功分器原理.docx

2. 3. 1基本理论分析功率分配器是个三端口电路结构(3 Port network),如图所示，其输出端口之间的相移为零。这种三端口装置是可逆的，它既能以功率分配的形式又能以功率合成的形式应用。其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2及P30理论上，以能量守恒定律可知Pl=P2+P3oPl若P2=P3并以毫瓦分贝(dBm)来表示三端口网络功率间的关系，则可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)-3dBo当然P2并不一定要等于P3,只是相等的情况最常被使用于实际电路中。因此，功率分配器大致上可分为等分型(P2=P3)及比例型(P2 = I"? P3)两种类型。其设计原理依序说明如下:下图是微带三端口功分器原理图，它是在微带T形接头的基础上发展起来的，其结构较简单。信号由端口 “1”输入(所接传输线的特性阻抗为Z。)分别经特性阻抗为Z02, Z03的两分支微带线从端口 ”2”，”3”输出，负载电阻分别为R2, R3。两分支间无耦合，各自在中心频率时的电长度均为Zo2(2)R2=KZo功率分配器应满足下列条件： 端口2与端口3”的输出功率比可为任意指定值;(2)输入端口 i(r无反射； 端口2“与端口3的输出电压等幅、同相。由这些条件可确定Zo2，Z03及R2, R3的值。由于端口 “2”，“3”的输出功率与输出电压的关系为:如由条件要求输出功率比为:则2R22R3由条件3中的“ =g,由上式可得/?2 = A?%若取/?2 = kZg则R Z。R3 r由条件2,端口 “1”无反射，即要求4皿与4n3并联形成的总输入阻抗等于Z。由于在中心频率处0=g ,则Zin2=Za"2 ，4迎=Za"3，均为纯电阻，所以1 r2 r3% = 5-=尸+尸乙0 乙02403如以输入电阻表示功率比，则P2 _ Z3 _ Z53 -2 _ J_P3 Zjn2 & Z2 k?联立上述3式可解得Z02 = Zo 4(1 + H) , Z03 = Z°H由于改与以等幅、同相，故在端口 “2”，“3”间跨接一电阻，并不会影响功分器的性能。但当2，3“两端口外接负载不等于此，3时，来自负载的反射波功率便分别由2”，3“两端口输入，此时该三端口网络变为一功率合成器。为使2“，3”两端口彼此隔离，须在其间加一吸收电阻，起隔离作用。隔离电阻r的数值，可由下图所示的等效电路分析求得。u由上图分析上支路可得:(/1 +12亦3 + /U (1)分析下支路(由ABCD矩阵)得：U3 = jZo312(2)/3RU2/Z03(3)U' = U3(4)/，= % + g% u = jZo3r(6)I = "/Z02(7)由至式化简可得一辿卢2/2 + Zo/c(/i+/2)= U(8)K联立(1)式并令A =-/2(两支路电流抵消以实现隔离)可得：r = (k + l/k)Z0隔离电阻r通常是用银铝合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。实际情况往往是输出端口“2”，“3”所接负载并不是电阻/?2,自，而是特性阻抗为Z。的传输线，因此为要获得指定的功分比，需在其间各加1/4波长线段，作为阻抗变换器，如下图所示。Z02（2）rZ04zoZO5ZO3ZO变换段的特性阻抗分别为Z04和Z05,其计算公式为:对于等功率分配器，则22 =23，k=l,于是有r = 2Zq当两路功分器工作在中心频率时，它的特性是理想的，一旦频率偏移，不论是隔离度还是输入驻波比都将变差，故工作频带较窄。