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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
2、，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3dB,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
3、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,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。
4、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）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。
5、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
6、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Mathcad。也可以查手册或手工解析计算。下面给出使用Math
7、cad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=10nHZp=150Ω→Cp=1.415pF选定Cp=1.4pF采用MicrowaveOffice进行仿真,
8、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功率分配器电路仿真结果5.3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
