功率合成與分配課件

第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（HDPE）管和纖維纏繞玻璃鋼夾砂（FRP）管在技術(shù)性能上具有較大優(yōu)勢。再將這兩種管材進(jìn)行比較：對(duì)于相同管徑的單重，F(xiàn)RP管是混凝土管的1/2左右，HDPE管的重量則介于FRP與混凝土管之間；HDPE管略便宜于FRP管。第10章功率合成與分配第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（HDPE）管和纖維纏繞玻璃鋼夾砂（FRP）管在技術(shù)性能上具有較大優(yōu)勢。再將這兩種管材進(jìn)行比較：對(duì)于相同管徑的單重，F(xiàn)RP管是混凝土管的1/2左右，HDPE管的重量則介于FRP與混凝土管之間；HDPE管略便宜于FRP管。

功率合成：

通過功率合成網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)高頻功率放大器的輸出功率相加；

功率分配：

通過功率分配網(wǎng)絡(luò)，將高頻信號(hào)功率均勻、互不影響地同時(shí)分配給多個(gè)獨(dú)立的負(fù)載，使每個(gè)負(fù)載獲得功率相等、相位相同（或相反）的信號(hào)。

第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（H1第10章功率合成與分配課件2常用方法：

傳輸線變壓器、傳輸線定向耦合器和1/4波長傳輸線等。

功率合成與分配是相互聯(lián)系的，用作功率合成的晶體管，必須通過功率分配而得到激勵(lì)信號(hào)。

合成網(wǎng)絡(luò)與分配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，其區(qū)別不過是信號(hào)源與負(fù)載相互調(diào)換了位置。常用方法：

傳輸線變壓器、傳輸線定向耦合器和1/43第一節(jié)

傳輸線變壓器

功率合成與分配

特點(diǎn)：

頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡單、插入損耗??；用于VHF頻段、小功率等級(jí)。

第一節(jié)

傳輸線變壓器

功率合成與分配

4一、

功率合成網(wǎng)絡(luò)

一、

功率合成網(wǎng)絡(luò)

5

61、A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小相等的高頻信號(hào)

流過RA的電流為IA，流過RB的電流為IB。由傳輸線理論可知，若終端匹配并忽略傳輸線本身的損耗時(shí)，流過兩繞組的電流大小相等，但相對(duì)于同名端而言方向相反，即一個(gè)流入同名端，一個(gè)流出同名端。

1、A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小相等的高頻信號(hào)

7傳輸線變壓器功率合成網(wǎng)絡(luò)等效電路傳輸線變壓器功率合成網(wǎng)絡(luò)等效電路8∵uSA=uSB=u，RA=RB=R，IA=IB=I，

UA=u-IARA=u-IR，

UB=u-IBRB=u-IR，

∴UA=UB，UAB=0，

I2=0，I1=IA=IB=I，

RD上得到的功率PD=0

∵uSA=uSB=u，RA=RB=R，IA=9在匹配的狀態(tài)下（RC=R/2），每一信號(hào)源送出的功率為I2R（I為有效值），負(fù)載RC得到的功率為

PC=（2I1）2RC=（2I）2R/2=2I2R，為A、B兩點(diǎn)注入功率之和。

C點(diǎn)對(duì)地電壓：UC=2IR/2=IR

∵uI=2I2R，u=2IR

∴UA=UB=u-IR=2IR-IR=IR=UC，說明A、B、C三點(diǎn)同電位。

在匹配的狀態(tài)下（RC=R/2），每一信102、

A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小不等的高頻信號(hào)

變壓器兩繞組的匝數(shù)相等，分析時(shí)可認(rèn)為兩繞組的電壓大小相等，電流相等（相對(duì)于同名端而言方向相反）。

2、

A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小不等的高頻信號(hào)

11

根據(jù)等效電路圖可得到以下關(guān)系（注意：矢量關(guān)系）：

IA=I1+I2（1-1）

IB=I1-I2，（1-2）

UA=UAC+2I1RC=UAC+I1R（1-3）

UB=UBC+2I1RC=-UCB+I1R（1-4）

根據(jù)等效電路圖可得到以下關(guān)系（注意：矢量關(guān)系）：

I12

將式（1-3）和（1-4）相加，得

UA+UB=2I1R（1-5）

∴I1=（UA+UB）/2R（1-6）

而由RD支路可知：

I2=（UA-UB）/2R（1-7）

將式（1-3）和（1-4）相加，得

UA+UB=13功率關(guān)系：

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為

PA=U2A/R和PB=U2B/R，RC上得到的功率PC：

PC=（2I1）2RC=[2（UA+UB）/2R]2R/2

=1/2（U2A/R+U2B/R）+UAUB/R

=1/2（PA+PB）+

（1-8）

功率關(guān)系：

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為

P14在RD上得到的功率PD：

PD （1-9）

在RD上得到的功率PD：

PD （1-9）15由（1-8）和（1-9）可知，當(dāng)UA=UB時(shí)，

PA=PB，

PC=PA+PB=2P，

PD=0由（1-8）和（1-9）可知，當(dāng)UA=UB時(shí)，

PA16當(dāng)信號(hào)源的幅度不相等，例如令PA=2PB，盡管相差2倍，經(jīng)計(jì)算可知，PC=2.9PB(占全部功率的96.67%),PD=0.1PB(占全部功率的3.33%)，負(fù)載仍能得到絕大部分功率。當(dāng)信號(hào)源的幅度不相等，例如令PA=2PB，盡管相差217在PB=0（或PA=0）的特殊情況下，則，PC=0.5PA，PD=0.5PA，即RC和RD各得到一半功率。這種情況代表利用兩個(gè)晶體管進(jìn)行同相功率合成時(shí)，其中一管損壞，其輸出功率為0。另一管的輸出功率只有一半送給負(fù)載PC，另一半消耗在RD上，負(fù)載上得到的功率只有雙管工作時(shí)的1/4。在PB=0（或PA=0）的特殊情況下，則，PC183、

