[发明专利]N路功率分配器/合成器

说明书

本发明涉及一种微波系统(Micro wave system)，特别是涉及N路功率分配器/合成器(N-Way power divider/Combiner)。

在超高频系统中一般使用把高频功率分配给多个输出端口的功率分配器和把输入多个端口的高频功率进行合成而输出给一个端口的功率合成器。

例如，功率分配器有效地把从一个信号源所输出的超高频信号按一定比率分配给多个需要的部分。功率合成器有效地把从多个信号源或放大器所输出的超高频信号进行合成而提高一个天线或输出的强度。这样的合成器和分配器一般为一个电路。

作为上述这样的功率分配器/合成器的一个例子，存在由维尔金斯(Wilkinson)所提出的“N-Way Wilkinson power divider”(其中，N为大于1的常数)。N-维尔金斯功率分配器的基本结构是包括用于输入至少一个高频信号的输入端口和用于分配输出由上述输入端口所输入的高频信号的至少一个输出端口。虽然这样的结构可以制成各种形态的，但是，一般构成为微带(Micro strip)线，在带状基板上所构成的例子为其代表性的例子。

图1表示现有技术中的N路功率分配器/合成器的构造，其由维尔金斯所提出而被称为“N路均等维尔金斯功率分配器”。

下面简要说明上述图1那样构成的N路均等维尔金斯功率分配器的构成及工作。

当在端口(10)中输入高频信号(RF)时，上述高频信号RF被输入到传输线(transmission line)(20,22,24,26)一例的节点(N1)。此时，上述传输线(20,22,24,26)各自的长度为“λ/4”(其中，λ代表输入高频信号的波长)，它们各自的另一端节点(N2)连接在一例共同连接在共同节点(CN)上的绝缘(isolation)电阻(28,30,32,34)的另一侧上。在这样上述绝缘电阻(28,30,32,34)的另一侧和上述传输线(20,22,24和26)的另一侧节点N2上，具有用于输出所分配的信号的端口(36,38,40,42)。

上述端口(10)被作为共同输入输出端口来使用，这些端口(36,38,40,42)作为单独输入输出信号的端口来使用。在多个端口(10,36,38,40,42)上分别连接输出高频信号的发射机、接收机或放大高频信号的高频功率放大器。

这样，当在上述那样的端口(10)中输入高频信号(RF)时，上述所输入的高频信号的RF功率被分成具有相同相位和振幅的信号并且分离给N个端口(在图1的构成中为4个端口(36,38,40,42))而输出。此时，当各个端口(36,38,40,42)的负载(load)被匹配时，在连接在各个传输线(20,22,24,26)的另一侧节点N2上的绝缘电阻(28,30,32,34)上没有功率损耗。这样，仅高频信号被分配给作为输出端子所使用的端口(36,38,40,42)而进行传输。

此时，在上述图1的结构中，具有“λ/4”的长度并连接在端口(10)和多个绝缘电阻(28,30,32,34)之间的传输线(20,22,24,26)与来自端口(36,38,40,42)的反射信号具有相同的相位。当使这样的传输线(20,22,24,26)的特性阻抗为(Z₀)时，为下式1那样：

【式1】 Z 0 = n × R 0 ]]>

在上述式1中，n是不为“0”的自然数，R₀是传输线(20,22,24,26)的线电64此时，图1那样的N-维尔金斯功率分配器的输入阻抗(Zin)为Z₀。

当变换按上述那样工作的N路功率分配器的输入和输出时，作为合成(Combine)高频信号的N路功率合成器(N-Way power combiner)而工作。例如，把端口(36,38,40,42)作为输入高频信号的输入端口来使用，当把端口(10)作为输出所合成的高频信号的输出端口而使用时，就能作为N路功率合成器而使用，其工作为下述这样。