射频技术功率分配器与定向耦合器幻灯片.ppt

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1、射射频技技术功率分配器功率分配器与定向耦合器与定向耦合器第1页，共33页，编辑于2022年，星期五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。微带、波导等。第2页，共33页，编辑于2022年，星期五一、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第3页，共33页，编辑于2022年，星期五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。通常通过是由结的不连续性引入的电纳。通常通过补偿办

2、法可以减小到忽略。所以匹配条件为：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，则输出，则输出 微带微带线为线为100。第4页，共33页，编辑于2022年，星期五例：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，输出功率，输出功率分配比为分配比为2:1，求输出微带线的特特征阻抗。，求输出微带线的特特征阻抗。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第5页，共33页，编辑于2022年，星期五由此有由此有由输入端

3、看进去匹配。由输入端看进去匹配。第6页，共33页，编辑于2022年，星期五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）效率效率场图场图第7页，共33页，编辑于2022年，星期五第8页，共33页，编辑于2022年，星期五*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第9页，共33页，编辑于2022年，星期五一种常用偏置扼流电路结构一种常用偏置扼流电路结构第10页，共33页，编辑于2022年，星期五短截线分别为

4、角宽短截线分别为角宽66.5、22.5、扇面、扇面和和/4时微带的时微带的S21和和S11短截线为角宽短截线为角宽22.5扇面的扇面的输入阻抗。输入阻抗。第11页，共33页，编辑于2022年，星期五多节多节基片基片RT/D 6010,相对介电常数相对介电常数10.8,厚度厚度1.27mm第12页，共33页，编辑于2022年，星期五二、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）第13页，共3

5、3页，编辑于2022年，星期五奇耦模式分析方法奇耦模式分析方法归一化和完全对称条归一化和完全对称条件下的等效电路件下的等效电路(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第14页，共33页，编辑于2022年，星期五(a)(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阻抗变换阻抗变换后的两阻抗并联后的两阻抗并联完全匹配。完全匹配。第15页，共33

6、页，编辑于2022年，星期五WilkinsonWilkinson电路设计电路设计第16页，共33页，编辑于2022年，星期五第17页，共33页，编辑于2022年，星期五不等分不等分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第18页，共33页，编辑于2022年，星期五实例实例*微波固态电路设计微波固态电路设计p165p165第19页，共33页，编辑于2022年，星期五三、正交（三、正交（90）混合网络（混合接头，）混合网络（混合接头，Hybrid)结构与性

7、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)第20页，共33页，编辑于2022年，星期五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。将工作模式线性互易网络，可以利用叠加原理。将工作模式分解为奇、偶两种模式。任何模式都是奇偶模式的线分解为奇、偶两种模式。任何模式都是奇偶模式的线性叠加。性叠加。第21页，共33页，编辑于2022年，星期五奇偶模等效电路

8、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。第22页，共33页，编辑于2022年，星期五根据上述等效电路，所有支路出射波幅分别为：根据上述等效电路，所有支路出射波幅分别为：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。利用。利用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第23页，共33页，编辑于2022年，星期五并并联联终终端端开开路路/8线线串联串联/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第24页

9、，共33页，编辑于2022年，星期五同理可求得奇模的同理可求得奇模的ABCD距阵并求得反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。其它各行可通过参数距阵一致，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。互换位置得到。第25页，共33页，编辑于2022年，星期五例：例：第26页，共33页，编辑于2022年，星期五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定定义义的的相相对对带带宽宽10%按按相相

10、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（1.652.3GHz）移相为）移相为75105.第27页，共33页，编辑于2022年，星期五四、四、180 混合网络（混合环，鼠笼式混合接头混合网络（混合环，鼠笼式混合接头)电路结构电路结构/4/4/43/4散射参数散射参数（）()第28页，共33页，编辑于2022年，星期五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

11、计计算算出出微微带带的的宽宽度度和和长度即可完成设计。长度即可完成设计。（端口（端口激励时奇偶模电路等效）激励时奇偶模电路等效）第29页，共33页，编辑于2022年，星期五例：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,设计完设计完成混合环。端口特征阻抗成混合环。端口特征阻抗50.解：解：第30页，共33页，编辑于2022年，星期五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定定义义的的相相对对带带宽宽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

12、%。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（1.652.39GHz）移移相相为为148214.第31页，共33页，编辑于2022年，星期五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负负载载并并联联0.53pF电容。电容。180 混合环混合环T形结形结+180 微带移相微带移相第32页，共33页，编辑于2022年，星期五课堂作业课堂作业 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相位差分别为路相位差分别为0，90，180度时应采用何种分配电路。度时应采用何种分配电路。第33页，共33页，编辑于2022年，星期五