微波功分器的设计及测试35页PPT

微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计一、实验目的1．了解功率分配器的原理；2．学习功率分配器的设计方法；3．利用实验模块进行实际测量，以掌握功率分配器的特性。

二、实验原理功率分配器的原理：功分器是三端口网络结构（3-port network），如图10-1所示。

信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。

由能量守恒定律可知P1=P2 + P3。

若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成：P2(dBm) = P3(dBm) = Pin(dBm) – 3dB 图10-1 功率分配器方框图(输出比输入衰减了3dB,输出是输入的一半) 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，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=k·P3）两种类型。

其设计方法说明如下：(一) 等分型：根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。

A. 电阻式：此类电路仅利用电阻设计。

按结构可分成Δ形,Y形，如图10-2(a)(b)所示。

图10-2(a)Δ形电阻式等功分器图（b）Y形电阻式等功分器其中Zo就是电路特性阻抗，在高频电路中，在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。

在本实验中，皆以50Ω为例。

此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单，而缺点是功率衰减较大（6dB）。

B. L-C式此类电路可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10-3(a)(b)所示。

其设计公式分别为：a. 低通型：其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Ls——串联电感Cp——并联电容b. 高通型：其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Lp——并联电感Cs——串联电容图10-3(a) 低通L-C式等功分器; (b) 高通L-C式等功分器C . 传输线式此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型，如图10-4(a)(b)所示。

功分器现在有如下几种系列[11]：1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz 无线本地环路系统。

2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。

3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。

4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。

5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。

这里介绍几种常见的功分器：一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。

在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。

图1-1 威尔金森功分器二、变形威尔金森功分器将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。

两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。

每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。

图1-2 变形威尔金森功分器三、混合环混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。

早期的混合环是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。

图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。

环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。

这种形式的功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。