一种新型谐波抑制功分器的设计研究

具有谐波抑制功能的功分器既具有重要理论价值， 储存，是因为在这里场的结构受到边界变形的影响
同时也满足实际应用的要求。最近，缺陷地结构 而发生了改变。
（DGS）、电磁带隙结构（EBG），超常介质材料等技术
具有不连续性的地区和电源反复交换能量必须
应用到天线、耦合器、功放和振荡器的设计中，被用 靠该地区与电源之间的传输线作为媒介，电源向该
为功率合成器。一个功分器的输出端口之间应保证 线构成了带阻滤波器，通过调节准 T 型环的半径和
一定的隔离度。功分器通常为能量的等值分配，通过
阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的 宽度，可以构成工作在不同频率的带阻滤波器。通过
频带特性。传统 3dB Wilkinson 功分器重要指标有： 传输线模型可以算出对称的环形线的参数。图 3 中
则软件消抖，以便确认是否真的有键按下。延时 10ms （SM420361K 数码管）模块 6 个功能模块的设计，以
后再次扫描 P2 口，第二次与初始值比较，若相等则 及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包
表明前一次比较不相等是由抖动产生；如果不相等则 括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速
度有关。
1 功分器简介
3 传输线等效模型分析
功分器是功率分配器的简称，功分器可以将一
图 1 是由 2 条 1/4波长微带线和 1 个 100Ω 电
路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等 阻组成的传统 WILKINSON 功分器。图 2 为具有谐
能量,也可以将多路信号能量合成一路输出，此时称 波抑制功能的功分器，两段对称的准 T 型环形微带
mi-
计了一个工作在 1.7GHz 具有 3 阶谐波抑制功能的
收稿日期:2010-09-18;修订日期:2011-01-15 作者简介:刘喜荣（１９６４－），女，河北辛集人，研究方向：Leabharlann Baidu气工程及自动化。
·52·
煤炭技术
第 30 卷
典型的微带不连续性包括：金属带终端开路、缝
0 引言
隙、宽度阶跃、十字接头、T 型结构和拐角。
其中 T 型结构和拐角是典型的微带不连续结构
Wilkinson 功分器是微波功率放大器的重要器 模型。所谓微带线不连续结构就是微带线中金属导
件，是射频系统和通信系统的关键部件之一，被广泛 带的几何结构发生突变。在微带线不连续处，场的结
应用于功率合成、混频器、倍频器，天线阵列等微波 构发生质的变化，不仅在横截面内场的分布和连续
电路的设计中。随着通信技术的迅猛发展和通信业 线段不一样，而且在纵向上也不再是单纯的波动，其
于抑制高次谐波，但是上述提到的几种结构会增加 地区输送能量要通过入射波，不连续性向电源输送
相移和带内损耗。K.-H.Yi 通过在功分器的输出端增 能量要通过反射波。因此，微带上发生不连续性时，
加电感和开路短截线，达到了抑制 n 次谐波的功能， 它的作用就是：①在这个地区发生能量的存储；②引
然而集中参数电感在高频段工作性能不佳。文中提 起反射波。
阻止了脉冲信号的输出。
［１］ 莫正康．电力电子应用技术［Ｍ］． 北京：机械工业出版社，２００９．
3.2.4 电机控制中断程序流程图 定时器中断 0 服务程序的中断时间由当前的转
速决定。进入中断程序后，首先要保护现场，再根据当 前值设置 TH0 和 TL0 的值。然后判断转动方向控制 位的值，如果是 0 则控制脉冲信号 P1.0，P1.2 输出，如 果是 1 则控制脉冲信号 P1.1，P1.3 输出。最后恢复现
图 5 为电长度 θ3 与阻抗 Z2，Z3 阻抗关系图。为 了尽可能减小功分器尺寸，微带线电长度 θ2 必须小 于 45°。由于高阻抗会带来高损耗，微带线过窄又不 利于加工制作，故选取 Z2,Z3 的阻抗为 94 Ω，对应电 长度 θ2 为 37°。通过各段微带线的阻抗值和电长度 可算出微带线宽度和长度。
竞争的加剧，在射频微波系统中，对 Wilkinson 功分 中还包含有只在本地按正弦波的形式振动的部分，
