微帶功率分配器--微帶阻抗及隔離電阻值

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1、設(shè)計(jì)資料微帶功率分配器設(shè)計(jì)方法1.功率分配器論述：1.1定義：功率分配器是一種將一路輸入信號(hào)能量分成兩路或多路信號(hào)能量輸出的器件，也可反過來將多路信號(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)也可稱為合路器。1.2分類：1.2.1功率分配器按路數(shù)分為：2路、3路和4路及通過它們級(jí)聯(lián)形成的多路功率分配器。1.2.2功率分配器按結(jié)構(gòu)分為：微帶功率分配器及腔體功率分配器。1.2.2根據(jù)能量的分配分為：等分功率分配器及不等分功率分配器。1.2.3根據(jù)電路形式可分為：微帶線、帶狀線、同軸腔功率分配器。1.3概述：常用的功率分配器

2、都是等功率分配，從電路形式上來分，主要有微帶線、帶狀線、同軸腔功率分配器，幾者間的區(qū)別如下：（1）同軸腔功分器優(yōu)點(diǎn)是承受功率大，插損小，缺點(diǎn)是輸出端駐波比大，而且輸出端口間無任何隔離。微帶線、帶狀線功分器優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，輸出端口間有很好的隔離，缺點(diǎn)是插損大，承受功率小。（2）微帶線、帶狀線和同軸腔的實(shí)現(xiàn)形式也有所不同：同軸腔功分器是在要求設(shè)計(jì)的帶寬下先對(duì)輸入端進(jìn)行匹配，到輸出端進(jìn)行分路；而微帶功分器先進(jìn)行分路，然后對(duì)輸入端和輸出端進(jìn)行匹配。13下面對(duì)微帶線、帶狀線功率分配器的原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。

3、2．設(shè)計(jì)原理：2.1分配原理：微帶線、帶狀線的功分器設(shè)計(jì)原理是相同的，只是帶狀線的采用的是對(duì)稱性空氣填充或介質(zhì)板填充，而微帶線的主要采用的是非對(duì)稱性部分介質(zhì)填充和部分空氣填充。下面我們以一分二微帶線功率分配的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析。傳輸線的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它是通過阻抗變換來實(shí)現(xiàn)的功率的分配。圖1：一分二功分器示意圖在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中，終端負(fù)載均為50Ω，也就是說在分支處的阻抗并聯(lián)后到阻抗結(jié)處應(yīng)為50Ω。如上圖匹配網(wǎng)絡(luò)，從輸入端口看，而，且是等分的，所以=，①處、②處的輸入阻抗應(yīng)為100Ω，這樣由①、②處到

4、輸出終端50Ω需要通過阻抗變換來實(shí)現(xiàn)匹配。2.2階梯阻抗變換：13在微波電路中，為了解決阻抗不同的元件、器件相互連接而又不使其各自的性能受到嚴(yán)重的影響，常用各種形式的阻抗變換器。其中最簡(jiǎn)單又最常用的四分之一波長(zhǎng)傳輸線階梯阻抗變換器（圖2）。它的特性阻抗Z1為待匹配的阻抗。圖2：λ/4阻抗變器示意圖根據(jù)特性阻抗匹配原理：，其中為匹配后的輸入阻抗，為四分之一波長(zhǎng)傳輸線特性阻抗,為負(fù)載阻抗，則，其長(zhǎng)度L為中心頻率導(dǎo)引波長(zhǎng)的1/4，即L=λg/4。相當(dāng)于電長(zhǎng)度θ為θ=π/2。這種變換器的顯著特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，用

5、任一種形式的傳輸線均能實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)頻率偏離中心時(shí)，其電長(zhǎng)度不再是π/2，變換特性也隨之惡化。它對(duì)頻率的敏感，使它僅適合于窄帶運(yùn)用。在需要寬帶匹配的場(chǎng)合，應(yīng)采用多節(jié)階梯阻抗變換器或各種漸變線變換器。我們常用的通信頻率范圍較寬，所以經(jīng)常采用多節(jié)來實(shí)現(xiàn)，下面對(duì)多節(jié)阻抗變化器進(jìn)行分析。在多節(jié)階梯阻抗變換器中，各阻抗階梯所產(chǎn)生的反射波彼此抵消，于是匹配的頻帶得以展寬。多節(jié)階梯阻抗變換器中最常用的是每節(jié)長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)變換器（圖3）。圖3：多節(jié)λ/4阻抗變器示意圖13對(duì)于阻抗變化器，衡量其性能與設(shè)計(jì)所根據(jù)的指標(biāo)，

6、通常是：匹配帶寬、帶內(nèi)最大電壓駐波比以及插入損耗等。同樣，一個(gè)功分器也是一個(gè)阻抗變換器，也是從這幾個(gè)方面來考慮設(shè)計(jì)的。多節(jié)階梯阻抗變化器帶內(nèi)的電壓駐波比響應(yīng)特性常用的是最平坦響應(yīng)和切比雪夫響應(yīng)兩種，但與帶通濾波器不同的是它對(duì)帶外抑制沒什么要求。參考圖3，設(shè)待匹配的阻抗值為Z0和Zn+1，其設(shè)Zn+1＞Z0。為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，我們把阻抗值對(duì)Z0進(jìn)行歸一化。這樣，待匹配的阻抗值就分別為1和R=Zn+1/Z0，R也稱為阻抗變換比。如圖1，從100Ω到50Ω的阻抗變換比R=100/50=2。我們知道，對(duì)于單

7、節(jié)的1/4波長(zhǎng)阻抗匹配，（Z0=R2=50Ω）所以Ω=70.7Ω。對(duì)于多節(jié)的，計(jì)算原理同單節(jié)的，每一節(jié)的阻抗都等于前后阻抗的幾何平均值，即。無耗傳輸線構(gòu)成的四分之一波長(zhǎng)階梯阻抗變換器，一般設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是許可的最大電壓駐波比ρm，和所需的帶寬Δ。Δ=2（λg1-λg2）/（λg1+λg2）=2（f2-f1）/(f2+f1)λg1和λg2分別為實(shí)際頻帶的下限和上限頻率的導(dǎo)引波長(zhǎng),即f1、f2分別為下限和上限頻率，根據(jù)ρm和Δ可以確定所需要的節(jié)數(shù)。進(jìn)行完阻抗變換后，如果一個(gè)功分器各輸出路之間沒有隔離，信

8、號(hào)就會(huì)相互干擾，無法實(shí)現(xiàn)功分，那么下面我們將對(duì)如何實(shí)現(xiàn)隔離進(jìn)行分析。2.2隔離原理：13上面運(yùn)用階梯阻抗變換器原理僅僅對(duì)功分器的傳輸進(jìn)行了匹配，而每個(gè)輸出端口間并沒有進(jìn)行匹配，所以端口間沒有隔離。為了實(shí)現(xiàn)隔離可以通過輸出路與路間的阻抗匹配（常稱為隔離電阻）達(dá)到要求，那么下面采用奇、偶模法來進(jìn)行分析。圖4：激勵(lì)響應(yīng)示意圖如上圖，當(dāng)輸出端加激勵(lì)U時(shí)，可等效為偶模激勵(lì)和奇模激勵(lì)的疊加。圖5：偶模電壓激勵(lì)等效圖如圖5，當(dāng)偶模電壓激勵(lì)時(shí)，兩路的相位相同，則信號(hào)沿階梯阻抗變換器傳