功分器設(shè)計基本理論ppt課件

1、1,功分器設(shè)計,2,波導(dǎo)功分器，即T形分支(E-T、H-T) 微帶功分器，即Wilkinson功分器,3,波導(dǎo)T形分支（E-T、H-T,4,5,6,7,sH表示共軛轉(zhuǎn)置,3個元素,8,9,10,微帶功分器,11,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,1、等功分情況 微帶功分器可以進(jìn)行任意比例的功率分配，下面考慮等功分（3dB）情況，結(jié)構(gòu)及等效電路見下圖,圖5-36 Wilkinson功分器,1端口,2端口,3端口,參考接地線,12,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,奇-偶模分析 為簡化起見，將所有阻抗對特性阻抗Z0歸一化，湊成對稱電路結(jié)構(gòu)，輸出端具有的信號源如圖5-37。該網(wǎng)絡(luò)

2、相當(dāng)于中間平面是對稱的，歸一化值為1的電阻代表匹配源阻抗，1端源電阻為兩個歸一化值2的并聯(lián)組合，隔離電阻以兩個r/2的串聯(lián)組合。/4線具有的歸一化特性阻抗為z，并聯(lián)電阻具有歸一化值為r。下面證明對等分功分器，這些值應(yīng)為 和r = 2,圖5-37 歸一化、對稱形式的Wilkinson功分器,現(xiàn)在對圖5-37的電路定義兩個獨(dú)立的激勵模式：偶模Vg2 = Vg3 = 1V，奇偶Vg2 = Vg3 = 1V。然后，將這兩種模式相疊加，其有效激勵為Vg2 = 2V，Vg3 = 0，由此，可獲得此網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。下面我們分別討論這兩種模式激勵的情況,它歸結(jié)為兩個簡單電路之和，在輸出端分別用對稱和反對稱源來激

3、勵并進(jìn)行分析,13,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,1）偶模 對偶模激勵，Vg2 = Vg3 = 1V，所以V2 = V3，沒有電流流過r/2電阻或端口1兩根傳輸線入口之間連接處。因此，我們可將圖5-37的網(wǎng)絡(luò)對分，在這些點(diǎn)具有開路終端，以得出圖5-38（a）的電路（/4線的接地邊沒有示出）。這時，從端口2看入得到的阻抗為： Z0 = Z2 / 2 因而，從傳輸線看上去，如同一個/4變換器。因此，如果 ，端口2是匹配的，全部功率將傳到接在端口1的負(fù)載，S22=0。為了求S參量S12，需要電壓V1，它可由傳輸線方程求得。如讓端口2處x = 0，端口1處x = /4，從端口2指向端口1

4、為正方向，則線上電壓可寫為 在端口1處看向歸一化值為2的電阻上的反射系數(shù)為 和 S12=V1/V2 ，因此S12=-j0.707 由對稱性，我們亦有 S33 = 0和S13 = j0.707,14,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,2）奇模 奇模激勵時，Vg2 = Vg3 = 1V，所以V2 = V3，在圖5-37電路的中間有電壓零點(diǎn)。因此，我們可以用一個接地平面來切開此電路，給出圖5-38（b）的網(wǎng)絡(luò)。向端口2看去的阻抗為r/2，若r/2=1,則匹配S22=0。由于平行連接傳輸線長為/4，而且在端口1處短路，所以看上去在端口2為開路點(diǎn)，沒有功率送到端口1，S12=0。由對稱性有S3

5、3=0，S13=0,15,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,3) 奇偶模相加 這樣，總結(jié)一下，我們已導(dǎo)出下列S參量： S22 = S33 = 0（因?qū)煞N模式激勵時，端口2和3都是匹配的）； S12 = S21 = j0.707（因互易網(wǎng)絡(luò)的對稱性）； S13 = S31 = j0.707（因互易網(wǎng)絡(luò)的對稱性）； S23 = S32 = 0（因?qū)ΨQ等分面上為開路或短路）。 結(jié)果意味著：端口2和端口3是匹配的、功分特性、端口2和3之間是隔離的,16,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,4) 最后求S11 最后，我們還必須求出S11，用來確定當(dāng)端口2和3為匹配負(fù)載時，微帶功分器在

6、端口1的輸入阻抗。電路圖如圖5-39所示，從圖上可見它與偶模激勵V2 = V3時情況類似。因此，沒有電流流過歸一化值為2的電阻，它可以取走，剩下的電路如圖5-39（b）所示?，F(xiàn)在，有兩個/4波長變換器的并聯(lián)連接，終端接在歸一化負(fù)載上。故輸入阻抗為 而S11=0，這樣加上前面的奇偶模，就求出了全部的S參數(shù)。 圖5-39 用于導(dǎo)出S11的微帶功分器分析,注意：當(dāng)功分器在端口1激勵，且負(fù)載匹配時，電阻上沒有功率損耗。因此，當(dāng)輸出匹配時，功分器是無損耗的；只有從端口2和3來的反射功率消耗在那電阻上,17,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,設(shè)計一個頻率為f0、用于50系統(tǒng)阻抗的等分微帶功分器，

7、并且繪出回波損耗S11、插入損耗（S21 = S31）和隔離度（S23 = S32）與頻率（從0.5f0到1.5f0）的關(guān)系曲線。 解：由圖5-36和上述的推導(dǎo)，功分器中的/4傳輸線應(yīng)具有的特性阻抗為 并聯(lián)電阻為 R = 2Z0 = 100 在頻率f0傳輸線長為/4。采用微波電路分析中的機(jī)輔設(shè)計程序，可算出S參量幅度，并且繪在圖5-40上。 圖5-40 等分微帶功分器的頻響,18,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,2功率不等分 微帶型功分器亦可做成功率不等分的，如端口3和2之間的功率比為K2，即 P3/P2= K2 ，則可應(yīng)用下列設(shè)計方程： 如K = 1，則上述結(jié)果歸結(jié)為等分情況。另外還見到，輸出線被匹配到阻抗R2 = Z0K和R3 = Z0/K，而不是阻抗Z0，可用阻抗變換器來變換這些輸出阻抗,圖5-41 用微帶形式的功率不等分功分器,19,微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計,3. N路功分器和多節(jié)階梯變換 如下圖5-42所示，這電路可使所有端口匹配，且使所有端口隔離。但