功分器設(shè)計(jì)-基本理論課件

1功分器設(shè)計(jì)12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2波導(dǎo)功分器，即T形分支(E-T、H-T)3波導(dǎo)T形分支（E-T、H-T）3波導(dǎo)T形分支（E-T、H-T）4455667[s]H表示共軛轉(zhuǎn)置3個(gè)元素7[s]H表示共軛轉(zhuǎn)置3個(gè)元素889910微帶功分器10微帶功分器11微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)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(jiàn)下圖。圖5-36Wilkinson功分器1端口2端口3端口參考接地線11微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)1、等功分情況12微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)

奇--偶模分析為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將所有阻抗對(duì)特性阻抗Z0歸一化，湊成對(duì)稱電路結(jié)構(gòu)，輸出端具有的信號(hào)源如圖5-37。該網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于中間平面是對(duì)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(gè)歸一化值2的并聯(lián)組合，隔離電阻以兩個(gè)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(duì)等分功分器，這些值應(yīng)為 和r=2。圖5-37歸一化、對(duì)稱形式的Wilkinson功分器現(xiàn)在對(duì)圖5-37的電路定義兩個(gè)獨(dú)立的激勵(lì)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(lì)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(lì)的情況。它歸結(jié)為兩個(gè)簡(jiǎn)單電路之和，在輸出端分別用對(duì)稱和反對(duì)稱源來(lái)激勵(lì)并進(jìn)行分析。12微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)奇-13微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)（1）偶模對(duì)偶模激勵(lì)，Vg2=Vg3=1V，所以V2=V3，沒(méi)有電流流過(guò)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(duì)分，在這些點(diǎn)具有開(kāi)路終端，以得出圖5-38（a）的電路（

/4線的接地邊沒(méi)有示出）。這時(shí)，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(gè)

/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(duì)稱性，我們亦有S33=0和S13=–j0.70713微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)（1）偶模14微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)（2）奇模奇模激勵(lì)時(shí)，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(gè)接地平面來(lái)切開(kāi)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(zhǎng)為

/4，而且在端口1處短路，所以看上去在端口2為開(kāi)路點(diǎn)，沒(méi)有功率送到端口1，S12=0。由對(duì)稱性有S33=0，S13=0。14微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)（2）奇模15微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)(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(lì)時(shí)，端口2和3都是匹配的）；S12=S21=–j0.707（因互易網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性）；S13=S31=–j0.707（因互易網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性）；S23=S32=0（因?qū)ΨQ等分面上為開(kāi)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。15微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)(3)奇偶模16微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)(4)最后求S11

最后，我們還必須求出S11，用來(lái)確定當(dāng)端口2和3為匹配負(fù)載時(shí)，微帶功分器在端口1的輸入阻抗。電路圖如圖5-39所示，從圖上可見(jiàn)它與偶模激勵(lì)V2=V3時(shí)情況類似。因此，沒(méi)有電流流過(guò)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(gè)

/4波長(zhǎng)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(lì)，且負(fù)載匹配時(shí)，電阻上沒(méi)有功率損耗。因此，當(dāng)輸出匹配時(shí)，功分器是無(wú)損耗的；只有從端口2和3來(lái)的反射功率消耗在那電阻上。16微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)(4)最后求17微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)頻率為f0、用于50

系統(tǒng)阻抗的等分微帶功分器，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(zhǎng)為

/4。采用微波電路分析中的機(jī)輔設(shè)計(jì)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17微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)頻率為18微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)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(jì)方程：

如K=1，則上述結(jié)果歸結(jié)為等分情況。另外還見(jiàn)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(lái)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18微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)2．功率不等分19微帶功分器（Wilkinson功分器）設(shè)計(jì)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