A端和B端同時(shí)加入同頻、幅度相同、相位不同的高頻信號(hào)

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為PA=U2A/R和PB=U2B/R兩個(gè)高頻信號(hào)之間的相位差為θ。

3、

A端和B端同時(shí)加入同頻、幅度相同、相位不同的高頻信號(hào)19RC上得到的功率PC：

PC

（1-10）

RD上得到的功率PD：

PD

(1-11)

RC上得到的功率PC：

PC

20

若θ=300,

則PC=PB+0.89PB=1.89PB(占94.5%)

PD=PB+0.89PB=0.11PB(占5.5%)

若θ=300,

則PC=PB+0.89PB=1.8921特例：θ=1800（即反相激勵(lì)），則根據(jù)（1-10）和(1-11)

PC

（1-12）

PD

（1-13）

此時(shí)，信號(hào)功率將在RD上合成，如PA=PB，RC上得到的功率為0。

特例：θ=1800（即反相激勵(lì)），則根據(jù)（1-10）和(122二、

功率分配網(wǎng)絡(luò)

（一）、同相功率分配

二、

功率分配網(wǎng)絡(luò)

（一）、同相功率分配23同相功率分配網(wǎng)絡(luò)（RC為信號(hào)源內(nèi)阻、RA和RB可視為兩晶體管放大器的輸入阻抗，RD是平衡電阻）

同相功率分配網(wǎng)絡(luò)（RC為信號(hào)源內(nèi)阻、RA和RB可視為兩晶體管24忽略RC后的等效電路

忽略RC后的等效電路

25在匹配狀態(tài)下，得到下列關(guān)系：

IA=I1-I2（1-14）

IB=I1+I2，（1-15）

∵UAC+U=IARA及UCB+IBRB=U

得UAC=IARA-U（1-16）

UCB=-IBRB+U（1-17）

在匹配狀態(tài)下，得到下列關(guān)系：

IA=I1-I226（1-16）與（1-17）相加：

UAC+UCB=UAB=IARA-IBRB=I2RD

（1-18）

（1-16）與（1-17）相減：

IARA-2U+IBRB=0(UAC=UCB)

（1-19）

（1-16）與（1-17）相加：

UAC+UCB=U27將式（1-16）—（1-19）聯(lián)立，解得四個(gè)電流分別為

IA=2U(RD+2RB)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-20)

IB=2U(RD+2RA)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-21)

I1=2U(RA+RB+RD)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-22)

I2=2U(RA-RB)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-23)

將式（1-16）—（1-19）聯(lián)立，解得四個(gè)電流分別為

I28

令RA=nR,RB=R,RD=2R(R=Z0,為傳輸線的特性阻抗)，得：

IA=4U/(3n+1)R(1-24)

IB=2(n+1)U/(3n+1)R(1-25)

I1=(n+3)U/(3n+1)R(1-26)

I2=(n-1)U/(3n+1)R(1-27)

令RA=nR,RB=R,RD=2R(R=29根據(jù)式(1-24)和(1-25)，得：

IA=[2/(n+1)]IB（1-28）

I2=[(n-1)/2（n+1）]IB（1-29）

PA =IA

2RA

={[2/(n+1)]IB}2nR

=4n/(n+1)2·IB

2R

=[4n/(n+1)2]·PB

(1-30)

PD=I2

2RD=(1/2)·(n-1)2/(n+1)2·PB

(1-31)

根據(jù)式(1-24)和(1-25)，得：

IA=30當(dāng)n=1時(shí)，即RA=RB=R：

IA=IB，PA=PB，PD=0，I2=0

（1-32）

若n=2,即RA和RB相差一倍，經(jīng)過計(jì)算可知:

RA和RB得到的功率分別占總功率的45.8%和51.4%,總功率的2.8%消耗在平衡電阻RD上。當(dāng)n=1時(shí)，即RA=RB=R：

IA31（二）、反相功率分配

反相功率分配網(wǎng)絡(luò)及等效電路如圖

（二）、反相功率分配

反相功率分配網(wǎng)絡(luò)及等效電路如圖

32這里，內(nèi)阻為RD的信號(hào)源接在A、B之間，，RC為平衡電阻。

與同相功率分配網(wǎng)絡(luò)分析相似，可以得到IA、IB、I1和I2的表達(dá)式。

如果RA=RB=R,RC=R/2時(shí)，PA=PB（二者的高頻電壓相位相反）

，PC=0。

這里，內(nèi)阻為RD的信號(hào)源接在A、B之間，，RC為平衡電阻。

33第二節(jié)

帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

第二節(jié)

帶狀線定向耦合器

34

一、3dB帶狀線定向耦合器

帶狀線定向耦合器是一個(gè)四端口器件，線長為中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長的1/4，各端口都接以匹配負(fù)載。若信號(hào)源由端口1接入，則端口2、4有輸出，而3端沒有輸出。

一、3dB帶狀線定向耦合器

帶狀線定向耦合器35帶狀線定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖帶狀線定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖36帶狀線定向耦合器有如下特性：

（1）、若信號(hào)源由端口1接入,出端2是通過電磁耦合而輸出能量，稱為耦合端；4端是靠傳導(dǎo)而輸出能量，稱為直通端；3端無能量輸出，稱為隔離端。

帶狀線定向耦合器有如下特性：

（1）、若信號(hào)源由端口37（2）、2端輸出電壓與輸入端1輸入電壓同相，電壓大小之比稱為電壓耦合系數(shù)K0=|U2/U1|，，其功率與輸入功率之比，稱為功率耦合系數(shù)C0=K20=|U2/U1|2，通常用dB表示為：

