第三章微帶線功率分配器

1、電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線功率分配器p概述概述u功率分配器概念：功率分配器概念：將將輸入信號分成相等或不等輸入信號分成相等或不等的多路的多路功率功率輸輸出網(wǎng)絡出網(wǎng)絡u功率分配器應用功率分配器應用 高功率合成高功率合成 MMIC PAMMIC PA； 功率功率分配分配 相控陣雷達相控陣雷達將發(fā)射功率分配到各天將發(fā)射功率分配到各天線線單元；單元； 共共用同一本振的多通道收發(fā)系統(tǒng)用同一本振的多通道收發(fā)系統(tǒng) 功率功率合成合成（功率合成器功率合成器）電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線功率分配器p概述概述u功率分配器主要技術(shù)指標：功率分配器主要技術(shù)指

2、標： 支路數(shù)支路數(shù) 功率分配比功率分配比 隔離度隔離度 損耗損耗 駐波駐波 功率容量功率容量u功率分配器類型功率分配器類型 二進制樹形，級聯(lián)型，二進制樹形，級聯(lián)型，N-N-路路型，型， 等功率型，非等功率型等功率型，非等功率型 隔離型，非隔離隔離型，非隔離型型 波導波導型，同軸型，微帶型型，同軸型，微帶型 電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線功率分配器pWilkinson N-way Hybrid power dividerWilkinson N-way Hybrid power dividerA coaxial line in which the hollow inne

3、r conductor has been split into A coaxial line in which the hollow inner conductor has been split into n splines splines of length of length /4. /4. A shorting plate connects the splines at the input end, and resistors are A shorting plate connects the splines at the input end, and resistors are con

4、nected in a radial manner between each spline at the output end and a connected in a radial manner between each spline at the output end and a common junctioncommon junctionOutput connectors are shown connected to the splines in an “in line ” mannerOutput connectors are shown connected to the spline

5、s in an “in line ” manner電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線功率分配器p微帶微帶Wilkinson Wilkinson 功分功分器器電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配功率分配器結(jié)構(gòu)與功能器結(jié)構(gòu)與功能u平衡平衡工作狀態(tài)：工作狀態(tài)：通過選擇不同通過選擇不同Z02和和Z03的的 g/4線，并配接合適線，并配接合適的負載的負載R2和和R3，實現(xiàn)不同比例的實現(xiàn)不同比例的功率分配功率分配/ /功率合成，并使功率合成，并使(2)(2)、(3)(3)端口間無壓差

6、，電阻端口間無壓差，電阻R R上上無電流無電流u由由T/YT/Y型結(jié)，特性阻抗為型結(jié)，特性阻抗為Z02和和Z03的的 g/4線線、電阻、電阻R R構(gòu)成的構(gòu)成的三三端口端口功率分配網(wǎng)絡功率分配網(wǎng)絡: (1: (1) )為輸為輸入端口，入端口， (2)(2)、 (3 (3) )為輸出端口為輸出端口u非平衡工作狀態(tài)非平衡工作狀態(tài)： (2) (2)、(3)(3)端口端口間存在電壓差，電阻間存在電壓差，電阻R R上有電流上有電流流過。由流過。由(2)(2)口輸入的信號分為兩路口輸入的信號分為兩路達到達到(3)(3)端口端口：一路：一路Z02 g/4線線Z03 g/4線，一路通過電阻線，一路通過電阻R R

7、，并在，并在(3)(3)端口實現(xiàn)相互抵消。端口實現(xiàn)相互抵消。即實現(xiàn)即實現(xiàn)(2)-(3)(2)-(3)端口隔離端口隔離隔離電阻隔離電阻電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配功率分配器網(wǎng)絡分析器網(wǎng)絡分析u功率分配比與支路阻抗的關(guān)系功率分配比與支路阻抗的關(guān)系 設設(2)、(3)端口功率分配比：端口功率分配比：232PKP 平衡工作狀態(tài)，平衡工作狀態(tài)，(2)、(3)端口無電壓差：端口無電壓差：Z2Z3V2V322322323VVPPZZ，23VV223ZKZV1電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.

8、5 微帶線帶線功率分配器Z2Z3V2V3223ZK ZV1Zin3Zin2 Zin2 和和 Zin3為在為在(1)(1)處分別向處分別向支路支路(1)-(2)(1)-(2)和支路和支路(1)-(3(1)-(3) )的輸?shù)妮斎胱杩梗喝胱杩梗?2in2022in3033ZZZZZZ， 在在(1)處處分別流向支路分別流向支路(1)-(2)(1)-(2)和支路和支路(1)-(3(1)-(3) )的功率比值：的功率比值：22in30321in222231in3in20231ZZPVZZPVZZZZK20203ZKZu功率分配比與支路阻抗的關(guān)系功率分配比與支路阻抗的關(guān)系 功率功率分配比與支路阻抗的分配比與

9、支路阻抗的關(guān)系：關(guān)系：230222033PZZKPZZ電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器Z2Z3V2V3V1Zin3Zin2u輸入端匹配要求輸入端匹配要求 在在輸入端輸入端(1),(1),支路支路(1)-(2)(1)-(2)和和支支路路(1)-(3(1)-(3) )為并聯(lián)關(guān)系：為并聯(lián)關(guān)系：Z0=Zin2 / Zin32202032222302032222020323231=11ZZZZZZKZZKZKZZZ230222033PZZKPZZ2022003302111+ZZZKZZZK

