(精品)微波电路(西电雷振亚老师的课件)_第5章_功率分配器合成器.ppt
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1、第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器3负载负载贴片电阻、负载、衰减器的专业制造商贴片电阻、负载、衰减器的专业制造商产品功率大、频率宽产品功率大、频率宽频率:频率:2G 2.5G 3G 3.5G 4.4G 18G功率:功率:3W 10W 20W 30W 60W 75W 80W 100W 120W 150W 250W 500W 800W封装形式多样封装形式多样第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器4衰减器衰减器衰减范围:衰减范围:0-30dB频率范围:频率范围:2-40GH
2、z分段分段功率:功率:2-50W调节方式:机械式连续可调和步进方式调节方式:机械式连续可调和步进方式可电驱动可电驱动第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器 5.1 功率分配器的基本原理功率分配器的基本原理 5.2 集总参数功率分配器集总参数功率分配器5.3 分布参数功率分配器分布参数功率分配器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器5.1 5.1 功率分配器的基本原理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
3、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。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器(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,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3 dB,四等分功率分配器的分配损
4、耗是6 dB。定义第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器式中(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。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器(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
5、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。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器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。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=
6、kP3)两种类型。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图5-1 功率分配器示意图第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器5.2 5.2 集集总总参数功率分配器参数功率分配器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。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。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图5-2 形和Y形电阻式功率分配器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图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50
7、 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(6 dB)。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)第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图5-3 Y形电阻式二等分功率分配器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器 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)所示。下面分别给出其设计公式。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图 5-4 L-C式集总参数功率分配器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器1)低通型2)高通型(5-3)(5-4)第第
8、5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器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。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器(5-5)第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器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Microwave Office 或Mathcad。也可以查手册或手工解析计算。下面给出使用Mathcad的计算结果和 Microwave O
9、ffice的仿真结果。第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器图5-5 低通L-C式功率分配器第第5 5章章 功率分配器功率分配器/合成器合成器 设工作频率为f0=750MHz,特性阻抗为Z0=50,功率比例为k=0.1,且要求在75050MHz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=47.4Lr=10.065nH选定Lr=10nHZp=150Cp=1.415pF选 定 Cp=1.4pF采用MicrowaveOffice进行仿真,电路图如图5-6所示。第第5 5章章 功率分配器功率
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