第5章 功率分配器合成器ppt课件.ppt

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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将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同,可分为等功率分配器和不等功率分配器。在结构上,大功率往往采用同轴线而中小功率常采用微带线。下面介绍两路微带功率分配器以及微带环形电桥的工作原理。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(2)承受功率(3)分配损耗定义两等分功率分配器的分配损耗是3dB,四等分功率分配器的分配损耗是6dB。

2、(4)插入损耗。定义Ai=A-Ad其中,A是实际测量值。(5)隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下,i口和j口的隔离度定义为(6)驻波比5.2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或三路情况,下面分别介绍。1.两路功率分配器图5-8是两路微带线威尔金森功率分配器示意图。这是一个功率等分器,P2=P3=P1-3dB,Z0是特性阻抗,λg是信号的波导波长,R是隔离电阻。当信号从端口1输入时,功率从端口2和端口3等功率输出。如果有必要,输出功率可按一定比例分配,并保持电压同相,电阻R上无电流,不吸收功率。

3、图5-8威尔金森功率分配器若端口2或端口3有失配,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。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k2,即（5-6）由于端口1到端口2与端口1到端口3的线长度相等,故端口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将上式代入式（5-6）,得（5-7）（5-8）即Z2=k2Z3（5-9）式中,Z2、Z3为端口2和端口3的输入阻抗,若选则可以满足式（5-9）。为了保证端口1匹配,应有（

4、5-10）（5-11）同时考虑到则所以（5-12）为了实现端口2和端口3隔离,即端口2或端口3的反射波不会进入端口3或端口2,可选在等功率分配的情况下,即P2=P3,k=1,于是（5-13）微带线功率分配器的实际结构可以是圆环形或长方形,便于加工和隔离电阻的安装,如图5-9所示。图5-9（a)长方形微带线功率分配器图5-9（b)圆环形微带线功率分配器设计实例：设工作频率为f0=1000MHz,特性阻抗为Z0=50Ω,功率比例为k=1,且要求在1000±100MHz的范围内带内各端口反射系数小于-20dB（即S11≤-20dB,S22≤-20dBS33≤

5、-20dB）,传输损耗小于3.1dB（即S21≥-3.1dB,S31≥-3.1dB）,两输出端隔离度小于-25dB（即S23≤-25dB）。由式（5-13）可知Z02=Z03=Z0=70.7Ω,R=2Z0=100Ω。介质基片选用厚度H=0.8mm,对介电常数Er=4.3,金属层厚度T=0.03mm,损耗角正切TanD=0.00001。采用ADS微波设计软件进行仿真,功率分配器电路图及仿真结果如下。ADS软件的使用启动ADS进入如下界面创建新的工程文件点击File->NewProject设置工程文件名称（本例中为divider）及存储路径点击LengthUn

6、it设置长度单位为毫米创建新的工程文件（续）工程文件创建完毕后主窗口变为下图创建新的工程文件（续）同时原理图设计窗口打开功分器的设计下图是一个等功率分配器，它由两段不同特性阻抗的微带线组成，两臂是对称的。我们以这种结构的功分器为例，介绍一下设计的过程。123功分器的设计（续）在进行设计时，主要是以功分器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21、S31是传输参数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数。S23反映了两个输出端口之间的隔离度。生成功分器的原理图在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏窗口左侧的工具栏变为右图所示选择微带线以

7、及控件MSUB分别放置在绘图区中选择画线工具将电路连接好，连接方式见下页图（本图只是提供参考，还有其它形式可供选择。）功分器的原理图示例设置微带电路的基本参数双击图上的控件MSUB设置微带线参数H:基板厚度(0.8mm)Er:基板相对介电常数(4.3)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33mm)T:金属层厚度(0.03mm)TanD:损耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0mm)微带线计算工具功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。填入50Ohm可以算出微带

8、线的线宽1.52mm。填入70.7Ohm和90deg