微波电路课件_雷震亚_第5章_功率分配器合成器

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1、3负载贴片电阻、负载、衰减器的专业制造商产品功率大、频率宽频率：2G2.5G3G3.5G4.4G18G功率：3W10W20W30W60W75W80W100W120W150W250W500W800W封装形式多样4衰减器衰减范围：0-30dB频率范围：2-40GHz分段功率：2-50W调节方式：机械式连续可调和步进方式可电驱动第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

2、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。如两等分功率分配器的分配损耗是3d

3、B,四等分功率分配器的分配损耗是6dB。定义式中(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。定义Ai=A-Ad其中,A是实际测量值。在其他支路端口接匹配负载,测量主路到某一支路间的传输损耗。可以想象,A的理想值就是Ad。在功率分配器的实际工作中,几乎都是用A作为研究对象。(5)隔离度。支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。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

4、,i口和j口的隔离度定义为隔离度的测量也可按照这个定义进行。(6)驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。5.1.2功率分配器的原理一分为二功率分配器是三端口网络结构,如图5-1所示。信号输入端的功率为P1,而其他两个输出端口的功率分别为P2和P3。由能量守恒定律可知P1=P2+P3。如果P2（dBm）=P3（dBm）,三端功率间的关系可写成P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)-3dB（5-1）当然,P2并不一定要等于P3,只是相等的情况在实际电路中最常用。因此,功率分配器可分为等分型（P2=P3）和比例型（P2=kP3

5、）两种类型。图5-1功率分配器示意图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,如图5-2(a)、(b)所示。图5-2△形和Y形电阻式功率分配器图5-2中Z0是电路特性阻抗,在高频电路中,不同的使用频段,电路中的特性阻抗是不相同的,这里以50Ω为例。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）。以Y形电阻式二等分功率分配器为例(见图5-3),计算如下：(5-2)图5-3Y形电阻式二等分功率

6、分配器2.L-C式这种电路利用电感及电容进行设计。按结构可分成高通型和低通型,如图5-4(a)、(b)所示。下面分别给出其设计公式。图5-4L-C式集总参数功率分配器1)低通型2)高通型(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就是要计算出各个电感、电容或电阻的值。可以使用现成软件MicrowaveOffice或Ma

7、thcad。也可以查手册或手工解析计算。下面给出使用Mathcad的计算结果和MicrowaveOffice的仿真结果。图5-5低通L-C式功率分配器设工作频率为f0=750MHz,特性阻抗为Z0=50Ω,功率比例为k=0.1,且要求在750±50MHz的范围内S11≤-10dB,S21≥-4dB,S31≥-4dB。在电路实现上采用如图5-5所示结构。将公式（5-5）写入Mathcad,计算可得Zr=47.4Ω→Lr=10.065nH选定Lr=10nHZp=150Ω→Cp=1.415pF选定Cp=1.4pF采用MicrowaveOff

8、ice进行仿真,电路图如图5-6所示。图5-6功率分配器电路图仿真结果如图5-7所示。图5-7功率分配器电