радиочастотный делитель мощности
Классы МПК: | H01P5/16 сопряженные устройства, те устройства, имеющие по крайней мере одно плечо, развязанное с каким-либо другим плечом |
Автор(ы): | Вук Ким (KR) |
Патентообладатель(и): | Самсунг Электроникс Ко., Лтд (KR) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-09 публикация патента:
20.10.1999 |
Предлагается радиочастотный делитель мощности для использования в усилителе высокой мощности УВЧ диапазона радиопередатчика. Радиочастотный делитель мощности включает в себя единый входной порт; первый и второй выходы порты; первую микрополосковую линию, соединенную с входным портом; первую и вторую катушки, подсоединенные параллельно к выходной стороне первой микрополосковой линии; вторую микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной первой катушки и первым выходным портом; третью микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной второй катушки и вторым выходным портом; первый конденсатор, подсоединенный между землей и контактной точкой первой микрополосковой линии и первой и второй катушек; резистор, подсоединенный между контактной точкой первой катушки и второй микрополосковой линии и контактной точкой второй катушки и третьей микрополосковой линии; и второй конденсатор, подсоединенный параллельно к этому резистору. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается делитель мощности Вилкинсона, реализованный в сборной единой эквивалентной схеме, где 4 линии формируются посредством катушек и конденсаторов, являющихся обобщенными элементами и заменяющими микрополосковые линии. Техническим результатом является создание малогабаритного разночастотного делителя мощности в соответствии с изменениями внешних условий. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Радиочастотный делитель мощности для использования в усилителе высокой мощности УВЧ диапазона радиопередатчика, содержащий единый входной порт, первый и второй выходные порты, первую микрополосковую линию, подсоединенную к входному порту, вторую микрополосковую линию, подсоединенную к первому выходному порту, третью микрополосковую линию, подсоединенную к второму выходному порту, первый конденсатор, подсоединенный между землей и выходной стороной первой микрополосковой линии, и соединенные параллельно резистор и второй конденсатор, которые включены между другими концами второй и третьей микрополосковых линий, отличающийся тем, что первая и вторая катушки подсоединены параллельно к выходной стороне первой микрополосковой линии, при этом выходная сторона первой катушки присоединена к другому концу второй микрополосковой линии, а выходная сторона второй катушки присоединена к другому концу третьей микрополосковой линии. 2. Радиочастотный делитель мощности по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой делитель, состоящий из трех делителей мощности. 3. Радиочастотный делитель мощности по п.2, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются катушками с воздушным сердечником. 4. Радиочастотный делитель мощности по п.1, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются катушками с воздушным сердечником. 5. Радиочастотный делитель мощности по п.4, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются точками регулировки в соответствии с изменениями внешних условий. 6. Радиочастотный делитель мощности по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит измерительный разъем для подсоединения измерительного вывода измерительного прибора к каждому из входных портов и первому и второму выходным портам. 7. Радиочастотный делитель мощности по п.6, отличающийся тем, что на заднюю поверхность пайки измерительного разъема наложена шелковая ткань. 8. Радиочастотный делитель мощности по п.7, отличающийся тем, что шелковая ткань наложена по кругу с центром в соединительной части измерительного вывода. 9. Радиочастотный делитель мощности по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит третий, четвертый, пятый и шестой выходные порты, третью и четвертую катушки, подсоединенные параллельно к первому выходному порту, четвертую микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной третьей катушки и третьим выходным портом, пятую микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной четвертой катушки и четвертым выходным портом, третий конденсатор, подсоединенный между землей и контактной точкой второй микрополосковой линии и третьей и четвертой катушек, второй резистор, подсоединенный между контактной точкой третьей катушки и четвертой микрополосковой линии и контактной точкой четвертой катушки и пятой микрополосковой линии, четвертый конденсатор, подсоединенный параллельно второму резистору, пятую и шестую катушки, подсоединенные параллельно второму выходному порту, шестую микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной пятой катушки и пятым выходным портом, седьмую микрополосковую линию, подсоединенную между выходной стороной шестой катушки и шестым выходным портом, пятый конденсатор, подсоединенный между землей и контактной точкой третьей микрополосковой линии и пятой и шестой катушек, третий резистор, подсоединенный между контактной точкой пятой катушки и шестой микрополосковой линии и контактной точкой шестой катушки и седьмой микрополосковой линии, и шестой конденсатор, подсоединенный параллельно третьему резистору. 