功分器--奇偶模分析法.ppt
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1微带功分器的奇偶模分析法微带功分器的奇偶模分析法2微带功分器(Wilkinson功分器)设计1、等功分情况微带功分器可以进行任意比例的功率分配,下面只考虑等功分(3dB)情况。
我们在输出端分别用对称和反对称源来激励,这样可将电路归结为两个简单电路的叠加,这就是奇偶模分析技术。
Wilkinson功分器1端口2端口3端口参考地参考地(后面略去后面略去)3微带功分器(Wilkinson功分器)设计奇奇-偶模理论偶模理论为简化起见,将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化,1端口以两个归一化值为2的电阻并联构成,2端口和3端口以归一化值为1的电阻构成,隔离电阻用两个r/2电阻的串联表示,这样该网络相当于中间平面是对称的。
/4线具有的归一化特性阻抗为z,隔离电阻具有归一化值为r;可以证明对等分功分器情况,和r=2。
归一化、对称形式的Wilkinson功分器现在对电路定义两个独立的激励模式:
偶模Vg2=Vg3=1V,奇偶Vg2=Vg3=1V。
单独分别分析,再将这两种模式叠加,其有效激励为Vg2=2V,Vg3=0,由此可获得此网络的S参数。
下面我们分别讨论这两种模式。
4微带功分器(Wilkinson功分器)设计
(1)偶偶模模分分析析对偶模激励,Vg2=Vg3=1V,所以V2=V3,没有电流流过r/2电阻或端口1两根传输线入口连接处。
因此,可以将网络进行对分,对分面具有开路终端,可以得出下面的偶模激励电路。
这时,从2端口看进去,如同一个/4变换器。
因此视入阻抗为:
Zin=Z2/2如果,视入阻抗为1,端口2是匹配的,全部功率将传到接在端口1的负载上,S22=0。
为了求S参量S12,需要电压V1与V2的关系,它可由传输线方程求得。
如让端口2处x=0,端口1处x=/4,则线上电压可写为在端口2处看向归一化值为的传输线的反射系数为则S12=V1/V2,因此S12=-j0.707由对称性,我们亦有S33=0和S13=j0.707x代入5微带功分器(Wilkinson功分器)设计
(2)奇奇模模分分析析奇模激励时,Vg2=Vg3=1V,所以V2=V3,在电路的中间是电压零点。
因此,可以将网络进行对分,对分面具有短路终端。
向端口2看去的阻抗为r/2,若r/2=1,即r=2,则匹配2匹配,S22=0。
由于/4传输线在端口1处短路,所以看上去在端口2为开路点,没有功率送到端口1,S12=0。
由对称性有S33=0,S13=0。
(3)奇偶模相叠加奇偶模相叠加这样,总结一下,我们已导出下列S参量:
S22=S33=0(因两种模式激励时,端口2和3都是匹配的);S12=S21=j0.707(因互易网络的对称性);S13=S31=j0.707(因互易网络的对称性);S23=S32=0(因对称等分面上为短路或开路)。
结果意味着:
端口2和端口3是匹配的、等功分特性、端口2和3之间是隔离的。
6微带功分器(Wilkinson功分器)设计(4)求求S11最后,我们还必须求出S11,用来确定当端口2和3匹配时,功分器在端口1的匹配情况。
如下图(a)所示,从图上可见它与偶模激励V2=V3时情况类似。
因此,没有电流流过归一化值为2的电阻,它可以取走,剩下的电路如图(b)所示。
现在,有两个/4波长变换器的并联连接。
故端口1的输入阻抗为:
端口1匹配,故S11=0。
注意:
当功分器在端口1激励,且2、3端口负载匹配时,电阻上没有功率损耗,功分器是无损耗的;只有从端口2和3不匹配时,才会有反射功率消耗在电阻上。
用于求出S11的微带功分器等效电路7微带功分器(Wilkinson功分器)设计设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器,并且绘出回波损耗S11、插入损耗(S21=S31)和隔离度(S23=S32)与频率的关系曲线。
解:
由上述的推导可知,功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为并联电阻为R=2Z0=100在频率f0传输线长为/4。
采用计算机辅设计程序,可算出S参量幅度随频率的变化。
图5-40等分微带功分器的频响8微带功分器(Wilkinson功分器)设计2不等功分情况微带型功分器亦可做成功率不等分的,结构如下图所示,如端口3和2之间的功率比为K2:
1=P3/P2,则可应用下列设计方程:
如K=1,则上述结果归结为等分情况。
另外还见到,输出线被匹配到阻抗R2和R3,而不是阻抗Z0,这些阻抗可用阻抗变换器来变换得到。
用微带形式的功率不等分功分器9微带功分器(Wilkinson功分器)设计3.N路功分情况和多节阻抗变换形式N路功分如图所示,这时电路可使所有端口匹配,且使所有端口隔离。
但是,缺点是当N3时,功分器要求电阻空间交迭,这导致较难用平面形式制作,一般2N分。
功分器亦可用多节阻抗变换形式制作,以增加带宽,四节宽带功分器的实际结构如下图所示。
N路等分微带功分器四节阻抗变换功分器
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