射频技术功率分配器与定向耦合器.ppt

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1、作业：作业：已知晶体管小信号散射参数如下。分别用集总参数和已知晶体管小信号散射参数如下。分别用集总参数和微带线对晶体管输入端匹配（暂不考虑输入输出的相微带线对晶体管输入端匹配（暂不考虑输入输出的相互影响），工作中心频率，基片类型互影响），工作中心频率，基片类型FR4，厚度。每，厚度。每总匹配电路给出至少两种不同结构，并说明各种电路总匹配电路给出至少两种不同结构，并说明各种电路的特点。的特点。参考阻抗与匹配参考阻抗与匹配p7功率分配器和定向耦合器功率分配器和定向耦合器功率分配在电路中的应用：功率分配在电路中的应用：功率分配和功率混合。功率分配和功率混合。常用实现技术常用实现技术 微带、波导等。微

2、带、波导等。一、一、T形结功率分配器形结功率分配器微带电路结构微带电路结构等效电路等效电路原理原理为了保证输入匹配，必须有为了保证输入匹配，必须有上式中，上式中，jB是由结的不连续性引入的电纳。通常通是由结的不连续性引入的电纳。通常通过补偿办法可以减小到忽略。所以匹配条件为：过补偿办法可以减小到忽略。所以匹配条件为：典型实例典型实例：功率平均分配。设输入：功率平均分配。设输入5050，则输则输出出 微微带线为带线为100。例：例：设计一个无耗设计一个无耗T T形结功率分配器。源阻抗形结功率分配器。源阻抗5050，输输出功率分配比出功率分配比为为2:1，求，求输输出微出微带线带线的特特征阻抗。的

3、特特征阻抗。解：解：设在结处的电压为设在结处的电压为V V0 0，则输入功率为，则输入功率为按要求输出功率分别应为按要求输出功率分别应为由此有由此有由输入端看进去匹配。由输入端看进去匹配。T T形结的一些特点形结的一些特点I I）宽带宽带IIII）功率分配中的幅度相位功率分配中的幅度相位IIIIII）功率合成中的幅度相位）功率合成中的幅度相位IVIV）效率效率场图场图*偏置电路中的分支结构偏置电路中的分支结构偏置电路中的交直流分路偏置电路中的交直流分路INOUTINOUT/4/4一种常用偏置扼流电路结构一种常用偏置扼流电路结构短截线分别为角宽短截线分别为角宽66.5、22.5、扇面和扇面和/4

4、时时微微带带的的S21和和S11短截线为角宽短截线为角宽22.5扇面扇面的输入阻抗。的输入阻抗。多节多节基片基片RT/D 6010,相对介电常数相对介电常数10.8,厚度厚度二、二、Wilkinson功率分配器功率分配器WilkinsonWilkinson的特点的特点三端口同时匹配；分支隔离；三端口匹配时无耗；三端口同时匹配；分支隔离；三端口匹配时无耗；WilkinsonWilkinson的电路形式（等分）的电路形式（等分）奇耦模式分析方法奇耦模式分析方法归一化和完全对称归一化和完全对称条件下的等效电路条件下的等效电路(a)(a)偶模等效电路偶模等效电路(b)(b)奇模等效电路奇模等效电路(a

5、)(a)偶模等效电路偶模等效电路从右往左看从右往左看 ，电路匹配。，电路匹配。(b)(b)奇模等效电路奇模等效电路从右往左看从右往左看 ，电路匹配。，电路匹配。(C)(C)端口端口1 1的匹配的匹配从左往右看，电阻等效于两标准阻抗经从左往右看，电阻等效于两标准阻抗经/4/4阻抗变阻抗变换后的两阻抗并联换后的两阻抗并联完全匹配。完全匹配。WilkinsonWilkinson电路设计电路设计不等分不等分WilkinsonWilkinson功率分配器功率分配器*电路形式电路形式重要计算公式重要计算公式*微波电路微波电路p277,p277,微波固态电路设计微波固态电路设计p164p164实例实例*微波