10. Радиочастотный делитель мощности для использования в усилителе высокой мощности УВЧ диапазона радиопередатчика, содержащий единый входной порт, первый и второй выходные порты, первую микрополосковую линию, подсоединенную к входному порту, вторую микрополосковую линию, подсоединенную к первому выходному порту, третью микрополосковую линию, подсоединенную к второму выходному порту, резистор, включенный между другими концами второй и третьей микрополосковых линий, а также первый и второй конденсаторы, отличающийся тем, что первая и вторая катушки подсоединены параллельно к выходной стороне первой микрополосковой линии, выходная сторона первой катушки подсоединена к другому концу второй микрополосковой линии, выходная сторона второй катушки подсоединена к другому концу третьей микрополосковой линии, первый конденсатор подсоединен между землей и контактной точкой первой катушки и второй микрополосковой линии, второй конденсатор подсоединен между землей и контактной точкой второй катушки и третьей микрополосковой линии, третий конденсатор подсоединен между землей и контактной точкой второй микрополосковой линии и резистора, а четвертый конденсатор подсоединен между землей и контактной точкой третьей микрополосковой линии и резистора. 11. Радиочастотный делитель мощности по п.10, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются катушками с воздушным сердечником. 12. Радиочастотный делитель мощности по п.11, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются точками регулировки в соответствии с изменениями внешних условий. 13. Радиочастотный делитель мощности по п.10, отличающийся тем, что первая и вторая катушки являются точками регулировки в соответствии с изменениями внешних условий. 14. Радиочастотный делитель мощности по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит измерительный разъем для подсоединения измерительного вывода измерительного прибора к каждому из входных портов и первому и второму выходным портам. 15. Радиочастотный делитель мощности по п.14, отличающийся тем, что на заднюю поверхность пайки измерительного разъема наложена шелковая ткань.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к радиочастотным делителям мощности и, в частности к делителю мощности Вилкинсона (Wilkinson), используемому в усилителе высокой мощности УВЧ (ультравысокочастотного) диапазона радиопередатчика. При обеспечении различных услуг пейджинговой радиосвязи у поставщиков этих услуг возникают серьезные проблемы, с ремонтом и менеджментом. Особенно это связано с тем, что увеличение числа абонентов пейджинговой связи привело к пропорциональному увеличению количества пейджинговых радиопередатчиков, используемых для передачи сигнала по воздушному каналу. Однако поставщики услуг не могут неограниченно увеличивать объем оборудования пейджинговой радиосвязи, не затрагивая при этом персонал и вспомогательную аппаратуру. Таким образом, поскольку сигналы различной формы передаются быстро и одновременно, и радиопередатчики пейджинговой связи транслируют сигналы все дальше и дальше, желательно обеспечить адекватные услуги, обеспечиваемые существующим персоналом и установленным оборудованием пейджинговой радиосвязи и вспомогательной аппаратурой, независимо от увеличения числа абонентов. Соответственно имеет место насущная потребность в усилителе мощности высокой мощности, который способен передавать сигнал на более широкую область. В то же время большинство усилителей высокой мощности обеспечивают выходной сигнал высокой мощности путем объединения множества усилительных устройств параллельно для усиления радиосигнала. Однако такие комбинации имеют ограничения по выходу. Устройство для разделения или суммирования радиосигналов называется радиочастотным делителем мощности или сумматором. Радиочастотные делители мощности разбиваются на делители мощности с Т-образным соединением, делители мощности Вилкинсона и квадратурные гибридные делители мощности. Они используются избирательно в соответствии с их характеристиками. Эти радиочастотные делители мощности используются в радиопередатчиках таких, как вышеупомянутые передатчики пейджинговой радиосвязи. Среди них в радиопередатчиках УВЧ диапазона широко используется делитель мощности Вилкинсона, который на фиг. 1 показан с точки зрения линий передачи. На фиг. 1 изображен делитель мощности Вилкинсона с расщеплением пополам для деления входного сигнала на два равных выходных сигнала. Здесь выходные сигналы находятся в фазе и на 3 дБ меньше, чем входной сигнал. Делитель мощности Вилкинсона по фиг. 1 обычно реализуется на подложке с помощью микрополосковых или коаксиальных линий, имеющих соответствующие импедансы, как показано на фиг. 2. Радиочастотный делитель мощности по фиг. 2 имеет один входной порт IP1, и первый и второй выходные порты OP1 и OP2. Микрополосковая линия 10 соединена с входным портом IP1, а две микрополосковые линии 18 и 12 соединены последовательно между выходной стороной микрополосковой линии 10 и первым выходным портом OP1. Две микрополосковые линии 20 и 14 соединены последовательно между выходной стороной микрополосковой линии 10 и вторым выходным портом OP2. Если положить, что импеданс системы равен Z0, то соответствующие импедансы микрополосковых линий 10, 12 и 14 составляют Z0, как показано на фиг. 1. Импедансы микрополосковых линий 18 и 20, которые функционируют как линии четвертной волны![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-2t.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
фиг. 1 - схема обычного делителя мощности Вилкинсона, представленная с помощью линий передачи;
