微波功率分配器的原理與設(shè)計(jì)

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1、微波功率分配器的原理與設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解功率分配器的原理；2．學(xué)習(xí)功率分配器的設(shè)計(jì)方法；3．利用實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，以掌握功率分配器的特性。二、實(shí)驗(yàn)原理功率分配器的原理：功分器是三端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（3-portnetwork），如圖10-1所示。信號(hào)輸入端（Port-1）的功率為P1，而其他兩個(gè)輸出端（Port-2及Port-3）的功率分別為P2及P3。由能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分貝（dBm）來(lái)表示三端功率間的關(guān)系，則可寫(xiě)成：P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)–3dB圖10-1功率分配器方框圖(輸出比輸入衰減了3dB,輸出是輸

2、入的一半)當(dāng)然P2并不一定要等于P3，只是相等的情況在實(shí)際電路中最常用。因此，功分器在大致上可分為等分型（P2=P3）及比例型（P2=k·P3）兩種類型。其設(shè)計(jì)方法說(shuō)明如下：(一)等分型：根據(jù)電路使用元件的不同，可分為電阻式、L-C式及傳輸線式。A.電阻式：第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　此類電路僅利用電阻設(shè)計(jì)。按結(jié)構(gòu)可分成Δ形,Y形，如圖10-2(a)(b)所示。圖10-2(a)Δ形電阻式等功分器圖（b）Y形電阻式等功分器其中Zo就是電路特性阻抗，在高頻電路中，在不同的使用頻段，電路中的特性阻抗不相同。

3、在本實(shí)驗(yàn)中，皆以50Ω為例。此型電路的優(yōu)點(diǎn)是頻寬大、布線面積小、及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而缺點(diǎn)是功率衰減較大（6dB）。A.L-C式此類電路可利用電感及電容進(jìn)行設(shè)計(jì)。按結(jié)構(gòu)可分成高通型和低通型，如圖10-3(a)(b)所示。其設(shè)計(jì)公式分別為：a.低通型：其中fo——操作頻率Zo——電路特性阻抗Ls——串聯(lián)電感Cp——并聯(lián)電容b.高通型：其中fo——操作頻率Zo——電路特性阻抗Lp——并聯(lián)電感第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Cs——串聯(lián)電容圖10-3(a)低通L-C式等功分器;(b)高通L-C式等功分器C.傳輸線式此種

4、電路按結(jié)構(gòu)可分為威爾金森型和支線型，如圖10-4(a)(b)所示。其設(shè)計(jì)公式分別為：a.威爾金森型圖10-4（a）威爾金生型等功分器b．支線型第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖10-4（b）支線型等功分器(一)比例型此種電路按結(jié)構(gòu)可分為支線型及威爾金森耦合線型，如圖10-5(a)(b)所示。其設(shè)計(jì)公式如下：圖10-5(a)分支線型比例功分器（注:ZP及Zr也可以是電容或電感。請(qǐng)參考L-C型等功分器。）圖10-5(b)威爾金森耦合線比例功分器設(shè)計(jì)公式:第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

5、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)及其含義：插入損耗：定義為傳輸電平除以入射電壓取對(duì)數(shù)再乘以20，以dB表示。是無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)年P(guān)鍵之一。插入損耗關(guān)于通過(guò)無(wú)源線性器件無(wú)失真的傳輸有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。首先，器件的幅度響應(yīng)不許在使用的帶寬內(nèi)為固定值。這意味著在帶段內(nèi)的所有信號(hào)的衰減是恒等的。其次，器件的相位響應(yīng)在同樣的帶寬內(nèi)必須是線性的。隔離度：當(dāng)主路接匹配負(fù)載時(shí)，各分配支路之間的衰減量比值。幅度平衡：指頻帶內(nèi)所有輸出端口之間的幅度誤差最大值。一、設(shè)計(jì)實(shí)例功率分配器的設(shè)計(jì)方法1．在這里以支路型等功分器為例。2．先決定操作頻率（f0）,特性阻抗（Z0）及功率比例（

6、k）：f0=750MHz,Z0=50Ω,k=0.1。3．如圖10-6，所列公式：圖10-6支路型等功分器計(jì)算可得：第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Zr=47.4Ω→Lr=10.065nH選定Lr=10nHZp=150Ω→Cp=1.415Pf選定Cp=1.4pF1．然后利用MICROWAVE軟件模擬理想設(shè)計(jì)電路，然后進(jìn)行仿真，結(jié)果應(yīng)接近實(shí)際測(cè)量所得到的仿真圖形和指標(biāo)。2．利用MICROWAVE軟件計(jì)算出微帶線（microstriplinetype）電路的實(shí)際尺寸。3．電路圖和相應(yīng)的仿真圖可參照?qǐng)D10-7、1

7、0-8。10-7支路型等功分器電路圖第⑦頁(yè)共222頁(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10-8支路型等功分器的仿真圖一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)設(shè)備:項(xiàng)次設(shè)備名稱數(shù)量備注1功率分配器模塊1塊有源實(shí)驗(yàn)箱2頻譜分析儀1臺(tái)3反射電橋1塊4射頻連接線2條550Ω標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載2個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟:本實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)wilkson等分型功分器,通過(guò)分別測(cè)試兩種模塊的S11、S21（P1、P2端口的傳輸）和S31（P1、P3端口的傳輸）值，觀察功率分配器的性能。理想情況下，對(duì)于電阻式功率分配器，其二