功分器设计基本理论.ppt

1功分器设计2波导功分器，即波导功分器，即T T形分支形分支(E-T(E-T、、H-T)H-T)微带功分器，即微带功分器，即WilkinsonWilkinson功分器功分器3波导T形分支（E-T、H-T）4567[s]H表示共轭转置3个元素8910微带功分器11微带功分器（Wilkinson功分器）设计1、等功分情况微带功分器可以进行任意比例的功率分配，下面考虑等功分（3dB）情况，结构及等效电路见下图图5-36 Wilkinson功分器1端口2端口3端口参考接地线12微带功分器（Wilkinson功分器）设计 奇奇--偶模分析偶模分析为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，凑成对称电路结构，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，归一化值为1的电阻代表匹配源阻抗，1端源电阻为两个归一化值2的并联组合，隔离电阻以两个r/2的串联组合/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下面证明对等分功分器，这些值应为 和r = 2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 = 1V，奇偶Vg2 = –Vg3 = 1V。

然后，将这两种模式相叠加，其有效激励为Vg2 = 2V，Vg3 = 0，由此，可获得此网络的S参数下面我们分别讨论这两种模式激励的情况它归结为两个简单电路之和，在输出端分别用对称和反对称源来激励并进行分析13微带功分器（Wilkinson功分器）设计（1）偶模 对偶模激励，Vg2 = Vg3 = 1V，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连接处因此，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 ，端口2是匹配的，全部功率将传到接在端口1的负载，S22=0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，从端口2指向端口1为正方向，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S12=V1/V2 ，因此S12由对称性，我们亦有S33 = 0和S13 = –14微带功分器（Wilkinson功分器）设计（2）奇模 奇模激励时，Vg2 = –Vg3 = 1V，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，若r/2=1,则匹配S22=0由于平行连接传输线长为/4，而且在端口1处短路，所以看上去在端口2为开路点，没有功率送到端口1，S12=0由对称性有S33=0，S13=015微带功分器（Wilkinson功分器）设计(3) 奇偶模相加 这样，总结一下，我们已导出下列S参量：S22 = S33 = 0（因对两种模式激励时，端口2和3都是匹配的）；S12 = S21（因互易网络的对称性）；S13 = S31（因互易网络的对称性）；S23 = S32 = 0（因对称等分面上为开路或短路）结果意味着：端口2和端口3是匹配的、功分特性、端口2和3之间是隔离的16微带功分器（Wilkinson功分器）设计(4) 最后求S11 最后，我们还必须求出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的输入阻抗电路图如图5-39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，这样加上前面的奇偶模，就求出了全部的S参数图5-39 用于导出S11的微带功分器分析注意：当功分器在端口注意：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；只有从端口输出匹配时，功分器是无损耗的；只有从端口2和和3来的反射功率消耗在那电阻上来的反射功率消耗在那电阻上17微带功分器（Wilkinson功分器）设计设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘出回波损耗S11、插入损耗（S21 = S31）和隔离度（S23 = S32）与频率（从0到0）的关系曲线解：由图5-36和上述的推导，功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为 并联电阻为R = 2Z0 = 100在频率f0传输线长为/4采用微波电路分析中的机辅设计程序，可算出S参量幅度，并且绘在图5-40上 图5-40 等分微带功分器的频响 18微带功分器（Wilkinson功分器）设计2．功率不等分微带型功分器亦可做成功率不等分的，如端口3和2之间的功率比为K2，即 P3/P2= K2 ，则可应用下列设计方程： 如K = 1，则上述结果归结为等分情况。

另外还见到，输出线被匹配到阻抗R2 = Z0K和R3 = Z0/K，而不是阻抗Z0，可用阻抗变换器来变换这些输出阻抗图5-41 用微带形式的功率不等分功分器19微带功分器（Wilkinson功分器）设计3. N路功分器和多节阶梯变换如下图5-42所示，这电路可使所有端口匹配，且使所有端口隔离但是，缺点是当N3时，功分器要求电阻空间交迭这导致较难以用平面形式制作功分器亦可用多级阶梯阻抗变换形式制作，以拓宽带宽四节功分器的实际结构表示在图5-43上图5-42 N路等分微带功分器图5-43 用微带形式实现的四节微带功分器。