新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器设计

一种改进型Gysel功率分配／合成器的设计0 引言在微波电路中，功率分配／合成器是非常重要的器件，它广泛应用于馈线系统、混频及功率放大器中。

Gysel 功率分配／合成器由Ulrich H．Gysel 于1975 年提出，其拓扑结构介于分支线耦合器结构和威尔金森结构之间，与分支线耦合器一样，其终端负载可以通过一段任意长度，且特性阻抗与负载阻抗相同的传输线引到电路上的任意位置，因而负载可以根据需要外接在电路上，便于大功率负载的使用；同时具有和威尔金森功率分配／合成器一样的相对带宽。

此外，Gysel 功率分配／合成器可以采用同轴线、带状线、空气板线及微带线等多种形式实现。

但是，Gysel 功率分配／合成器也存在一些缺点：首先，Gysel 形式在20％相对带宽情况下，其插入损耗、驻波等指标比威尔金森形式要好，显示出较好的宽带特性。

但窄带情况下，当传输线损耗相同时，Gysel 形式的损耗值约为0.12 dB，威尔金森则为0.1 dB，驻波也稍大一些。

其次，在输入输出端口回波损耗小于-20 dB 的原则下，Gysel 功率分配／合成器的相对带宽为20％左右，在一些宽频带应用的场合，Gysel 功率分配／合成器的带宽仍需要提高。

另外，在设计Gysel 功率分配／合成器时，各个微带支节的阻抗值不是完全确定的，其中两个隔离电阻间的λ0／2 微带线的阻值随带宽、隔离度等指标的要求变化，不利于设计和应用。

本文对Gysel 功率分配／合成器进行了改进，目的是提高其隔离度、回波损耗等指标的宽带特性。

通过对整个拓扑的改进，新功率分配／合成器的插入损耗、回波损耗、隔离度等指标明显优于Gysel 功分器，而且各个微带支节的阻抗值是确定的，非常便于设计。

1 结构及原理分析传统微带型Gysel 功分器的结构如图1 所示，由4 个λ0／4 微带线及1 个λ0／2 微带支节构成。

对于Gysel 功分器典型的分析方法是奇偶模分析法及单位元素(Unit Elements)分析方法。

微波定向耦合器、混合电桥、功率分配器1.微波定向耦合器基本概念：定向耦合器的技术指标(以同向为例)• 定向耦合器的技术指标：• 1.耦合：• 2.定向性：续上：• 5.插损：主线输入口到主线输出口的功率关系：• ６．各端口之间的功率关系：•2.耦合线定向耦合器基本原理• 如图：方向性的物理解释：奇、偶模分析和计算公式• 如图：续上•如下： •ｂ１ ｓ１１ｓ２１ｓ３１ｓ４１ ａ１ •ｂ２ ｓ２１ｓ１１ｓ４１ｓ３１ ａ２ •ｂ３ ＝ ｓ３１ｓ４１ｓ１１ｓ２１ ａ３ •ｂ４ ｓ４１ｓ３１ｓ２１ｓ１１ ａ４•偶模激励：ａ１＝ａ４ ＝１／２， ａ２ ＝ａ３ ＝０ 求出： •ＧＡＭＡｅ＝ｂ１ ／ａ１ ＝ ｂ４／ａ４ ＝ｓ１１＋ｓ４１ • Ｔｅ＝ｂ２ ／ａ１ ＝ｂ３／ａ４ ＝ｓ２１ ＋ｓ３１•奇模激励：ａ１＝１／２， ａ４ ＝－１／２， ａ２ ＝ａ３＝０求出：•ＧＡＭＡｏ＝ｂ１／ａ１＝ｂ４／ａ４＝ｓ１１－ｓ４１•Ｔｏ＝ｂ２／ａ１＝ｂ３／ａ４＝ｓ２１－ｓ３１•Ｓ１１＝（ＧＡＭＡｅ＋ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ２１＝（Ｔｅ＋Ｔｏ）／２，ｓ４１＝（ＧＡＭＡｅ－ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ３１＝（Ｔｅ－Ｔｏ）／２续上:混合电桥也是四端口网路，其特点是其中两个端口相互隔离，另两个端口等功率输出。