器性能指标提出了越来越高的要求。
这后一部分是在局部地区内存储能量并与电源反复
现代无线通信中，降低非线性电路中高次谐波 交换的表现，它和以波动的形式沿着传输线传输能
干扰一直是微波工程师面临的巨大挑战。因此研究 量的情况是不同的。在这个局部地区内会发生能量
利用削角方法来补偿微带线不连续性是一种较
Microwave office 2008 EM simulator 软件对该功分 常见和有效的方法。其实这种方法可应用于任意张
器进行仿真，仿真结果和实际测试结果符合较好。该 角的拐角。斜削长度的最佳值与特征阻抗和拐角角
功分器对 3 次谐波抑制达到 40dB。
4 结论
步进电机的控制系统设计由硬件设计和软件设
图 5 步进电机控制系统主程序流程图
3.2.2 读键盘子程序
计两部分组成。其中，硬件设计包括 MSP430 单片机
首先初始化实际键值参数为 0FH，然后扫描 P2 的电源模块、键盘控制模块、测速模块、步进电机
口，与初始值比较，相等则说明没有键按下，不相等 驱 动 （集 成 达 林 顿 UL N2003） 模块、数码显 示
插入损耗 （Insertion Loss）；Port1，Port2 的回波损耗
（Return Loss）；Port2 与 Port3 之 间 的 隔 离 度
（Isolation）。从结构上来看，功分器是由 2 条 λ/4 的
传输线外加隔离电阻构成，这就导致在 X 波段以下
其体积过大，因此应用范围受到限制。从 Wilkinson
［２］ 胡大可．ＭＳＰ４３０ 系列 ＦＬＡＳＨ 型超低功耗 １ ６ 位单片机 ［Ｍ］．北 京：北京航空航天大学出版社，２００１：８９－９０．
［３］ 孙笑辉， 韩曾晋． 减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动 的方法［Ｊ］．电气传动，２００１（７）：７６－７７．
［４］ 刘国永，陈杰平．单片机控制步进电机系统设计［Ｊ］．安徽技术师范 学院学报， ２００２（７）：３５－３６． （责任编辑 王凤英）
z3，θ3
S21 S11
频率/GHZ
（a）S11 与 S21 仿真与实测 S参数
z2，θ2
z2，θ2
S21 S11
图 4 准 T 型微带线环等效模型
Z2＝Z1cotθ2
Z3＝Z1
cos2θ2tanθ3 1-2sin2θ2-θ2
（1） （2）
频率 /GHZ
（b）S22 与 S32 仿真与实测 S 参数 图 6 1.7GHz 谐波抑制功分器 S 参数图
功分器出现开始，很多研究者就提出各种不同的方 案来使得功分器的体积更小，从而适应单片微波集
图 1 传统 WILKINSON 功分器
成电路（MMIC）的发展。集总参数模型的提出却带来
功分器工作频带变窄的不利变化，长度短于 λ/4 的
分布的传输线和在输入、输出端口加载电容的办法
也有一定效果，但频带范围依然受到限制。
第 30 卷第 3 期 2011 年3 期
煤炭技术
Coal Technology
Vol.30,No.03 March,2011
一种新型谐波抑制功分器的设计研究
刘喜荣
（河北工程技术高等专科学校，河北 沧州 061001）
摘 要:提出了一种具有 3 次谐波抑制功能的 WILKINSON 功分器。利用准 T 行微带线环构成一个工作在 3 次谐波
5 结束语
文中设计了一种新型的具有 3 次谐波抑制功能 的 Wilkinson 功分器，通过准 T 行微带线环构成抑制 3 次谐波的带阻滤波器，并用传输线模型对准 T 行微 带线环对性进行了研究。根据测量结果，中心频率在 1.7 GHz 时，S11，S21，S22，S32 参数值分别为-33 dB，-3.5
参考文献:
4 功分器的设计、仿真与测试
［1］ H. W . Liu, Z. F. Li, X. W. Sun, J.F. Mao.Harmonic suppres si on with photonic bandgap and defected ground structure for a
为验证文中提出的准 T 行微带线环功分器结构，设
2 T 形结构和拐角的不连续性
图 2 谐波抑制 WILKINSON 功分器