C0=10lg|U2/U1|2(2-2)

根據(jù)帶狀線理論，

即：

P2=0.5P1,用dB表示的耦合度：

20lg|U2/U1|=10lg|U2/U1|2=-3dB

（2-3）（2）、2端輸出電壓與輸入端1輸入電壓同相，電壓大小之38（3）、輸出端4的U4與U1的關(guān)系：

U4

（2-4）

P4/P1=|U4/U1|2=0.5,10lgP4/P1=-3dB

(2-6)

（3）、輸出端4的U4與U1的關(guān)系：

U4 39(4)、2端的輸出功率與隔離端3的輸出功率之比，稱為定向耦合器的定向系數(shù)，通常用dB表示為：

D=10lg|U2/U3|2=10lgP2/P3dB

(2-7)

在理想情況下，U3=0，D為無窮大。實(shí)用中一般對(duì)D提出一個(gè)起碼的要求，例如要求大于35dB。

(4)、2端的輸出功率與隔離端3的輸出功率之比，稱為定向40（5）、電壓駐波比（VSWR）：

電壓駐波比的定義為：

VSWR=（入射波電壓+反射波電壓）

/（入射波電壓-反射波電壓）(2-8)

取決于各端的匹配程度，一般要求小于1.1(相當(dāng)于反射電壓小于0.0476入射電壓)。（5）、電壓駐波比（VSWR）：

電壓駐波比的41二、3dB帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

（一）、功率分配

二、3dB帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

（一）、功率423dB定向耦合器功率分配3dB定向耦合器功率分配43將輸入信號(hào)U1（振幅值）加于端口1，各端口功率關(guān)系如下：

P1=U12/2R

P2= =(1/2)P1

P3=0

P4= =(1/2)P1

2端和4端各分得一半的輸入功率,實(shí)現(xiàn)了功率分配(但電壓相位差900)將輸入信號(hào)U1（振幅值）加于端口1，各端口功44（二）功率合成

將兩個(gè)相位差900的信號(hào)源分別加在3dB定向耦合器的兩個(gè)相互隔離端,例如2端和4端,則可實(shí)現(xiàn)在3端的功率合成。

（二）功率合成

將兩個(gè)相位差900的信號(hào)源分別加453dB定向耦合器功率合成3dB定向耦合器功率合成46設(shè)

,

,對(duì)于u2而言,

1端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U1

而3端為直通端,得到落后900的直通電壓

U3

設(shè) , ,47對(duì)于u4而言,3端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U3”=U4，而1端為直通端,得到落

后900的直通電壓

U”1=U4

對(duì)于u4而言,3端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U3”=48因此,在兩個(gè)電源的共同作用下,當(dāng)U2=U4=U時(shí)：

1端的輸出電壓為U1=U1+U”1=

U2+U4=0，

3端的輸出電壓為U3=U3+U”3=

U2+U4=U。

因此,在兩個(gè)電源的共同作用下,當(dāng)U2=U4=U時(shí)：

1端的輸49端口2和4輸入功率分別為：

P2=(1/2)U2/R，P4=(1/2)U2/R

1端輸出功率為P1=0；

3端輸出功率為P3=(1/2)（U）2/R

=2P2=2P4

當(dāng)U2和U4相位差900，但U2≠U4時(shí)，會(huì)有少量的功率傳到1端的吸收電阻而被消耗掉。

端口2和4輸入功率分別為：

P2=(1/2)U250第三節(jié)

調(diào)頻與電視廣播用

雙工器與多工器

第三節(jié)

調(diào)頻與電視廣播用

51調(diào)頻廣播或電視廣播發(fā)射機(jī)，可借助雙工器或多工器，實(shí)現(xiàn)不同頻率的信號(hào)功率的合成，共用一條饋線和一套天線。

調(diào)頻廣播或電視廣播發(fā)射機(jī)，可借助雙工器或多工器，52一、等臂3dB橋雙工器和多工器

（一）、等臂3dB橋?yàn)V波式雙工器

分別將兩個(gè)3dB耦合器和濾波器對(duì)臂連接成橋式，構(gòu)成橋式雙工器。濾波器可分為帶阻式（陷波式）和帶通式兩種。

一、等臂3dB橋雙工器和多工器

（一）、等臂3dB531、等臂3dB橋帶阻式雙工器

1、等臂3dB橋帶阻式雙工器

54等臂3dB橋帶阻式雙工器構(gòu)成

等臂3dB橋帶阻式雙工器構(gòu)成

55圖像信號(hào)由3dB定向耦合器I送入，經(jīng)耦合器I進(jìn)行功率分配（兩路電壓相差900），兩個(gè)帶阻（對(duì)伴音而言）濾波器對(duì)圖像信號(hào)來說無影響，可以暢通無阻地通過，兩路相差900的圖像電壓，通過耦合器II，在天線端實(shí)現(xiàn)功率合成。

圖像信號(hào)由3dB定向耦合器I送入，經(jīng)耦合器I56伴音信號(hào)由3dB定向耦合器II送入，經(jīng)進(jìn)行功率分配，兩路電壓相差900，沿著等臂長向兩個(gè)帶阻(對(duì)伴音而言)濾波器傳去，形成全反射后又返回耦合器II，也在天線端進(jìn)行功率合成。

伴音信號(hào)由3dB定向耦合器II送入，經(jīng)進(jìn)行57帶阻濾波器并非理想，漏過的伴音信號(hào)送入耦合器I，在吸收電阻R0上合成而消耗掉，而不會(huì)送到圖像發(fā)射機(jī)。等臂3dB橋帶阻式雙工器既實(shí)現(xiàn)了在天線上的功率合成，又使圖像發(fā)射機(jī)和伴音發(fā)射機(jī)相互隔離。