两输出信号的相位差，可以是•幺正性(无耗网路)：3.制造公差对隔离度(方向性+耦合度)的影响•设：续上：•相速影响• 4.功率分配器：续上：续上：•-------续上：•-----续上：•------5. 测试：•这些器件的端口数目N>2,属多端口测试，使用两端口网络分析仪测量这些器件时，多余的端口必须接上匹配负载。

例如写出测量耦合器方向性的连接关系，如图。

复习题•一、说明耦合线定向耦合器工作原理（物理解释）。

•二、一个10 dB定向耦合器，不考虑线路导体本身的损耗且认为理想匹配，当输入功率Pin,dBm=10 dBm时，求出：（2-1）Pc,dBm，Pout, dBm等于多少dBm? （2-2）Pc，Pout等于多少mW?•三、用两端口网路分析仪测量10dB定向耦合器，•（3-1）写出测量各端口VSWR、耦合度CdB、隔离度LdB的连接关系;简述测量方法。

微波功率耦合器的设计与性能优化微波功率耦合器是一种被广泛应用于微波射频领域的能量传输装置。

它的主要作用是将微波信号从一个信号源传输到另一个信号接收器，同时保持信号的连续性和传输效率。

本文将从微波功率耦合器的设计与性能优化两个方面来详细探讨。

一、微波功率耦合器的设计1. 工作原理微波功率耦合器的工作原理是将微波信号从一个主导传输线路接口向外发射一部分能量，同时将其余部分能量反射回主导线路。

这就要求耦合器具有能够平衡主导线路阻抗和接口阻抗的特性，使正向功率和反向功率能够在传输过程中得到传输和平衡。

2. 设计要素微波功率耦合器的设计要素主要包括谐振器尺寸、耦合工具类型，以及阻抗匹配设计等。

对于谐振器尺寸的设计，我们需要考虑到信号的工作频率、耦合器尺寸、以及所需的带宽和插入损耗等参数。

同时，耦合工具类型也需要根据实际需求来选择，以保证传输效率和传输频率的稳定性与可靠性。

最后，阻抗匹配设计是微波功率耦合器设计中最重要的部分之一，它能够使功耗器的功率尽可能的传输到接收器，从而提高传输效率和传输能耗。

二、微波功率耦合器的性能优化1. 插入损耗微波功率耦合器的插入损耗是指信号从输入端到输出端的平均衰减量，插入损耗值越低，耦合器能够匹配不同频率和波长的信号传输，传输效率也就越高。

2. 功率反射系数功率反射系数是表示信号反射回主导线路的程度，功率反射系数值越低，则信号反射量也就越少，传输效率也就越高。

3. 带宽范围微波功率耦合器的带宽范围表示其在传输不同频率的微波信号时的传输效率和传输稳定性。

当带宽范围大时，则耦合器能够传输更广泛的信号频率和波长，传输效率也就越高。

三、结论微波功率耦合器是微波射频技术中一个重要的部分，它可以改善微波信号的传输效率和能耗。

本文从微波功率耦合器的设计和性能优化两个方面进行了详细探讨，希望对相关从业者在微波功率耦合器的选用、优化和使用中提供有效的参考和帮助。

一种Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器设计Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器是一种常用于微波和射频系统中的功率分配器。

