[发明专利]威尔金森分配器

说明书

一种混合毫米波威尔金森分配器，包括输入端口(1)、第一输出端口(2)、第二输出端口(3)，以及传输线，在载体基板(PCB、31)中通过传输线实施将输入端口(1)连接到第一和第二输出端口(2、3)。连接在第一和第二输出端口(2、3)之间的威尔金森分配器的隔离电阻器被集成到安装在载体基板上的单片微波集成电路(MMIC)芯片(40)中。在MMIC芯片上，隔离电阻器被连接在RF输入金属焊盘之间。在MMIC芯片(40)上提供用于由RF输入金属焊盘引起的寄生电容的补偿电路，使得片上电阻器对于载体基板(PCB、31)上的威尔金森分配器的输出端口(2、3)表现为纯电阻。

技术领域

本发明涉及毫米波设备，并且具体地涉及毫米波威尔金森分配器和毫米波相控阵列。

背景技术

对于利用功率分离网络(诸如协同或并联馈送系统)的天线阵列系统，三端口功率分配器的使用尤其重要。协同只是在维持从输入到输出端口的相等路径长度的情况下利用某种分布在n个输出端口之间分离功率的策略。其能够利用其中常常使用三端口功率分配器的n路功率分离器来实施。

威尔金森功率分配器是三端口网络，当输出端口匹配时，其是无损的；其中仅仅消耗反射功率。能够将输入功率分离为具有相同的振幅的两个或更多个同相信号。如在图1中所图示的，威尔金森分配器电路可以包括：在一端(端口1)直接地连接在一起的两个四分之一波长(λ/4)传输线TL1和TL2，以及连接在传输线的另一端(端口1和3)之间的电阻器R_s。电阻器R_s将端口2和端口3隔离并且允许三个端口全部匹配。通常，对于Z₀阻抗系统中的等幅合成器/分配器，传输线TL1和TL2具有为Z₀√2的特性阻抗以及集总隔离电阻器为2Z₀且三个端口全部匹配，得到输出端口之间的高隔离。由于对称性，自动保证了等幅、同相合成/分配。具有阻抗为Z₀的传输线的区段可以进一步连接在三个端口中的每一个。对于50Ω系统中的等幅合成器/分配器的情况，电阻器的电阻是100Ω，两个传输线TL1和TL2的特性阻抗都是50√2Ω(～70.7Ω)。等分(3dB)威尔金森的设计常常以带状线或微带形式制作。通常借助于例如表面安装器件(SMD)电阻器的分立电阻器来实施隔离电阻器R_s，该表面安装器件(SMD)电阻器是在现代印制电路中用于电阻器的优选技术。可用不同尺寸的SMD电阻器，这意味着需要不同尺度的焊盘来附接(焊接)隔离电阻器。

在现代的电信和雷达系统中常常使用天线阵列、或相控阵天线。如现有技术中公知的，相控阵列包括多个辐射元件，诸如16、64或256个元件。提供一种功率分布网络或馈送网络，其在多个输出端口(多个辐射元件)之间分离来自单个输入(一个发射器)的信号功率。大体上，如同威尔金森功率分配器，能够顺从地进行每个2分功率分配。图2图示出1比8馈送网络2，其中由第一威尔金森分配器W1将Tx信号分别分离到两个并联的1比4馈送网络W2、W3、W4以及W2'、W3'、W4'，对总共八个输出或辐射元件AF1-AF8n馈送。威尔金森分配器馈送网络需要许多布线，但是另一方面，保证所有前端当中的信号振幅和相位一致性。尽管如此，随着阵列的尺寸增长，布线的量和馈送网络的尺寸快速地增加。

在雷达系统中已经惯常采用了毫米波段。最近，因为在诸如全球移动通信系统(GSM)和通用移动电信系统(UMTS)等等的移动蜂窝式系统中应用的微波波段不能支持高数据速率业务，所以毫米波段已经接收到更多关注，例如60GHz波段，其能够提供若干GHz的带宽用于这些短程通信。另外，60GHz波段中的通信具有某些优点，诸如仿真组件和天线的可能的小型化。

也能够对于毫米波天线阵列馈送网络采用威尔金森分配器配置。在一种方式中，用于天线阵列的馈送网络包括上的带状线威尔金森分配器。然而，PCB环境中的挑战是威尔金森分配器的隔离电阻器的实施。诸如在60GHz和更高的频率的SMD电阻器的分立电阻器是昂贵的，并且对于大型阵列，它们可能不易装配。替代方式可以是LTCC(低温共烧陶瓷)技术，其具有“内置”电阻器，但是LTCC技术的价格高于基本PCB技术的价格。