射频微波电路导论（第二版）第5章功率分配器合成器.ppt

图 5-10 功率分配器电路图及仿真结果 (a) 功率分配器电路图； (b) 仿真结果 以上对功率分配器的分析都是对中心频率而言的情形,和其他的微带电路元件一样,功率分配器也有一定的频率特性。图中5-10(b)给出了上面讨论过的单节二等分功率分配器的频率特性。由图中可以看出,当频带边缘频率之比f2/f1=1.44时,输入驻波比 ρ1.22， 能基本满足输出两端口隔离度大于20dB的指标要求。但是当f2/f1=2 时,各部分指标也开始下降,隔离度只有14.7 dB,输入驻波比也达到1.42。为了进一步加宽工作频带,可以用多节的宽频带功率分配器,即和其他一些宽频带器件一样,可以增加节数,即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目,如图5-11（a）所示。 分析结果表明, 即使节数增加不多,各指标也可有较大改善,工作频带有较大的展宽。例如, n=2, 即对于二节的功率分配器,当f2/f1=2时,驻波比ρ1.11,隔离度大于27dB; n=4,即对于二节的功率分配器,当f2/f1=4时,驻波比ρ1.10,隔离度大于26dB; n=7,即对于二节的功率分配器,当f2/f1=10时,驻波比ρ1.21,隔离度大于19 dB。多节宽带功率分配器的极限情况是渐变线形,如图5-11（b）所示,隔离电阻用扇型薄膜结构。 图 5-11 宽频带功率分配器 （a） 多节功率分配器; （b） 渐变线功率分配器 功率分配器的设计是在假定支路口负载相等且等于传输线特性阻抗的前提下进行的。如果负载阻抗不是这样,必须增加阻抗匹配元件,然后进行设计。这一点在功率合成器中尤为重要,直接影响功率合成器的合成效率,请参见第8章射频/微波功率放大器一节。 2. 多路功率分配器/合成器 有的时候需要将功率分成N份,这就需要N路功率分配器,如图5-12所示。 图 5-12 N路功率分配器 与两路功率分配器相似,N路功率分配器要满足如下条件： 输入端口要匹配无反射； 各路输出功率之比已知,P1∶P2∶P3∶…∶Pn=k1∶k2∶k3∶…∶kn； 各路输出电压U1、U2、U３、 …、 Un等幅同相。 与两路功率分配器的推导过程相似,我们可得N路功率分配器电路的相关参数。取各路负载阻值为 (5-14) 从而,可得各路的特性阻抗为 (5-15) 通过计算后可得各路的隔离电阻值。 多路功率分配器实际中常用的方法是采用两路功率分配器的级联,即一分为二,二分为四,四分为八等。 一分为四的结构如图5-13所示,级联的设计方法有两种,区别在于微带线段的特性阻抗和隔离电阻值,由设计任务的尺寸等因素决定采用哪个方法。 图 5-13 一分为四的两种形式 如果要设计输出端口为奇数的功率分配器,也可利用这种2n功率分配器方案进行设计。在级联的上一级做不等分,将少部分功率直接输出,多部分功率再做等分。合理调整分配比,总可以实现任意奇数个分配口输出。 三等分功率分配器可以采用图5-14所示结构。图中给出了所有参数值,输入信号为中心点,可以用微带地板穿孔的方法实现,输入端与三个输出端的平面垂直。只要设计加工得当,各项指标都可以做的很好。 图 5-14 三等分功率分配器 5.3.2 其他分布参数功率分配器 其他分布参数功率分配器的基本结构包括带状线、 波导、 同轴结构。空气带状线是大功率微波频率低端常用结构,原理与微带线威尔金森功率分配器相同, 只是每段传输线的特性阻抗的实现要用到带状线计算公式。(承受大功率就是要加大各个结构尺寸。) 微波高端常用到波导T形接头或魔T结构。同轴结构加工困难,尽可能少用。 第5章 功率分配器/合成器 第5章 功率分配器/合成器 5.1 功率分配器的基本原理 5.2 集总参数功率分配器 5.3 分布参数功率分配器 5.1 功率分配器的基本原理 5.1.1 功率分配器的技术指标 功率分配器的技术指标包括频率范围、 承受功率、 主路到支路的分配损耗、 输入输出间的插入损耗、 支路端口间的隔离度、 每个端口的电压驻波比等。 (1) 频率范围。 这是各种射频/微波电路的工作前提,功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率,才能进行下面的设计。 (2) 承受功率。 在大功率分配器/合成器中,电路元件所能承受的最大功率是核心指标， 它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地,传输线承受功率由小到大的次序是微带线、 带状线、 同轴线、 空气带状线、 空气同轴线,要根据设计任务来选择用何种传输线。 (3) 分配损耗。 主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。如两等分功率分配