它能够将输入信号平均分配到多个输出端口上，且每个输出端口上的功率比例是事先确定好的。

在实际应用中，我们经常需要将输入信号按照一定的比例分配到不同的功率放大器或天线上，以满足系统的要求。

传统的功分器中，最常见的是等分功分器，它将输入信号平均分配到多个输出端口上。

然而，在一些特殊的应用中，我们需要根据系统的需求来设计不等分功分器，即每个输出端口上的功率比例是不同的。

这时，Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器就成为了一个很好的选择。

Wilkinson功分器是一种基于变压器的功分器，它采用了两个变压器来实现功率的分配。

在传统的Wilkinson功分器中，两个变压器是完全相同的，因此输出端口上的功率比例是相等的。

而在不等分功分器中，我们需要设计两个不同的变压器，以实现不同的功率分配比例。

Gysel功分器是一种基于反射负载的功分器，它采用了反射负载来实现功率的分配。

在传统的Gysel功分器中，每个输出端口上都有一个反射负载，通过调整反射负载的阻抗来实现不同的功率分配比例。

不过，在不等分功分器中，我们需要设计不同的反射负载来实现不同的功率分配比例。

将Wilkinson和Gysel功分器结合在一起，可以充分利用它们各自的优点，并且能够实现更灵活的功率分配。

具体的设计步骤如下：首先，确定需要实现的功率分配比例。

根据系统的要求，确定每个输出端口上所需要的功率比例。

例如，如果需要将输入功率分配为1:2:3的比例，那么需要设计两个变压器和三个反射负载。

然后，设计变压器和反射负载。

根据所需要的功率分配比例，设计两个不同的变压器和相应的反射负载。

变压器的设计需要考虑到功率传输的效率和频带宽度，而反射负载的设计需要考虑到阻抗匹配和功率耗散。

接下来，进行仿真和优化。

使用电磁仿真软件对设计的功分器进行仿真，得到各个输出端口上的功率分配情况。

微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计一、实验目的1．了解定向耦合器的原理；2．利用实验模组实际测量以了解定向耦合器的特性；3．掌握耦合器的设计方法。

二、实验原理定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用来监视功率、频率和频谱；把功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。

定向耦合器是四端口网络结构，如图9-1所示。

图9-1 定向耦合框图它的信号输入端（port_1）的功率为，信号直通端（port_2）的功率为，信号耦合端（port_3）的功率为，而信号隔离端（port_4）的功率为。

在各端口均接匹配负载的情况下，定义下述各项技术指标：传输系数：式（9-1）耦合系数：式（9-2）隔离系数：式（9-3）方向系数：式（9-4）它们之间的关系为：式（9-5）定向耦合器常用于对指定流向微波信号的提取，或是相反地混合不同的信号。

在无内负载时定向耦合器往往是一四端口网络。

定向耦合器常有两种方法实现，一种是耦合线定向耦合器，其耦合区长度为四分之一波长，一个输入端口，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，剩余的一个端口称为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。

另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，常用于强耦合场合。

关键参数指标及其含义耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比的分贝值。

耦合分配损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损耗的理论值。

耦合分配损耗与耦合度的关系如下：耦合度耦合分配损耗3dB 3.00dB 6dB 1.20dB 10dB 0.46dB 15dB 0.14dB 20dB 0.04dB 30dB 0.004dB 主线插入损耗：当匹配负载接主线外各端口时，主线输出功率与输入功率之比的分贝值。

主线插入损耗包括能量耦合损耗和能量耗散损耗两方面。

一种新型微波大功率双定向耦合器的设计
方舜宇;朱守正
【期刊名称】《真空电子技术》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘要】分析了现有微波大功率测量装置中定向耦合器的优缺点,提出了一种新型的用于测量微波大功率信号的双定向耦合器.该双定向耦合器可以同时测量传输信号和耦合信号,在小孔耦合的基础上利用耦合片实现信号的耦合.耦合片安装在耦合头内部,耦合头作为一个独立的装置可以根据波导的尺寸调整安装位置.通过调节耦合片与波导的距离,耦合系数可以在一定范围内调节.利用HFSS进行了全波电磁场仿真,在ISM频段利用BJ-26波导验证了设计.该双定向耦合器体积小,易于装配,特别适用于大功率、双向测量的场合.
【总页数】4页(P37-40)
【作者】方舜宇;朱守正
【作者单位】华东师范大学信息科学技术学院,上海200241;华东师范大学信息科学技术学院,上海200241
【正文语种】中文
【中图分类】TN75
【相关文献】
1.一种大功率宽频带低损耗定向耦合器的设计与实现 [J], 田丰;谢绍斌;刘小龙
2.基于微波通信的新型小型化定向耦合器的设计 [J], 纪生宝;晁勤;张绍洲
3.一种新型30dB双定向耦合器的设计 [J], 朱乙平;承浩宇;季彦婷;朱成兰
4.一种宽带小型化双定向耦合器设计 [J], 王杨;郭庆功;徐军剑
5.一种大功率定向耦合器的设计 [J], 张承云
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