功分器原理.docx

231基本理论分析功率分配器是个三端口电路结构(3 Port network)，如图所示，其输出端口之间的相移为零。这种三端口装置是可逆的，它既能以功率分配的形式又能以功率合成的形式应用。其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2及P3。理论上，以能量守恒定律可知P1=P2+P3。若P2=P3并以毫瓦分贝(dBm)来表示三端口网络功率间的关系，则可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=Pin(dBm)-3dB。当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况最常被使用于实际电路中。因此，功率分配器大致上可分为等分型(P2=P3)及比例型(P2=1/k2P3)两种类型。其设计原理依序说明如下：下图是微带三端口功分器原理图，它是在微带T形接头的基础上发展起来的，其结构较简单。信号由端口“1”输入(所接传输线的特性阻抗为Z0)分别经特性阻抗为Z02，Z03的两分支微带线从端口“2，“3输出，负载电阻分别为R2，R3。两分支间无耦合，各自在中心频率时的电长度均为=2。功率分配器应满足下列条件： 端口”2”与端口”3的输出功率比可为任意指定值； 输入端口“1”无反射； 端口”2与端口”3”的输出电压等幅、同相。由这些条件可确定Z02，Z03及R2，R3的值。由于端口“2”，“3”的输出功率与输出电压的关系为：P2=U222R2 , P3=U322R3如由条件要求输出功率比为:P2P3=1k2则U222R2k2=U322R3由条件3中的U2=U3，由上式可得R2=k2R3若取R2=kZ0则R3=Z0k由条件2，端口“1”无反射，即要求Zin2与Zin3并联形成的总输入阻抗等于Z0。由于在中心频率处=2 ，则Zin2=Z022R2 , Zin3=Z032R3 ，均为纯电阻，所以Y0=1Z0=R2Z022+R3Z032如以输入电阻表示功率比，则P2P3=Zin3Zin2=Z032R3R2Z022=1k2联立上述3式可解得Z02=Z0k(1+k2) ， Z03=Z01+k2k3由于改与以等幅、同相，故在端口“2”，“3”间跨接一电阻，并不会影响功分器的性能。但当”2”，”3两端口外接负载不等于R2，R3时，来自负载的反射波功率便分别由”2，”3两端口输入，此时该三端口网络变为一功率合成器。为使”2，”3两端口彼此隔离，须在其间加一吸收电阻，起隔离作用。隔离电阻r的数值，可由下图所示的等效电路分析求得。由上图分析上支路可得：(I1+I2)R3+I1r=U (1)分析下支路(由ABCD矩阵)得：U3=jZ03I2 (2)I3=jU2/Z03 (3)U=U3 (4)I=I3+U3/Z0 (5)U=jZ03I (6)I=jU/Z02 (7)由(2)至(7)式化简可得-Z01+k2kI2+Z0kI1+I2=U (8)联立（1）式并令I1=-I2(两支路电流抵消以实现隔离)可得：r=(k+1/k)Z0隔离电阻r通常是用镍铬合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。实际情况往往是输出端口“2”，“3”所接负载并不是电阻R2，R3，而是特性阻抗为Z0的传输线，因此为要获得指定的功分比，需在其间各加1/4波长线段，作为阻抗变换器，如下图所示。变换段的特性阻抗分别为Z04和Z05，其计算公式为：Z04=R2Z0=k Z0Z05=R3Z0=Z0/k 对于等功率分配器，则P2=P3，k=1，于是有R2=R3=Z