《功率分配器合成器》PPT课件

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1、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频率范围、功率容量、分配损耗、插入损耗、隔离度、驻波比、相位一致性等。(2)功率容量：在大功率分配器/合成器中，最大功率是核心指标，它决定采用什么形式的传输线。一般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。(1)频率范围(3)分配损耗令Ai=A-AdA是实际测量值。在其他支路端口接匹配负载,测量主

2、路到某一支路间的传输损耗。A的理想值就是Ad。式中(4)插入损耗。输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素，考虑输入端的驻波比所带来的损耗。(6)驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。(5)隔离度。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，图5-1功率分配器示意图5.1.2功率分配器的原理5.2集总参数功率分配器5.2.1等分型功率分配器根据电路使用元件的不同，可

3、分为电阻式和L-C式两种情况。1.电阻式电阻式电路仅利用电阻设计，按结构可分成△形和Y形。图5-2△形和Y形电阻式功率分配器Z0是电路特性阻抗。这种电路的优点是频宽大，布线面积小，设计简单；缺点是功率衰减较大（6dB）。对于Y形电阻式二等分功率分配器：(5-2)图5-3Y形电阻式二等分功率分配器S21=S31=S23=1/2，低于输入功率电平6dB；网络互易，散射矩阵对称2.L-C式利用电感及电容进行设计。按结构可分成高通型和低通型。图5-4L-C式集总参数功率分配器1)低通型2)高通型

4、(5-3)(5-4)5.2.2比例型功率分配器比例型功率分配器的两个输出口的功率不相等。假定一个支路端口与主路端口的功率比为k，可按照下面公式设计图5-4（a）所示低通式L-C式集总参数比例功率分配器。(5-5)5.2.3集总参数功率分配器的设计方法集总参数功率分配器的设计即计算出各个电感、电容或电阻的值。图5-5低通L-C式功率分配器设f0=750MHz，Z0=50Ω，k=0.1，要求在750±50MHz的范围内S11≤-10dB，S21≥-4dB,S31≥-12dB。在电路实现上采用如图5

5、-5所示结构。应用公式（5-5），计算可得Zr=47.4Ω→Lr=10.065nH，选定Lr=10nHZp=150Ω→Cp=1.415pF，选定Cp=1.4pF5.3分布参数功率分配器5.3.1微带线功率分配器功率分配器/合成器有两路和多路情况。1.两路功率分配器微带线威尔金森两路等分功率分配器：R是隔离电阻，输出功率也可按一定比例分配,并保持电压同相,电阻R上无电流,不吸收功率。图5-8威尔金森功率分配器与其他功分器相比，Wilkinson功分器做到输出端口都匹配且无耗若端口2或端口3有

6、失配，则反射功率通过分支叉口和电阻两路到达另一支路的电压等幅反相而抵消，在此点没有输出，从而可保证两输出端有良好的隔离。两路等分功分器的奇偶模分析（在输出端口用对称和反对称源驱动）：用Z0归一化所有阻抗应用奇偶模分析法求S参数偶模：Vg2＝Vg3＝2V0；奇模：Vg2＝－Vg3＝2V0，然后两模叠加，有效的激励是Vg2＝4V0，Vg3＝0，以此求出S参量偶模：从端口2向左看：令在端口1处x＝0，则端口2处x＝－λ/4传输线上的电压：在端口1，向着归一化值为2的电阻看，反射系数是则和奇模：从端口

7、2向左看：端口2和3接匹配负载时，端口1处的输入阻抗：Wilkinson分配器的S参量确定如下：端口1驱动且输出匹配时，分配器无耗；端口2和3隔离。考虑一般情况(比例分配输入功率),设端口3和端口2的输出功率比为，即（5-6）端口2的电压U2与端口3的电压U3相等,即U2=U3。端口2和端口3的输出功率与电压的关系为Z2、Z3为端口2和端口3的输入阻抗，若则可满足式（5-9）。为保证端口1匹配，应有（5-10）（5-11）同时由于则所以（5-12）为了实现端口2和端口3隔离,可选若P2=P3，

8、k=1，则（5-13）图5-9微带线功率分配器微带功分器可以是圆环形，便于加工和安装。设计实例：设工作频率为f0=750MHz，特性阻抗为Z0=50Ω，功率比例为k=1，且要求在750±50MHz的范围内S11≤-20dB，S21≥-4dB，S31≥-4dB。由式（5-13）知Z02=Z03=70.7Ω，R=2Z0=100Ω。功率分配器有一定的频率特性。由图5-10(b)看出，当频带边缘频率之比增加时，输入驻波比下降，隔离度也变差。为了加宽工作频带，可以用多节的宽频带功率