第3期
刘喜荣：一种新型谐波抑制功分器的设计研究
z1，θ1
·53·
z3 z，3/Ω S/dB S/dB
图 3 普通 WILKINSON 中 1/4 波长微带线
微带线电长度 θ1 为 90°。图 4 中短截线 Z3 电长度 θ3 也为 90°，并在 3 阶谐波处具有带阻滤波器特性。两 段级连微带线的特性阻抗参数 Z2 以及开路短截线 特性阻抗参数 Z3 计算公式如下：
出了一种在传统的 WILKINSON 功分器上添加准 T
由于上列两项，场通过不均匀地区而重新沿均
型微带线环并可抑制 3 次谐波的功分器，用传输线 匀线传输时，它的相位和振幅都可能与进入不均匀
模型对准 T 型微带线环进行分析；设计了一种工作 性地区之前有所不同。
在 1.7GHz 的 谐 波 抑 制 Wilkinson 功 分 器 ； 应 用
dB，-40 dB。结果表明，该功分器在所有端口实现了
z2
z3=z3=94Ω θ2=37°
z3
阻抗匹配，在输出端口实现了等功率分配。而且，由 5.1 GHz 频率的 S21 参数，该功分器对 3 次谐波具有 40 dB 的抑制。因此，在各种微波电路中具有良好的应 用前景。
图 5 电长度 θ3 与阻抗 Z2，Z3 阻抗关系图
Novel Powr Divider with Harmonic Suppession
LIU Xi-rong
（Hebei Engineering and Technical College, Cangzhou 061001, China）
Abstract:A novel Wilkinson 3-dB power divider with the third harmonic suppression is proposed. The equivalent T -shaped microstrip lines are designed to form a bandstop filter at the third harmonic frequency to suppress the third harmonic signal. A 40-dB third harmonic suppression is achieved. It is able to achieve less than 3.5dB insertion loss, less than 30dB of the return loss, and better than 35dB of isolation at 1.7GHz. Key words:comprehensive mechanized coal mining equipment; conveyance; technics; trackless rubber-tyred subsidiary haulage
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 场，返回，等待下次中断。 通过用当前转速控制中断时间，控制了脉冲的输 出频率，也就到达了控制步进电机转动速度的目的；通 过检测方向控制位的电平，选择脉冲信号 P1.0，P1.2 与 P1.1,P1.3 间的切换，控制了步进电机各引出端的 接通顺序，也就到实现了步进电机转动方向的控制。
处的带阻滤波器，从而达到抑制 3 次谐波的功能。该功分器对 3 次谐波具有 40dB 的抑制，当工作中心频率为
1.7GHz 时，插损小于 3.5dB，回损小于 30dB，输出端口隔离度大于 35dB。
关键词:功分器；谐波抑制；带阻滤波器
中图分类号:TN626
文献标识码:A
文章编号:1008-8725（2011）03-0051-03
表明确实有键按下。执行读键盘子程序里的指令，将相 信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方
应的变量值改变，为键盘处理子程序做准备。
向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显
3.2.3 键盘处理子程序
示在 LED 数码管上，对速度进行实时监控显示。
T0 控制着脉冲信号的输出，关闭定时器 T0 也就 参考文献：