帶阻濾波器并非理想，漏過的伴音信號(hào)送入耦合器I582、等臂3dB橋帶通式雙工器

2、等臂3dB橋帶通式雙工器

59等臂3dB橋帶通式雙工器構(gòu)成

等臂3dB橋帶通式雙工器構(gòu)成

60與等臂3dB橋帶阻式雙工器不同，一是將圖像與伴音信號(hào)的位置相互對(duì)調(diào)，二是兩個(gè)濾波器對(duì)伴音信號(hào)是帶通（對(duì)圖像來說是帶阻）。分析方法同上，在正常工作情況下，圖像與伴音信號(hào)在天線合成。

與等臂3dB橋帶阻式雙工器不同，一是將圖像613、實(shí)用的電視廣播雙工器

有效抑制fv–4.43MHz（fv為圖像載波頻率）頻率成分，降低對(duì)鄰頻道的干擾，是實(shí)際的圖像與伴音雙工器要考慮的問題。

3、實(shí)用的電視廣播雙工器

有效抑制fv–4.62實(shí)用的電視廣播雙工器

實(shí)用的電視廣播雙工器

63組成部分：3dB定向耦合器I和II，兩個(gè)伴音反射器，兩個(gè)（fv–4.43MHz）頻率成分反射器，一個(gè)吸收電阻R0。

組成部分：3dB定向耦合器I和II，兩個(gè)伴音反射器，兩個(gè)（f64工作原理如下：

圖像信號(hào)：由3dB定向耦合器I的1端輸入，由2端和4端輸出兩路差相900的信號(hào)。反射元件對(duì)圖像信號(hào)呈并聯(lián)諧振，故無反射而直接送到3dB定向耦合器II的1端和3端，在耦合器II的4端功率合成而送往天線，在2端相互抵消，不影響伴音發(fā)射機(jī)。

工作原理如下：

圖像信號(hào)：由3dB定向耦合器I65伴音信號(hào)：由3dB定向耦合器II的2端輸入，經(jīng)3dB定向耦合器II的1端和3端輸出兩路差相900的信號(hào)，由于伴音反射器對(duì)伴音信號(hào)呈短路狀態(tài)，兩路信號(hào)在此形成全反射，又返回3dB定向耦合器II的1端和3端，最后在3dB定向耦合器II的4端功率合成而送往天線，在2端相互抵消而不返回伴音發(fā)射機(jī)。伴音信號(hào)：由3dB定向耦合器II的2端輸入，經(jīng)66實(shí)際上伴音反射器對(duì)伴音信號(hào)不可能實(shí)現(xiàn)理想全反射，回有少量的功率傳到3dB定向耦合器I，如果漏過去的功率相同，二者將在耦合器I的1端相互抵消而不會(huì)影響圖像發(fā)射機(jī)，在耦合器I的3端相疊加，被吸收電阻吸收。

實(shí)際上伴音反射器對(duì)伴音信號(hào)不可能實(shí)現(xiàn)理想全反67圖像發(fā)射機(jī)送來的圖像信號(hào)中的fv–4.43MHz頻率成分，經(jīng)fv–4.43MHz反射器全反射后，返回耦合器I的2端和4端，最后在1端相抵消而不送回圖像發(fā)射機(jī)，在3端疊加而被吸收電阻吸收。圖像發(fā)射機(jī)送來的圖像信號(hào)中的fv–4.43MH68（二）、等臂3dB橋?yàn)V波式多工器

由兩個(gè)等臂3dB橋可構(gòu)成三工器，可以實(shí)現(xiàn)三種不同頻率的信號(hào)合成，例如一套電視節(jié)目的圖像與伴音以及一套調(diào)頻節(jié)目的功率合成。

（二）、等臂3dB橋?yàn)V波式多工器

由兩個(gè)等691、等臂3dB橋帶阻式三工器

1、等臂3dB橋帶阻式三工器

70等臂3dB橋帶阻式三工器原理圖

等臂3dB橋帶阻式三工器原理圖

71第一個(gè)3dB橋中的濾波器對(duì)伴音信號(hào)來說是帶阻，對(duì)圖像信號(hào)來說是帶通；伴音和圖像信號(hào)先在第一個(gè)3dB橋中合成后，送入第二個(gè)3dB橋，再與FM信號(hào)在天線合成。第二個(gè)3dB橋中的濾波器對(duì)FM信號(hào)是帶阻，對(duì)圖像與伴音信號(hào)來說是帶通。

第一個(gè)3dB橋中的濾波器對(duì)伴音信號(hào)來說是72

2、等臂3dB橋帶通式三工器

2、等臂3dB橋帶通式三工器

73等臂3dB橋帶通式三工器原理圖等臂3dB橋帶通式三工器原理圖74二、星形雙工器

最簡單的星形雙工器適用于調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)。二、星形雙工器

最簡單的星形雙工器適用于調(diào)頻75

陷波器組成的星形雙工器

陷波器組成的星形雙工器

76陷波器N2對(duì)信號(hào)f1呈現(xiàn)高阻抗，而陷波器N1對(duì)信號(hào)f1形成串聯(lián)諧振，呈現(xiàn)極低阻抗，相當(dāng)于λ1/4傳輸線的負(fù)載為0，其輸入阻抗為無窮大，即圖的右側(cè)部分對(duì)信號(hào)f1呈現(xiàn)高阻抗，促使信號(hào)f1直接送往天線；同理，圖的左側(cè)部分對(duì)信號(hào)f2呈現(xiàn)高阻抗，促使信號(hào)f2直接送往天線。

