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第5章功率分配器/合成器
功率分配器的基本原理
集总参数功率分配器
分布参数功率分配器
功率分配器的基本原理
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。
(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耗是6 dB。定义
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。
(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。
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=kP3)两种类型。
图5-1 功率分配器示意图
集总参数功率分配器
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。
图5-2 △形和Y形电阻式功率分配器
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 Ω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)