微带功分器耦合器设计
17页1、1,微带功分器、耦合器设计,2,微带功分器(Wilkinson功分器)设计,微带功分器可以进行任意比例的功率分配,下面只考虑等功分(3dB)情况,见图5-36a,其对应的传输线电路示于图5-36b,我们将它归结为两个简单的电路,在输出端分别用对称和反对称源激励来进行分析。这就是奇偶模分析技术。 图5-36 Wilkinson功分器,3,微带功分器(Wilkinson功分器)设计,1奇偶模分析 为简化起见,将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化,且重新绘出图5-36(b)的电路,输出端具有的信号源如图5-37。该网络相当于中间平面是对称的,两个归一化值为2的源电阻并联组合,以归一化值为1的电阻代表匹配源阻抗。/4线具有的归一化特性阻抗为z,并联电阻具有归一化值为r;可以证明对等分功分器,这些值应为 和r = 2,如图5-36所示。,图5-37 归一化、对称形式的Wilkinson功分器,现在对图5-37的电路定义两个独立的激励模式:偶模Vg2 = Vg3 = 2V,奇偶Vg2 = Vg3 = 2V。然后,将这两种模式相叠加,其有效激励为Vg2 = 4V,Vg3 = 0,由此,可获得此网络的S参数
2、。下面我们分别讨论这两种模式。,4,微带功分器(Wilkinson功分器)设计,(1)偶模 对偶模激励,Vg2 = Vg3 = 2V,所以V2 = V3,没有电流流过r/2电阻或端口1两根传输线入口之间短接。因此,我们可将图5-37的网络对分,在这些点具有开路终端,以得出图5-38(a)的电路(/4线的接地边没有示出)。这时,从端口2看入得到的阻抗为: Z0 = Z2 / 2 因而,从传输线看上去,如同一个/4变换器。因此,如果z = 2,端口2是匹配的,全部功率将到接在端口1的负载。为了求S参量S12,需要电压V1,它可由传输线方程求得。如让端口2处x = 0,端口1处x = /4则线上电压可写为 在端口1处看向归一化值为2的电阻上的反射系数为 和 因此, 由对称性,我们亦有 S33 = 0和S13 = j0.707,5,微带功分器(Wilkinson功分器)设计,(2)奇模 奇模激励时,Vg2 = Vg3 = 2V,所以V2 = V3,在图5-37电路的中间有电压零点。因此,我们可以用一个接地平面来切开此电路,给出图5-38(b)的网络。向端口2看去的阻抗为r/2。由于平行连接传输
3、线长为/4,而且在端口1处短路,所以看上去在端口2为开路点。因此,没有功率送到端口1。这样,总结一下,我们已导出下列S参量:,S22 = S23 = 0(因对两种模式激励时,端口2和3都是匹配的); S12 = S21 = 0.707(因互易网络的对称性); S13 = S31 = 0.707(因互易网络的对称性); S23 = S32 = 0(因等分上为短路或开路)。 这最后结果意味着端口2和3之间是隔离的。,6,微带功分器(Wilkinson功分器)设计,最后,我们还必须导出S11,用来确定当端口2和3为匹配负载时,微带功分器在端口1的输入阻抗。最后结果如图5-39(a)所示,从图上可见它与偶模激励V2 = V3时情况类似。因此,没有电流流过归一化值为2的电阻,它可以取走,剩下的电路如图5-39(b)所示。现在,有两个/4波长变换器的并联连接,终端接在归一化负载上。故输入阻抗为 而S11 = 0。注意:当功分器在端口1激励,且负载匹配时,电阻上没有功率损耗。因此,当输出匹配时,功分器是无损耗的;只有从端口2和3来的反射功率消耗在那电阻上。 图5-39 用于导出S11的微带功分器分析
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