功率分配器和向耦合器ppt课件.ppt

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1、功率分配器和定向耦合器功分器和耦合器的基本特征T型结功率分配器wilkinson功率分配器波导定向耦合器正交（90度）混合网络耦合线定向耦合器Lange耦合器180度混合网络功率分配器（功分器）(定向耦合器)无源微波器件用于功率分配或功率组合有耗或无耗三端口网络四端口网络(定向耦合器)作用功分器通常的形式：3dB定向耦合器可以设计成任意功率分配比（10dB，20dB，30dB）混合结为等功率分配（存在固定的相移）波导型功分器和耦合器平面电路型20世纪40年代20世纪50年代功分器耦合器功分器耦合器7.1功分器和耦合器的基本特征7.1.1三端口网络（T型结）功率分配器

2、最简单的类型是T型结。首先考虑任意三端口网络的散射矩阵在互易无耗情况下的性质，容易证明，构成所有端口都匹配的三端口互易无耗网络是不可能。当互易，无耗，匹配任意放宽一个条件则器件可以实现。对于任意的三端口网络散射矩阵9个独立矩阵元（18个变量）若三口网络互易且各端口匹配Sii=0推导过程无耗、互易和同时匹配三者不能同时满足互易，匹配无耗散射矩阵满足幺正性u11=u13u22u21u33u32至少有两个为零矛盾（1）非互易环行器（circulator)无耗，匹配Sij≠Sji无耗散射矩阵满足幺正性两组解:或此时得出结果为：功率顺时针流动功率逆时针流动（2）无耗，互易，非

3、全匹配（1口和2口匹配）无耗散射矩阵满足幺正性（3）有耗，匹配，互易即电阻性功分器，详见7.2节三口网络变为两个分开的器件：匹配的二端口传输线完全失配的单口网络实数7.1.2四端口网络（定向耦合器）对于匹配的互易四端口网络有：若无耗根据幺正性并令S14=S23=0设：待定相位常数（二者的关系式待定）根据幺正性：给出相位常数的关系式忽略2nπ，通常的两种选择（1）对称耦合器：（同相）混合网络耦合器（2）反对称耦合器：（反相）魔T混合网络或环形波导差别：参考面的选择振幅α和β不独立理想的定向耦合器只有一个自由度两种常用的定向耦合器的表示符号：另外两种推导见书269页。四

4、端口网络的结论：任何互易、无耗、匹配的四口网络是一个定向耦合器。耦合因数（耦合度dB）直通功率（传输功率）无功率传送（隔离口）通常用下面三个参量表征定向耦合器:耦合度方向性隔离度dBdBdB①→③传输功率③→④传输功率①→④传输功率其中dB感兴趣点：耦合器方向性的测量（不能直接测量）7.2T型结功率分配器E面波导T型结H面波导T型结微带T型结均为不存在传输线损耗的无耗结，不能同时匹配简单的三口网络7.2.1无耗分配器无耗T型结的传输线模型在每个结的不连续性处伴随有杂散场或高阶模，可用集总电纳B来估算能量存储为使分配器与传输线匹配，则若传输线无耗（或低耗），则为实数通

5、常B不可忽略，常将某种类型的电抗性调谐元件加在分配器上，以便抵消电纳（窄带范围内）若B=0，则选择传输线的特征阻抗Z1，Z2，提供所需功率分配比阻抗变换器两个输出端口没有隔离，从输出端口往里看是失配的两点注意例题7.13dB等功分7.2.2电阻性分配器即为-6dB，一半功率都消耗在电阻上三个相同的电阻两个输出端口无隔离有耗网络特点：等分三端口电阻性功率分配器输入端口匹配由于三个端口对称则所有端口均匹配功率分配结中心则散射矩阵输出功率低于输入功率6dB，一半的功率消耗在电阻上（非幺正）输入口激励V1匹配状态分析过程7.3wilkinson功率分配器无耗T型结分配器：不

6、能全部端口匹配，输出端口之间无隔离。电阻性分配器：能全匹配，但有耗，且输出端口之间无隔离。Wilkinson功分器：端口都匹配，输出端之间有隔离，耗散反射功率（有无耗的特性）。可制成任意功率分配的Wilkinson功分器前两种功分器特点7.3.1偶-奇模分析微带形式的等分Wilkinson功分器等效传输线电路偶模：奇模：叠加由此得出S参数，满足2，3端口隔离要求（Z和r的值）对Z0归一化后对称形式下的电路结构激励两个分离的模式1.偶模上无电流（不考虑r的值）网络可剖成①若偶模下2口匹配，②求解传输线上电压，令端口1处x=0，端口2处x=则又x0传输线上电压可表示为2

7、.奇模电路中线为电压零点①若r=2则奇模下2口匹配，全部功率都传送到电阻上没有功率进入1口至此，可得到奇偶模条件下Z和r的取值，（Z=，r=2）此时，在奇偶模条件下2，3口均匹配最后考虑1口的输入阻抗（在既得Z和r的取值的情况下1口是否匹配）匹配匹配对称结构S参数：端口1驱动且输出匹配时，没有功率消耗在电阻上，所以输出都匹配时，分配器无耗，只有2，3口的反射消耗在电阻上或由于7.3.2不等分功率分配和N路Wilkinson分配器功率比K2=P3/P2阻抗变换器宽频带等分功分器N路等功分缺点：电阻需要跨接，不利于生产4路功分器二进制累进制7.4波导定向耦合器(自学