陷波器N2對(duì)信號(hào)f1呈現(xiàn)高阻抗，而陷波器N177也可用帶通濾波器構(gòu)成星形雙工器，它由f1和f2帶通濾波器和一個(gè)分支電路組成。

也可用帶通濾波器構(gòu)成星形雙工器，它由f1和f2帶78

帶通濾波器組成的星形雙工器

帶通濾波器組成的星形雙工器

79f1帶通濾波器使頻率為f1的信號(hào)順利到達(dá)分支點(diǎn)，由于f2帶通濾波器對(duì)f1呈現(xiàn)低阻抗，經(jīng)λ1/4傳輸線的阻抗變換，在分支點(diǎn)對(duì)f1來說相當(dāng)于開路，于是，f1的信號(hào)功率只送往天線。f1帶通濾波器使頻率為f1的信號(hào)順利到達(dá)分支點(diǎn)，由于f2帶通80同理，f1帶通濾波器對(duì)f2呈現(xiàn)低阻抗，經(jīng)λ2/4傳輸線的阻抗變換，在分支點(diǎn)對(duì)f2來說相當(dāng)于開路，于是，f2的信號(hào)功率只送往天線。

帶通濾波器類似雙回路并聯(lián)諧振電路，輸入輸出采用耦合環(huán)耦合。

同理，f1帶通濾波器對(duì)f2呈現(xiàn)低阻抗，經(jīng)λ2/481星形雙工器的特點(diǎn)是線路簡單，造價(jià)低。但是，它只是通過一組帶通濾波器隔離，f1與f2之差不能太小。當(dāng)︱f1-f2︳=1.3MHz時(shí)，隔離度只有20dB,當(dāng)︱f1-f2︳=2.0MHz時(shí),隔離度只有27dB。

星形雙工器的特點(diǎn)是線路簡單，造價(jià)低。但是，它只82三、星形濾波式多工器

三、星形濾波式多工器

83三部發(fā)射機(jī)經(jīng)過三個(gè)帶通濾波器和三段饋線匯接于O點(diǎn)（稱為星點(diǎn)），由O點(diǎn)將三路合成的信號(hào)送往天線。F1、F2、F3是三個(gè)不同頻率的信號(hào)的帶通濾波器，通帶寬度與三個(gè)信號(hào)的要求相應(yīng)，有足夠小的插入損耗。。

三部發(fā)射機(jī)經(jīng)過三個(gè)帶通濾波器和三段饋線匯接于O84星形濾波式三工器構(gòu)成原理圖

星形濾波式三工器構(gòu)成原理圖

85

諧振于f2和f3的帶通濾波器F2和F3及其引線L2和L3在星點(diǎn)O并聯(lián)后，對(duì)頻率為f1的信號(hào)來說，呈并聯(lián)諧振，呈現(xiàn)高阻抗，使f1信號(hào)直接送往天線。同理，F(xiàn)1和F3及其引線L1和L3在星點(diǎn)O并聯(lián)后，對(duì)頻率為f2的信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗；F1和F2及其引線L1和L2在星點(diǎn)O并聯(lián)后，對(duì)頻率為f3的信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗。三路信號(hào)可以互不影響地在天線合成。

諧振于f2和f3的帶通濾波器F2和F3及86

四、混合型三工器

當(dāng)輸入頻道中最高頻率和最低頻率相差4MHz以上時(shí)，可以把星形雙工器與3dB橋形雙工器組合成混合型三工器。

四、混合型三工器

當(dāng)輸入頻道中最高頻率和最低頻87混合型三工器構(gòu)成混合型三工器構(gòu)成88Thankyou!Thankyou!89第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（HDPE）管和纖維纏繞玻璃鋼夾砂（FRP）管在技術(shù)性能上具有較大優(yōu)勢。再將這兩種管材進(jìn)行比較：對(duì)于相同管徑的單重，F(xiàn)RP管是混凝土管的1/2左右，HDPE管的重量則介于FRP與混凝土管之間；HDPE管略便宜于FRP管。第10章功率合成與分配第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（HDPE）管和纖維纏繞玻璃鋼夾砂（FRP）管在技術(shù)性能上具有較大優(yōu)勢。再將這兩種管材進(jìn)行比較：對(duì)于相同管徑的單重，F(xiàn)RP管是混凝土管的1/2左右，HDPE管的重量則介于FRP與混凝土管之間；HDPE管略便宜于FRP管。

功率合成：

通過功率合成網(wǎng)絡(luò)，將多個(gè)高頻功率放大器的輸出功率相加；

功率分配：

通過功率分配網(wǎng)絡(luò)，將高頻信號(hào)功率均勻、互不影響地同時(shí)分配給多個(gè)獨(dú)立的負(fù)載，使每個(gè)負(fù)載獲得功率相等、相位相同（或相反）的信號(hào)。

第10章功率合成與分配通過以上分析可以得出，高密度聚乙烯（H90第10章功率合成與分配課件91常用方法：

傳輸線變壓器、傳輸線定向耦合器和1/4波長傳輸線等。

功率合成與分配是相互聯(lián)系的，用作功率合成的晶體管，必須通過功率分配而得到激勵(lì)信號(hào)。

合成網(wǎng)絡(luò)與分配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是相同的，其區(qū)別不過是信號(hào)源與負(fù)載相互調(diào)換了位置。常用方法：

傳輸線變壓器、傳輸線定向耦合器和1/492第一節(jié)

傳輸線變壓器

功率合成與分配

特點(diǎn)：

頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡單、插入損耗小；用于VHF頻段、小功率等級(jí)。

第一節(jié)

傳輸線變壓器

功率合成與分配

93一、

功率合成網(wǎng)絡(luò)

一、

功率合成網(wǎng)絡(luò)