фиг. 2 - схематическое представление делителя мощности Вилкинсона, показанного на фиг. 1, который реализован с помощью микрополосковых линий;
фиг. 3A и 3B - изображения общей эквивалентной схемы микрополосковой линии;
фиг. 4 - схематическое представление радиочастотного делителя мощности, использующего обобщенные элементы согласно варианту настоящего изобретения;
на фиг. 5A и 5B показаны соответственно вид сбоку и вид спереди на катушки, показанные на фиг. 4;
фиг. 6 - схематическое представление радиочастотного делителя мощности, показанного на фиг. 4, после модификации;
фиг. 7 - схематическое представление четырехвыходного радиочастотного делителя мощности, где используется радиочастотный делитель мощности, показанный на фиг. 6;
на фиг. 8 показаны шаблоны измерительного разъема согласно варианту настоящего изобретения; и
фиг. 9 - вид на заднюю поверхность измерительного разъема, показанного на фиг. 8, с нанесенной на нее шелковой тканью. Пример варианта осуществления настоящего изобретения будет подробно описан со ссылками на прилагаемые чертежи. Такие подробности, как схемные решения, типы, формы и число деталей, а также представленные в качестве примеров значения (параметров) приводятся для того, чтобы обеспечить исчерпывающее понимание настоящего изобретения. Однако, специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть реализовано без указанных подробностей. Вдобавок следует отметить, что одинаковые ссылочные позиции обозначают на чертежах одинаковые элементы. Кроме того, известные функции и конструкции, которые можно опустить, в изобретении подробно не описываются. Микрополосковые линии могут быть смоделированы в виде сборной общей эквивалентной схемы, реализованной с помощью обобщенных элементов. То есть, одна микрополосковая линия, как показано на фиг. 3A, может быть реализована в виде эквивалентной схемы с одной катушкой L1 и двумя конденсаторами C1 и C2, как показано на фиг. 3B. Таким образом согласно варианту настоящего изобретения
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-3t.gif)
где L - индуктивность, а C - емкость. Поскольку Z1 равно
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-4t.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140018/920.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-5t.gif)
Поскольку центральная частота составляет 325 МГц, уравнение (2) преобразуется относительно индуктивности L и емкости C как
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-6t.gif)
Следовательно, если радиочастотный делитель мощности по фиг. 4 используется при частоте 325 МГц, катушки 22 и 24 имеют соответственно индуктивность 34.63 нГн, а конденсаторы 26, 28, 30 и 32 имеют соответственно емкость 6.93 пФ. Катушки 22 и 24 представляют собой катушки с воздушным сердечником, как показано на фиг. 5A и 5B. На фиг. 5A и 5B показаны соответственно вид сбоку и вид спереди на катушки 22 и 24. Полагая здесь, что радиус катушек 22 и 24 составляет
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140018/947.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140123/2140123-7t.gif)
Между тем, радиочастотный делитель мощности по фиг. 4 может быть трансформирован в делитель по фиг. 6 посредством объединения конденсаторов 26 и 28 в единый конденсатор, а конденсаторов 30 и 32 в один конденсатор. То есть, для излучения тепла, создаваемого во время суммирования и разделения мощности, к теплоотводу через ПП (печатную плату), конденсаторы 26 и 28 объединяются в конденсатор 34, имеющий емкость 2C их параллельного соединения на ПП, в то время как конденсаторы 30 и 32 объединяются в конденсатор 36, имеющий емкость C их последовательного соединения на ПП. Конденсатор 34 подсоединяется между контактной точкой микрополосковой линии 10 и катушек 22 и 24 и землей. Конденсатор 36 подсоединяется параллельно резистору 16. Обычно имитация с использованием имитирующих средств позволяет оценить характеристики устройства в целом с минимальными усилиями до интеграции элементов на ПП. В результате имитации радиочастотного делителя мощности, показанного на фиг. 6, с помощью имитатора Тачстоуна (Touchstoune) была произведена оценка результатов измерений. Во время этой имитации индуктивность катушек с воздушным сердечником 22 и 24 и емкости конденсаторов 34 и 36 составляли соответственно 32.6 нГн, 10.42 пФ и 0.747 пФ. С другой стороны, емкости конденсаторов 34 и 36 составляли соответственно 10 пФ и 0.7 пФ при применении натуральных фарфоровых конденсаторов. Вдобавок индуктивность катушек 22 и 24 может быть получена из уравнения (4) и должна быть отрегулирована с использованием анализатора электрических схем после процесса изготовления. Следовательно, катушки 22 и 24 изготовляются посредством намотки эмалированного провода диаметром 1.2 мм вокруг формирующего стержня диаметром 4 мм три раза и регулировки с помощью измерительного прибора, чтобы получить индуктивность 32 нГн, прежде чем они будут интегрированы в ПП. Используемый шаблон ПП был разработан с помощью средств CAD (автоматизированного проектирования), то есть, производителя волн (wave maker) на основе данных, оцененных с помощью имитатора Тачстоуна. В радиочастотном делителе мощности согласно настоящему изобретению была использована тефлоновая подложка, имеющая диэлектрическую постоянную
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140032/949.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)
![радиочастотный делитель мощности, патент № 2140123](/images/patents/331/2140062/955.gif)