实验04:功分器(Power-Divider)文档格式.doc
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RF2KM4-1A
RF2KM4-2A
3
50Ω终端负载
1个
LOAD
4
THRU端子
THRU(RF2KM)
5
50ΩBNC连接线
2条
CA-1、CA-2
6
1MΩBNC连接线
CA-3、CA-4
7
MICROWAVE软件
微波软件
四.理论分析:
(一)功分器的原理:
功分器是三端口网络结构(3-portnetwork),如图4-1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
Port-2
P2
Power
Divider
Port-1
P1
Port-3
P3
图4-1功率衰减器方框图
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:
(1)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4-2(a)(b)所示。
Port-3
Port-1
Zo
Port-2
Zo/3
(a)
(b)
图4-1(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(CharacteristicImpedance),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)。
V12
V2
V32
Vo2
理论推导如下:
2
3
1
3
4
2
V0=·
·
V1=·
V1
3
4
V2=V3=·
V0
V1
∴V2=·
V1→20·
log[]=-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4-3(a)(b)所示。
其设计公式分别为:
a.低通型(Low-pass):
其中fo——操作频率(operatingfrequency)
Zo——电路特性阻抗(characteristicimpedance)
Ls——串联电感(series-inductor)
Cp——并联电容(shunt-capacitor)
b.高通型(High-pass):
其中fo——操作频率(operatingfrequency)
Lp——并联电感(shunt-inductor)
Cs——串联电容(series-capacitor)
Ls
Cp
(a)low-pass
Cs
Lp
(b)high-pass
图4-2(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(Transmission-lineType)
此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型,如图4-3(a)(b)所示。
a.威尔金森型(WilkinsonPattern)
2Zo
Ö
λ/4
P2=P3=P1-3dB
Zo:
特性阻抗
λ:
输入信号波长
图4-3(a)威尔金生型等功分器
b支线型(Branch-linepattern)
Zs
Zp
设计公式:
图4-3(b)支线型等功分器
(2)比例型
此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型,如图4-4(a)(b)所示。
其设计公式如下:
Pin
设计公式:
图4-4(a)分支线型比例功分器
(注:
ZP及Zr也可以是电容或电感。
请参考L-C型等功分器。
)
Z1
Z3
Z5
Z4
Z2
R
图4-4(b)威尔金森耦合线比例功分器
设计公式:
五、硬件测量(RF2KM4-1A,RF2KM4-2A):
1.测量MOD-4A(RF2KM4-1A)的S11及S21,以了解简易的功分电路的特性;
测量MOD-4B(RF2KM4-2A)的S11及S21测量以了解标准的功分电路的特性。
2.准备电脑,测量软件,RF2000,及若干小器件。
3.测量步骤:
⑴MOD-4A的P1端子的S11测量:
设定频段:
BAND-3;
将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子;
对模组P1端子做S11测量,并将测量结果记录于表(4-1)中。
⑵MOD-4A的P1及P2端子的S21测量:
将LAOD-1接在P3端子上;
对模组P1及P2端子做S21测量,并将测量结果记录于表(4-2)中。
⑶MOD-4A的P1及P3端子的S21测量:
将LOAD-1接在模组P2端子上;
对模组P1及P3端子做S21测量,并将测量结果记录于表(4-3)中。
⑷MOD-4B的P1端子的S11测量:
BAND-4;
将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子上。
对模组P1端子做S11测量,并将测量结果记录于表(5-1)中。
⑸MOD-4B的P1及P2端子的S21测量:
将LOAD-1接在P3端子上;
对模组P1及P2端子做S21测量,并将测量结果记录于表(5-2)中。
⑹MOD-4B的P1及P3端子的S21测量:
对模组P1及P3端子做S21测量,并将测量结果记录于表(5-3)中。
4.实验记录表4-1、4-2、4-3均为以下表:
5、已经测量的结果建议如下为合格:
RF2KM4-1AMOD-4A(50-300MHZ)S11≤-14dB
S21=-6±
1dB
S31=-6±
MOD-4A(300-500MHZ)S11≤-14dB
S21≥-7dB
S31≥-7dB
RF2KM4-2AMOD-4B(750±
50MHZ)S11≤-10dB
S21≥-4dB
S31≥-4dB
6、待测模组方框图:
电阻式功分器
威尔金森型功分器
六、软件仿真:
1、在这里以支路型等功分器为例。
2、先决定操作频率(f0),特性阻抗(Z0)及功率比例(k):
f0=750MHz,Z0=50Ω,k=0.1。
3.如下图图4-5所列公式:
Lr
图4-5支路型等功分器
设计公式:
计算可得:
Zr=47.4Ω→Lr=10.065nH选定Lr=10nH
Zp=150Ω→Cp=1.415Pf选定Cp=1.4pF
4.然后利用MICROWAVE软件模拟理想设计电路,然后进行仿真,结果应接近实际测量所得到的仿真图形和指标。
5、利用MICROWAVE软件计算出微带线(microstriplinetype)电路的实际尺寸。
6、电路图和相应的仿真图可参照图4-5。
支路型等功分器电路图
支路型等功分器的仿真图
七、实例分析:
请设计支路型等功分器,其特性阻抗Z0=50Ω,f0=750MHz,k=0.1
解:
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- 关 键 词:
- 实验 04 功分器 Power Divider