串馈功率分配与合成

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1、2002'全国第九届微波集成电路与移动通信学术年会141串馈功率分配与合成吕植明武汉滨湖机械厂(430077)I摘要】本文从实际出发，研究和设计了串馈功率分配/合成器。该器件设计巧妙，便用方使功举分配合成不受条件限制，尤其在功率分配及合成配对1t用中，带内平坦度好，插入损耗低，隔离度高，Ii前，这种功率分配及合成技术己用于国内某型号雷达中。【美艘询1串惯姚合器带状线variableoveriancoupledline一引育在固态发射机中，功率分配/合成技术是其不可缺少的部分。目前，在L波段和P波段，微波功率管连续波输出功率已达到1201:占空比在5%左右的微波脉冲功率管输出脉冲功率

2、达到4001;大占空比微波脉冲功率管输出脉冲功率可达3001。但对于大功率发射台、远程探测雷达等，’这些输出功率还是远远不够的。因此就必须应用功率分配/合成技术进行功率分配与合成。功率分配/合成技术的种类很多，一般有Wilkinson功分/合成器、支线功分器、3d$电桥、巴伦变压器微带藕合等。在以上的种类中，分配/合成技术应用较多的是Wilkinson和3dB电桥。Wilkinson分配/合成器的优点是易于实现，成本较低:缺点则是体积大，插入损耗大。MB电桥实现功率分配t台诚也很容易，有现成的MB电桥器件，但成本比较离。另外，应用3dB电桥功率分配/合成的支路均为偶数，而串饮功率分

3、配/合成器的分配/合成支路则不受限制，体积较小，配对使用时对称性好，因此，功率合成时效率高，目前的应用也较为广泛。本文将对串锁功率分配/合成器设计技术进行讨论。二。串幼功串分JEl合成饭设什在微带祸合器中，有微带线精合器和带状线祸合器。对于微带线辊合器，由于传输线电场分别处于空气和介质基片中，故其奇、偶模相速不相等，从而导致其方向性较差。在功率分ru/合成中，由于希望分配/合成中的各支路相互影响小，隔离度高，方向性好，故选用带状线辐合器。带状线祸合器主要有如下几种形式:.....曰..曰.口曰.二脚....心图代带状线藕合器形式1922002"全国第九届微波集成电路与移动通信学术年

4、会图一中al一般用于弱祸合，a2用于强祸合，a3介于它们之间。但从设计的灵活性方面，a3形式的祸合更方便。一「面就以a3形式的祸合带状线(variableoverlapcoupledline)设计串馈功率分配/合成器。卜w}W.-r.c图".variableoverlapcoupledline祸合线对于强祸合的情况:W/(1-s)3D.35，且We/s,o.7,设计公式如下:「60)r'(A’OXPI6,4o对于弱祸合的情况:W/(1劝->D,35，且2Wa/(I+S)>-o.85设计公式如下:二_二1201r},p-衣Z,其中￡，为介质的介电常数，Zo为传输线的特性阻抗.W,W

5、o,we,S都是相对于上、卜接地板间距的归一化长度。从以上的公式中，只须知道介电常数;r、偶模阻抗Zoe、奇模阻抗Zoo,祸合间距S就可计算出W,Wo或Wc(Wc=W-Wo)。而偶模阻抗Zoe、奇模阻抗Zoo在祸合器中又决定于锅合度C。因此，在串馈功率分配/合成器设计中，首先要确定功率分配/合成的级数n，再根据各级数的锅合关系确定出各级的祸合度C=申馈功率分配/合成器是利用了微带祸合线的原理，对多路同时进行功率祸合分配，其祸合数值表达式为几=1Ulog(1!n)to为分配级数)根据图三定向锅合器的结构和原理，定向祸合器各端口接相同阻抗Zo时，它的祸合度C、方向性D与其散射参数的关系

6、为:只~_，*。C=-lUlog廿.，LU10916311r32002，全国第九届微波集成电路与移动通信学术年会193Is=I。=10logp'二201ogj分专几(3411图三.定向祸合器由均匀介质填充的祸合线(如带状线或夹层线等)构成的定向祸合器，奇、偶模相速相等，Vpo=Vpe,当祸合区长度L等于四分之一波长，输入端匹配，且输入端电压驻波比P=1(理想情况)，则Zo二VZoe*Zoo2oe一Z00C=201ogIS=卜20log2'oe十2b0由以上二式可解出洲1一ioC2o

7、2001+IOCZO2Z-oe=乙一剑(-1一十-1，0二C二/窝20二1I1/2戈l一10"")对

8、于串馈功率分配/合成器，只须将以上的C改为Cn;Zoo改为Zoon;Zoe改为Zoeno则上二式可改为洲1一ioc}n0!lZoon=Zo(1+lOCn120j1942002'全国第九届微波集成电路与移动通信学术年会z-oen=L一o{j-r+lViza丫}”又I一10“‘“)这样我们就可以根据已知条件求出串馈功率分配/合成器各级藕合线的W、wo,三设计实例根据以上计算结果现己设计出一分为四的串馈功率分配/合成器，其原理图如卜:端口15。。I5。。I，。。.」~习匕」