10、，電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器Z2Z3V2V3V1Zin3Zin2u阻抗關(guān)系確定阻抗關(guān)系確定 選擇合適的選擇合適的Z2、Z3，根據(jù)要，根據(jù)要求的功率分配比為求的功率分配比為K2，可，可得到各分支路特性阻抗：得到各分支路特性阻抗：230222033PZZKPZZ20301ZKZZZK、20202030311ZZK KKZZK 例如：例如：3dB功分器（等功率分功分器（等功率分配配），），K=1，Z0=50歐姆，歐姆，有有：2323002030=502=70.7PPZZZZZZ電

11、子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器u不等分功率分配器設計不等分功率分配器設計 K1，Z2 Z0， Z3 Z020301ZKZZZK、20202030311ZZK KKZZKZ2Z30420005300=1=ZZZKZZZZZK 采用采用 /4阻抗變換段實現(xiàn)同阻抗變換段實現(xiàn)同一系統(tǒng)端口一系統(tǒng)端口阻抗阻抗 Z0要求要求電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器u隔離電阻隔離電阻R R

12、 通過求解通過求解端口端口(2)-(3)(2)-(3)之間的之間的傳輸系數(shù)來確定電阻傳輸系數(shù)來確定電阻R R的大的大小小 并聯(lián)并聯(lián)二端口二端口網(wǎng)絡，采用導納矩網(wǎng)絡，采用導納矩陣分析陣分析212121()()0RTyyy 11122122RTyyyyyyyi=0us電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器(1)(1)串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻y矩陣矩陣231111RRRyZ ZRR(2)T(2)T形網(wǎng)絡形網(wǎng)絡y矩陣矩陣 0020344ggTZaaaa先求解級聯(lián)先求解級聯(lián)A A矩陣；再利用矩陣；再利用A-YA-Y轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換求解換求解電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5

13、 微帶線帶線三端口功率分配器(2 (2-1 -1 ) T) T形網(wǎng)絡形網(wǎng)絡a矩陣矩陣02202420200gZjZaZjZ 003020203020030ZZZaZ ZZZZ03303430300gZjZaZjZ電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器(2 (2-2 -2 ) T) T形網(wǎng)絡形網(wǎng)絡a矩陣矩陣02302030320230320230TZZZ ZZZZZ ZaZZZZ302320230320230203023032111TZZZZZZZZZZ ZdaybZ ZaZZZZ (2 (2-3 -3) T) T形網(wǎng)絡形網(wǎng)絡y矩陣矩陣電子科技大學電子工程學院

14、微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器(3)(3)并聯(lián)二端口網(wǎng)絡并聯(lián)二端口網(wǎng)絡y矩陣矩陣 11122122RTyyyyyyy2121210RTyyyi=0us2302302030Z ZZZ ZRZ Z02030Z ZRZ 隔離電阻隔離電阻電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器 隔離電阻隔離電阻200011KRZKZZKKZ2Z0Z3Z0 /K20202303011ZZK KZZKK20301ZKZZZK選取：電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功

15、率分配器u設計公式設計公式Z2Z0Z3Z0 /K2322030202023030001111PK PZKZZZKZZK KZZKKRKZZK 例如：例如：3dB功分器（等功率分功分器（等功率分配配），），K=1，Z0=50歐姆，歐姆，有有：23230020300=502=70.7R=2=100PPZZZZZZZ電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器p寬帶寬帶微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器u微帶微帶Wilkinson Wilkinson 功率分配器相于阻抗功率分配器相于阻抗變換器變換器12302/1KZZZZK0102

16、0302/1KZZZZK 0101ZZZ 顯然：單級微帶單級微帶Wilkinson Wilkinson 功率分配器帶寬一般為功率分配器帶寬一般為30%30%左右，左右，可增加可增加“阻抗變換級阻抗變換級”段段級級數(shù)獲得寬帶性能數(shù)獲得寬帶性能電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5微帶線帶線三端口功率分配器p寬帶寬帶微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器u增加增加“阻抗變換段阻抗變換段”級數(shù)方法級數(shù)方法 N-N-節(jié)寬帶功率分配器節(jié)寬帶功率分配器 輸入端增加四分之一波長阻抗變換器輸入端增加四分之一波長阻抗變換器電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5

17、微帶線帶線三端口功率分配器p寬帶寬帶微帶線微帶線wilkinson wilkinson 功率分配器功率分配器u輸入端增加輸入端增加“四分之一波長阻抗變四分之一波長阻抗變換段換段”的方法的方法 可看做兩級四分之一波長阻抗可看做兩級四分之一波長阻抗變換器級聯(lián)變換器級聯(lián)Za2011aZZZ2010aZZZ01aaZZrZZ選取相同阻抗變換比：電子科技大學電子工程學院微波集成電路講義3.5 微帶線帶線三端口功率分配器u輸入端增加輸入端增加“四分之一波長阻抗變換段四分之一波長阻抗變換段”的寬帶的寬帶wilkinsonwilkinson功分功分器設計公式器設計公式232203014010231244020152440300011(1)(1)1PK