94

951、A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小相等的高頻信號(hào)

流過RA的電流為IA，流過RB的電流為IB。由傳輸線理論可知，若終端匹配并忽略傳輸線本身的損耗時(shí)，流過兩繞組的電流大小相等，但相對(duì)于同名端而言方向相反，即一個(gè)流入同名端，一個(gè)流出同名端。

1、A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小相等的高頻信號(hào)

96傳輸線變壓器功率合成網(wǎng)絡(luò)等效電路傳輸線變壓器功率合成網(wǎng)絡(luò)等效電路97∵uSA=uSB=u，RA=RB=R，IA=IB=I，

UA=u-IARA=u-IR，

UB=u-IBRB=u-IR，

∴UA=UB，UAB=0，

I2=0，I1=IA=IB=I，

RD上得到的功率PD=0

∵uSA=uSB=u，RA=RB=R，IA=98在匹配的狀態(tài)下（RC=R/2），每一信號(hào)源送出的功率為I2R（I為有效值），負(fù)載RC得到的功率為

PC=（2I1）2RC=（2I）2R/2=2I2R，為A、B兩點(diǎn)注入功率之和。

C點(diǎn)對(duì)地電壓：UC=2IR/2=IR

∵uI=2I2R，u=2IR

∴UA=UB=u-IR=2IR-IR=IR=UC，說明A、B、C三點(diǎn)同電位。

在匹配的狀態(tài)下（RC=R/2），每一信992、

A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小不等的高頻信號(hào)

變壓器兩繞組的匝數(shù)相等，分析時(shí)可認(rèn)為兩繞組的電壓大小相等，電流相等（相對(duì)于同名端而言方向相反）。

2、

A端和B端同時(shí)加入同頻、同相、大小不等的高頻信號(hào)

100

根據(jù)等效電路圖可得到以下關(guān)系（注意：矢量關(guān)系）：

IA=I1+I2（1-1）

IB=I1-I2，（1-2）

UA=UAC+2I1RC=UAC+I1R（1-3）

UB=UBC+2I1RC=-UCB+I1R（1-4）

根據(jù)等效電路圖可得到以下關(guān)系（注意：矢量關(guān)系）：

I101

將式（1-3）和（1-4）相加，得

UA+UB=2I1R（1-5）

∴I1=（UA+UB）/2R（1-6）

而由RD支路可知：

I2=（UA-UB）/2R（1-7）

將式（1-3）和（1-4）相加，得

UA+UB=102功率關(guān)系：

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為

PA=U2A/R和PB=U2B/R，RC上得到的功率PC：

PC=（2I1）2RC=[2（UA+UB）/2R]2R/2

=1/2（U2A/R+U2B/R）+UAUB/R

=1/2（PA+PB）+

（1-8）

功率關(guān)系：

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為

P103在RD上得到的功率PD：

PD （1-9）

在RD上得到的功率PD：

PD （1-9）104由（1-8）和（1-9）可知，當(dāng)UA=UB時(shí)，

PA=PB，

PC=PA+PB=2P，

PD=0由（1-8）和（1-9）可知，當(dāng)UA=UB時(shí)，

PA105當(dāng)信號(hào)源的幅度不相等，例如令PA=2PB，盡管相差2倍，經(jīng)計(jì)算可知，PC=2.9PB(占全部功率的96.67%),PD=0.1PB(占全部功率的3.33%)，負(fù)載仍能得到絕大部分功率。當(dāng)信號(hào)源的幅度不相等，例如令PA=2PB，盡管相差2106在PB=0（或PA=0）的特殊情況下，則，PC=0.5PA，PD=0.5PA，即RC和RD各得到一半功率。這種情況代表利用兩個(gè)晶體管進(jìn)行同相功率合成時(shí)，其中一管損壞，其輸出功率為0。另一管的輸出功率只有一半送給負(fù)載PC，另一半消耗在RD上，負(fù)載上得到的功率只有雙管工作時(shí)的1/4。在PB=0（或PA=0）的特殊情況下，則，PC1073、

A端和B端同時(shí)加入同頻、幅度相同、相位不同的高頻信號(hào)

設(shè)兩信號(hào)源對(duì)外供出的功率分別為PA=U2A/R和PB=U2B/R兩個(gè)高頻信號(hào)之間的相位差為θ。

3、

A端和B端同時(shí)加入同頻、幅度相同、相位不同的高頻信號(hào)108RC上得到的功率PC：

PC

（1-10）

RD上得到的功率PD：

PD

(1-11)

RC上得到的功率PC：

PC

109

若θ=300,

則PC=PB+0.89PB=1.89PB(占94.5%)

PD=PB+0.89PB=0.11PB(占5.5%)

若θ=300,

則PC=PB+0.89PB=1.89110特例：θ=1800（即反相激勵(lì)），則根據(jù)（1-10）和(1-11)

PC

（1-12）

PD

（1-13）

此時(shí)，信號(hào)功率將在RD上合成，如PA=PB，RC上得到的功率為0。

特例：θ=1800（即反相激勵(lì)），則根據(jù)（1-10）和(1111二、

功率分配網(wǎng)絡(luò)

（一）、同相功率分配

二、

功率分配網(wǎng)絡(luò)

（一）、同相功率分配112同相功率分配網(wǎng)絡(luò)（RC為信號(hào)源內(nèi)阻、RA和RB可視為兩晶體管放大器的輸入阻抗，RD是平衡電阻）

