中，两组电感可以通过相同预设长度的导电线路绕制而成，且可以通过相同的电容值的电容接地(如通过图7中的接地孔v1、v2、v3、v4接地)，以使四组谐振单元的阻抗相同，且四组谐振单元均可以使功率信号相位延迟90度，进而使两个输出端口输出的功率信号相位相差90度。90度功率分配器中对阻抗和相位的具体要求为现有技术，本实施例在此不再赘述。

由于功率输出信号间会产生相互干扰，因此需要在功率分配器中增加隔离单元，用来隔离输出端口输出的输出功率信号。因此，本实施例中，还包括连接在第二组谐振单元与第三组谐振单元之间的隔离电阻r1，隔离电阻接地(如图7中，通过接地孔v5接地)以隔离所述两个输出端输出口输出的所述功率信号，进而提高本实施例提供的90度功率分配器的隔离度。

与实施例二类似，在本实施例的另一实现中，也可以调整所述谐振单元绕制电感所需的导电线路长度，以使所述功率信号通过多组串联的所述谐振单元后相位延迟90度。

具体如图8所示，90度功率分配器中的输出端口包括第一输出端口port2、第二输出端口port3，第一输出端口port2、第二输出端口port3间串接270/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元，并通过90/b组可以使所述功率信号相位延迟b度的谐振单元连接，以使360/b组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口port1设置在270/b组所述谐振单元之间，且与所述第一输出端口间隔90/b组所述谐振单元、与所述第二输出端口间隔180/b组所述谐振单元；图中包括一隔离电阻，隔离电阻一端接地另一端接入谐振单元间并与输入端口间隔90/b组所述谐振单元、与第一输出端口port2间隔90/b组所述谐振单元，其中功率信号经过90/b组串联的所述谐振单元后，相位延迟90度。

本实施例中，通过调整每组谐振单元需要的导电线路的长度，并增加谐振单元的组数，可以调整功率分配器的形状，进而使功率分配器的形状、尺寸可变，增加了功率分配器的适配性。

实施例四

本实施例提供一种180度功率分配器，如图9、图10所示，180度功率分配器的输出端口包括第三输出端口port2、第四输出端口port3，所述第三输出端口port2与所述第四输出端口port3之间串接五组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元，分别为电感l1、l2、与接地电容c1组成的第一组谐振单元，电感l3、l4、与接地电容c2组成的第二组谐振单元，电感l11、l12、与接地电容c6组成的第三组谐振单元，电感l10、l9、与接地电容c5组成的第四组谐振单元，电感l7、l8、与接地电容c4组成的第五组谐振单元，并通过一组可以使所述功率信号相位延迟90度的谐振单元(电感l5、l6、与接地电容c3组成的第六组谐振单元)连接，以使六组所述谐振单元串接并构成环形回路，所述输入端口port1设置在五组所述谐振单元之间，且与所述第三输出端口间隔两组所述谐振单元、与所述第四输出端口间间隔三组所述谐振单元。其中，图9为本实施例提供的功率分配器电路原理图，图10为以砷化镓(gaas)作为基板材料，且以为金作为置于砷化镓的表面的材料，并根据图9所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板。

具体的，本实施例中，六组谐振单元中可以通过相同预设长度的导电线路绕制而成相同的电感，且可以通过相同的电容接地(图10中的v1、v2、v3、v4、v5、v6为接地孔)，以使六组谐振单元的阻抗相同，且六组谐振单元均可以使输入功率信号相位延迟90度，进而使两个输出端口输出的功率信号相位相差180度。180度功率分配器中对阻抗和相位的要求为现有技术，本实施例在此不再赘述。

与实施例二相似，本实施例中的谐振单元，也可以通过调整绕制电感需要导电线路的长度，来调整功率信号经过谐振单元后，相位延迟的度数，180度功率分配器的具体的电路图与实施例二中的电路图相似，在此不再赘述。

本实施例中，通过调整每组谐振单元需要的导电线路的长度，并增加谐振单元的组数，可以调整功率分配器的形状，进而使功率分配器的形状、尺寸可变，增加了功率分配器的适配性。

实施例五

本实施例提供一种和差器，如图11、图12所示，和差器的输入端口包括和端口(∑端口)、差端口(δ端口)，所述输出端口包括第五输出端口port1、第六输出端口port2，和差器的环形电路与180度功率分配器中的环形电路结构一致，在此不再赘述。和差器与180度功率分配器不一致的是输入端口、输出端口的位置，具体的，如图所示，第五输出端口、第六输出端口间间隔两组谐振单元，分别为电感l1、l2、与接地电容c1组成的第一组谐振单元，l3、l4、与接地电容c2组成的第二组谐振单元，和端口设置在第一组谐振单元与第二组谐振单元之间，差端口与第六输出端口间隔一组谐振单元，为l5、l6、与接地电容c3组成的第三组谐振单元，差端口与第五输出端口间隔三组谐振单元，分别为l7、l8、与接地电容c4组成的第四组谐振单元，l9、l10、与接地电容c5组成的第五组谐振单元，l11、l12、与接地电容c6组成的第六组谐振单元。和差器中对阻抗和相位的要求为现有技术，本实施例在此不再赘述。其中，图11为本实施例提供的功率分配器电路原理图，图12为以砷化镓(gaas)作为基板材料，且以为金作为置于砷化镓的表面的材料，并根据图11所示的电路原理图采用半导体集成电路工艺制作的电路板，图12中的v1、v2、v3、v4、v5、v6为接地孔。

与实施例二相似，本实施例中的谐振单元，也可以通过调整绕制电感需要导电线路的长度，来调整功率信号经过谐振单元后，相位延迟的度数，和差器的电路原理图可根据实施例二中的电路原理图得到，在此不再赘述。

本实施例中，通过调整每组谐振单元需要的导电线路的长度、并增加谐振单元的组数，可以调整功率分配器的形状，进而使功率分配器的形状、尺寸可变，增加了功率分配器的适配性。

需要说明的是，虽然以上实施例中描述的是功率分配器，但是功率分配器可以和功率合成器之间作倒置变换，如实施例四提供的180度功率分配器的输入端口、输出端口间作倒置变换后即可作为180度功率合成器使用。因此本发明实施例相关的功率合成器也在本发明的保护范围内。

另外，以上实施例中的图3、图5、图7、图10、图12只是以半导体集成电路工艺为例进行说明，但并不作为本发明的限定，本发明中提供的功率分配器也可以通过其他半导体工艺方式(如基板材料为mems、gan等)或pcb板工艺方式或陶瓷工艺方式(比如al2o3、ltcc、htcc等)实现。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。