6、固态电路设计微波固态电路设计p165p165三、正交（三、正交（90）混合网）混合网络络（混合接（混合接头头，Hybrid)结构与性能特点结构与性能特点Port 1Port 4Port 2Port 3（输入）（输入）（输出）（输出）（输出）（输出）（隔离）（隔离）/4/4幅度幅度(-3dB)相位相位(90)隔离隔离(隔离度）隔离度）损耗损耗(插入损耗插入损耗)描述与分析方法描述与分析方法I)散射参数散射参数II)奇偶模分析奇偶模分析 线性互易网络，可以利用叠加原理。将线性互易网络，可以利用叠加原理。将工作模式分解为奇、偶两种模式。任何模式都工作模式分解为奇、偶两种模式。任何模式都是奇偶模式的线

7、性叠加。是奇偶模式的线性叠加。奇偶模等效电路分解示意图奇偶模等效电路分解示意图以输入和隔离端作为一对端口区分奇偶模式。以输入和隔离端作为一对端口区分奇偶模式。根据上述等效电路，所有支路出射波幅分别根据上述等效电路，所有支路出射波幅分别为：为：现在需要找到所有反射参数现在需要找到所有反射参数和传输参数和传输参数T。利。利用用ABCD矩阵。以下面偶模等效电路为例矩阵。以下面偶模等效电路为例/8/8/4并并联联终终端端开路开路/8线线串串联联/4线线并并联联终终端端开路开路/8线线由散射参数和由散射参数和ABCD参数的关系即可求得参数的关系即可求得同理可求得奇模的同理可求得奇模的ABCD距阵并求得反

8、射参数和传输参数距阵并求得反射参数和传输参数 由此各支路出射波幅分别求得为由此各支路出射波幅分别求得为与理想与理想S参数距阵一致，从而证明了电路分析的正确性。其它各行可参数距阵一致，从而证明了电路分析的正确性。其它各行可通过互换位置得到。通过互换位置得到。例：例：电路仿真结果电路仿真结果按按幅幅度度-1dB定定义义的的相相对对带带宽宽为为26%，按按隔隔离离度度优优于于-20dB定定义义的的相对带宽相对带宽10%按按相相位位变变化化905 定定义义的的相相对对带带宽宽为为32.5%。与与此此相相对对应应，微微带带移移相相器器在在相相同同带带宽宽内内（）移移相为相为75105.四、四、180 混

9、合网混合网络络（混合（混合环环，鼠，鼠笼笼式混合接式混合接头头)电路结构电路结构/4/4/43/4散射参数散射参数（）()混合环的奇偶模式分析混合环的奇偶模式分析分分析析方方法法与与9090混混合合接接头头相相同同。可可以以逐逐个个端端口口求求解解得得散散射射参参数数距距阵阵。设设计计则则仅仅需需按按结结构构图图计计算算出出微微带带的的宽宽度度和和长长度即可完成设计。度即可完成设计。（端口（端口激励时奇偶模电路等效）激励时奇偶模电路等效）例：例：混合环基片选定为混合环基片选定为FR4,厚度厚度1mm，工作中心频率工作中心频率2GHz,设计完成混合环。端口特征阻抗设计完成混合环。端口特征阻抗50

10、.解：解：仿真结果仿真结果按按幅幅度度-1dB定定义义的的相相对对带带宽宽为为38%，按按隔隔离离度度优优于于-20dB定定义义的的相对带宽相对带宽31.5%按按相相位位变变化化18010 定定义义的的相相对对带带宽宽为为37%。与与此此相相对对应应，微微带带移移相相器器在在相相同同带带宽宽内内（）移移相为相为148214.非理想负载条件下的功率分配响应非理想负载条件下的功率分配响应非非理理想想负负载载：50负负载并联电容。载并联电容。180 混合环混合环T形结形结+180 微带移相微带移相课堂作业课堂作业 设计设计Wilkinson功率分配器，工作中心频率功率分配器，工作中心频率5GHz。p16课后作业课后作业1.设设计计2路路均均匀匀分分配配微微带带功功率率分分配配器器。输输入入输输出出特特征征阻阻抗抗均均为为50。要要求求带带宽宽（S11-10dB)大大于于10%，选选择择恰恰当当的的基基片片，计计算算出出所所有有微微带带线线几几何何参参数数，画画出出详详细细结结构构图图。并并指指出出两两路路相相位位差差分分别别为为0，90，180度度时时应应采用何种分配采用何种分配电电路。路。