同相功率分配網(wǎng)絡(luò)（RC為信號(hào)源內(nèi)阻、RA和RB可視為兩晶體管113忽略RC后的等效電路

忽略RC后的等效電路

114在匹配狀態(tài)下，得到下列關(guān)系：

IA=I1-I2（1-14）

IB=I1+I2，（1-15）

∵UAC+U=IARA及UCB+IBRB=U

得UAC=IARA-U（1-16）

UCB=-IBRB+U（1-17）

在匹配狀態(tài)下，得到下列關(guān)系：

IA=I1-I2115（1-16）與（1-17）相加：

UAC+UCB=UAB=IARA-IBRB=I2RD

（1-18）

（1-16）與（1-17）相減：

IARA-2U+IBRB=0(UAC=UCB)

（1-19）

（1-16）與（1-17）相加：

UAC+UCB=U116將式（1-16）—（1-19）聯(lián)立，解得四個(gè)電流分別為

IA=2U(RD+2RB)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-20)

IB=2U(RD+2RA)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-21)

I1=2U(RA+RB+RD)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-22)

I2=2U(RA-RB)/(RARD+RBRD+4RARB)

(1-23)

將式（1-16）—（1-19）聯(lián)立，解得四個(gè)電流分別為

I117

令RA=nR,RB=R,RD=2R(R=Z0,為傳輸線的特性阻抗)，得：

IA=4U/(3n+1)R(1-24)

IB=2(n+1)U/(3n+1)R(1-25)

I1=(n+3)U/(3n+1)R(1-26)

I2=(n-1)U/(3n+1)R(1-27)

令RA=nR,RB=R,RD=2R(R=118根據(jù)式(1-24)和(1-25)，得：

IA=[2/(n+1)]IB（1-28）

I2=[(n-1)/2（n+1）]IB（1-29）

PA =IA

2RA

={[2/(n+1)]IB}2nR

=4n/(n+1)2·IB

2R

=[4n/(n+1)2]·PB

(1-30)

PD=I2

2RD=(1/2)·(n-1)2/(n+1)2·PB

(1-31)

根據(jù)式(1-24)和(1-25)，得：

IA=119當(dāng)n=1時(shí)，即RA=RB=R：

IA=IB，PA=PB，PD=0，I2=0

（1-32）

若n=2,即RA和RB相差一倍，經(jīng)過計(jì)算可知:

RA和RB得到的功率分別占總功率的45.8%和51.4%,總功率的2.8%消耗在平衡電阻RD上。當(dāng)n=1時(shí)，即RA=RB=R：

IA120（二）、反相功率分配

反相功率分配網(wǎng)絡(luò)及等效電路如圖

（二）、反相功率分配

反相功率分配網(wǎng)絡(luò)及等效電路如圖

121這里，內(nèi)阻為RD的信號(hào)源接在A、B之間，，RC為平衡電阻。

與同相功率分配網(wǎng)絡(luò)分析相似，可以得到IA、IB、I1和I2的表達(dá)式。

如果RA=RB=R,RC=R/2時(shí)，PA=PB（二者的高頻電壓相位相反）

，PC=0。

這里，內(nèi)阻為RD的信號(hào)源接在A、B之間，，RC為平衡電阻。

122第二節(jié)

帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

第二節(jié)

帶狀線定向耦合器

123

一、3dB帶狀線定向耦合器

帶狀線定向耦合器是一個(gè)四端口器件，線長為中心頻率所對(duì)應(yīng)的波長的1/4，各端口都接以匹配負(fù)載。若信號(hào)源由端口1接入，則端口2、4有輸出，而3端沒有輸出。

一、3dB帶狀線定向耦合器

帶狀線定向耦合器124帶狀線定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖帶狀線定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖125帶狀線定向耦合器有如下特性：

（1）、若信號(hào)源由端口1接入,出端2是通過電磁耦合而輸出能量，稱為耦合端；4端是靠傳導(dǎo)而輸出能量，稱為直通端；3端無能量輸出，稱為隔離端。

帶狀線定向耦合器有如下特性：

（1）、若信號(hào)源由端口126（2）、2端輸出電壓與輸入端1輸入電壓同相，電壓大小之比稱為電壓耦合系數(shù)K0=|U2/U1|，，其功率與輸入功率之比，稱為功率耦合系數(shù)C0=K20=|U2/U1|2，通常用dB表示為：

C0=10lg|U2/U1|2(2-2)

根據(jù)帶狀線理論，

即：

P2=0.5P1,用dB表示的耦合度：

20lg|U2/U1|=10lg|U2/U1|2=-3dB

（2-3）（2）、2端輸出電壓與輸入端1輸入電壓同相，電壓大小之127（3）、輸出端4的U4與U1的關(guān)系：

U4

（2-4）

P4/P1=|U4/U1|2=0.5,10lgP4/P1=-3dB

(2-6)

（3）、輸出端4的U4與U1的關(guān)系：

U4 128(4)、2端的輸出功率與隔離端3的輸出功率之比，稱為定向耦合器的定向系數(shù)，通常用dB表示為：

D=10lg|U2/U3|2=10lgP2/P3dB

(2-7)

在理想情況下，U3=0，D為無窮大。實(shí)用中一般對(duì)D提出一個(gè)起碼的要求，例如要求大于35dB。

(4)、2端的輸出功率與隔離端3的輸出功率之比，稱為定向129（5）、電壓駐波比（VSWR）：

電壓駐波比的定義為：

VSWR=（入射波電壓+反射波電壓）

/（入射波電壓-反射波電壓）(2-8)

取決于各端的匹配程度，一般要求小于1.1(相當(dāng)于反射電壓小于0.0476入射電壓)。（5）、電壓駐波比（VSWR）：

電壓駐波比的130二、3dB帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

（一）、功率分配

二、3dB帶狀線定向耦合器

功率合成與分配

（一）、功率1313dB定向耦合器功率分配3dB定向耦合器功率分配132將輸入信號(hào)U1（振幅值）加于端口1，各端口功率關(guān)系如下：

P1=U12/2R

P2= =(1/2)P1

P3=0

P4= =(1/2)P1

2端和4端各分得一半的輸入功率,實(shí)現(xiàn)了功率分配(但電壓相位差900)將輸入信號(hào)U1（振幅值）加于端口1，各端口功133（二）功率合成

