第九章 功率分配器的设计与仿真VIP免费

第九章功率分配器的设计与仿真【本章重点】功分器的原理及技术指标集总参数功分器的设计及仿真Wilkinson功分器的设计及仿真第九章功率分配器的设计与仿真在射频/微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器）。反过来使用的功率分配器是功率合成器。在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用功分器，而且通常功分器是成对使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。在20世纪40年代，MIT辐射实验室（RadiationLaboratory）发明和制造了种类繁多的波导型功分器。它们包括E和H平面波导T型结、波导魔T和使用同轴探针的各种类型的功分器。在20世纪50年代中期到60年代，又发明了多种采用带状线或微波技术的功分器。平面型传输线应用的增加，也导致了新型功分器的开发，诸如Wilkinson分配器、分支线混合网络等。本章分析功分器的设计方法，并利用ADS2009设计中心频率为750MHz的集总参数比例型功分器和中心频率为1GHz的集总参数等分型功分器，进而给出中心频率为1GHz分布参数（Wilkinson）功分器的电路和版图设计实例。3P32P21P1功分器图9-1功分器意图9.1功分器的基本原理一分为二功分器是三端口网络结构，如图9-1所示。信号输入端的功率为P1，而其他两个端口的功率分别为P2和P3。由能量守恒定律可知P1=P2+P3（9-1）如果P2（dBm）=P3(dBm)，三端口功率间的关系可写成P2（dBm）=P3(dBm)=P1（dBm）-3dB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，功分器可分为等分型（P2=P3）和比例型（P2=kP3）两种类型。9.11主要技术指标功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。（1）频率范围这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计。（2）承受功率outindPPAlg10outinkPPdiAAA在功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。（3）分配损耗主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比Ad有关。其定义为（9-2）式中例如两等分功分器的分配损耗是3dB，四等分功分器的分配损耗是6dB。（4）插入损耗输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素产生的。考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗Ai定义为（9-3）A是在其他支路端口接匹配负载，主路到某一支路间的传输损耗，其为实测值。A在理想状态下为Ad。在功分器的实际工作中，几乎都是用A作为研究对象。（5）隔离带支路端口间的隔离带是功分器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就是求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，i口和j口的隔离度定义outjiniijPPAlg10（9-4）隔离度的测量也可按照这个定义进行。（6）驻波比每个端口的电压驻波比越小越好。9.2集总参数功分器设计及仿真9.2.1等分型功分器根据电路使用元件的不同，功分器可分为电阻式和L-C式两种类型。1.电阻式电阻式电路仅利用电阻设计，按结构分成Δ形和Y形，图9-2所示。1P12P23P3Z0Z0Z0(a)Δ形(b)Y形图9-2电阻式功分器图9-2中Z0是电路特性阻抗，在高频电路中，不同频段的特性阻抗不同。这种电路的优点是频宽大，布线面积小，设计简单；缺点是功率衰减较大（6dB）。如图9-2（b）所示，设Z0=50Ω，则110323421UUU03243UUU1221UUdBUU6lg20121P12P23P3LSLSCPCPZ01P12P23P3LPCSZ0CSLP2.L-C式这种电路利用电感及电容进行设计。按结构分成低通型和高通型两种类型，如图9-3所示，下面分别给出其参数的计算公式。(a)低通型(b)高通型图9-3L-C式集总参数功分器000000212fZCZLPS00000022fZCZLsP（1）低通型（9-5）...