將兩個(gè)相位差900的信號(hào)源分別加在3dB定向耦合器的兩個(gè)相互隔離端,例如2端和4端,則可實(shí)現(xiàn)在3端的功率合成。

（二）功率合成

將兩個(gè)相位差900的信號(hào)源分別加1343dB定向耦合器功率合成3dB定向耦合器功率合成135設(shè)

,

,對(duì)于u2而言,

1端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U1

而3端為直通端,得到落后900的直通電壓

U3

設(shè) , ,136對(duì)于u4而言,3端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U3”=U4，而1端為直通端,得到落

后900的直通電壓

U”1=U4

對(duì)于u4而言,3端為耦合端,得到同相的耦合電壓

U3”=137因此,在兩個(gè)電源的共同作用下,當(dāng)U2=U4=U時(shí)：

1端的輸出電壓為U1=U1+U”1=

U2+U4=0，

3端的輸出電壓為U3=U3+U”3=

U2+U4=U。

因此,在兩個(gè)電源的共同作用下,當(dāng)U2=U4=U時(shí)：

1端的輸138端口2和4輸入功率分別為：

P2=(1/2)U2/R，P4=(1/2)U2/R

1端輸出功率為P1=0；

3端輸出功率為P3=(1/2)（U）2/R

=2P2=2P4

當(dāng)U2和U4相位差900，但U2≠U4時(shí)，會(huì)有少量的功率傳到1端的吸收電阻而被消耗掉。

端口2和4輸入功率分別為：

P2=(1/2)U2139第三節(jié)

調(diào)頻與電視廣播用

雙工器與多工器

第三節(jié)

調(diào)頻與電視廣播用

140調(diào)頻廣播或電視廣播發(fā)射機(jī)，可借助雙工器或多工器，實(shí)現(xiàn)不同頻率的信號(hào)功率的合成，共用一條饋線和一套天線。

調(diào)頻廣播或電視廣播發(fā)射機(jī)，可借助雙工器或多工器，141一、等臂3dB橋雙工器和多工器

（一）、等臂3dB橋?yàn)V波式雙工器

分別將兩個(gè)3dB耦合器和濾波器對(duì)臂連接成橋式，構(gòu)成橋式雙工器。濾波器可分為帶阻式（陷波式）和帶通式兩種。

一、等臂3dB橋雙工器和多工器

（一）、等臂3dB1421、等臂3dB橋帶阻式雙工器

1、等臂3dB橋帶阻式雙工器

143等臂3dB橋帶阻式雙工器構(gòu)成

等臂3dB橋帶阻式雙工器構(gòu)成

144圖像信號(hào)由3dB定向耦合器I送入，經(jīng)耦合器I進(jìn)行功率分配（兩路電壓相差900），兩個(gè)帶阻（對(duì)伴音而言）濾波器對(duì)圖像信號(hào)來說無影響，可以暢通無阻地通過，兩路相差900的圖像電壓，通過耦合器II，在天線端實(shí)現(xiàn)功率合成。

圖像信號(hào)由3dB定向耦合器I送入，經(jīng)耦合器I145伴音信號(hào)由3dB定向耦合器II送入，經(jīng)進(jìn)行功率分配，兩路電壓相差900，沿著等臂長向兩個(gè)帶阻(對(duì)伴音而言)濾波器傳去，形成全反射后又返回耦合器II，也在天線端進(jìn)行功率合成。

伴音信號(hào)由3dB定向耦合器II送入，經(jīng)進(jìn)行146帶阻濾波器并非理想，漏過的伴音信號(hào)送入耦合器I，在吸收電阻R0上合成而消耗掉，而不會(huì)送到圖像發(fā)射機(jī)。等臂3dB橋帶阻式雙工器既實(shí)現(xiàn)了在天線上的功率合成，又使圖像發(fā)射機(jī)和伴音發(fā)射機(jī)相互隔離。

帶阻濾波器并非理想，漏過的伴音信號(hào)送入耦合器I1472、等臂3dB橋帶通式雙工器

2、等臂3dB橋帶通式雙工器

148等臂3dB橋帶通式雙工器構(gòu)成

等臂3dB橋帶通式雙工器構(gòu)成

149與等臂3dB橋帶阻式雙工器不同，一是將圖像與伴音信號(hào)的位置相互對(duì)調(diào)，二是兩個(gè)濾波器對(duì)伴音信號(hào)是帶通（對(duì)圖像來說是帶阻）。分析方法同上，在正常工作情況下，圖像與伴音信號(hào)在天線合成。

與等臂3dB橋帶阻式雙工器不同，一是將圖像1503、實(shí)用的電視廣播雙工器

有效抑制fv–4.43MHz（fv為圖像載波頻率）頻率成分，降低對(duì)鄰頻道的干擾，是實(shí)際的圖像與伴音雙工器要考慮的問題。

3、實(shí)用的電視廣播雙工器

有效抑制fv–4.151實(shí)用的電視廣播雙工器

實(shí)用的電視廣播雙工器

152組成部分：3dB定向耦合器I和II，兩個(gè)伴音反射器，兩個(gè)（fv–4.43MHz）頻率成分反射器，一個(gè)吸收電阻R0。

組成部分：3dB定向耦合器I和II，兩個(gè)伴音反射器，兩個(gè)（f153工作原理如下：

圖像信號(hào)：由3dB定向耦合器I的1端輸入，由2端和4端輸出兩路差相900的信號(hào)。反射元件對(duì)圖