第三章 微带线功率分配器

1、电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线功率分配器p概述概述u功率分配器概念：功率分配器概念：将将输入信号分成相等或不等输入信号分成相等或不等的多路的多路功率功率输输出网络出网络u功率分配器应用功率分配器应用 高功率合成高功率合成 MMIC PAMMIC PA； 功率功率分配分配 相控阵雷达相控阵雷达将发射功率分配到各天将发射功率分配到各天线线单元；单元； 共共用同一本振的多通道收发系统用同一本振的多通道收发系统 功率功率合成合成（功率合成器功率合成器）电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线功率分配器p概述概述u功率分配器主要技术指标：功率分配器主要技术指

2、标： 支路数支路数 功率分配比功率分配比 隔离度隔离度 损耗损耗 驻波驻波 功率容量功率容量u功率分配器类型功率分配器类型 二进制树形，级联型，二进制树形，级联型，N-N-路路型，型， 等功率型，非等功率型等功率型，非等功率型 隔离型，非隔离隔离型，非隔离型型 波导波导型，同轴型，微带型型，同轴型，微带型 电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线功率分配器pWilkinson N-way Hybrid power dividerWilkinson N-way Hybrid power dividerA coaxial line in which the hollow inne

3、r conductor has been split into A coaxial line in which the hollow inner conductor has been split into n splines splines of length of length /4. /4. A shorting plate connects the splines at the input end, and resistors are A shorting plate connects the splines at the input end, and resistors are con

4、nected in a radial manner between each spline at the output end and a connected in a radial manner between each spline at the output end and a common junctioncommon junctionOutput connectors are shown connected to the splines in an “in line ” mannerOutput connectors are shown connected to the spline

5、s in an “in line ” manner电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线功率分配器p微带微带Wilkinson Wilkinson 功分功分器器电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配功率分配器结构与功能器结构与功能u平衡平衡工作状态：工作状态：通过选择不同通过选择不同Z02和和Z03的的 g/4线，并配接合适线，并配接合适的负载的负载R2和和R3，实现不同比例的实现不同比例的功率分配功率分配/ /功率合成，并使功率合成，并使(2)(2)、(3)(3)端口间无压差，

6、电阻端口间无压差，电阻R R上上无电流无电流u由由T/YT/Y型结，特性阻抗为型结，特性阻抗为Z02和和Z03的的 g/4线线、电阻、电阻R R构成的构成的三三端口端口功率分配网络功率分配网络: (1: (1) )为输为输入端口，入端口， (2)(2)、 (3 (3) )为输出端口为输出端口u非平衡工作状态非平衡工作状态： (2) (2)、(3)(3)端口端口间存在电压差，电阻间存在电压差，电阻R R上有电流上有电流流过。由流过。由(2)(2)口输入的信号分为两路口输入的信号分为两路达到达到(3)(3)端口端口：一路：一路Z02 g/4线线Z03 g/4线，一路通过电阻线，一路通过电阻R R，

7、并在，并在(3)(3)端口实现相互抵消。端口实现相互抵消。即实现即实现(2)-(3)(2)-(3)端口隔离端口隔离隔离电阻隔离电阻电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配功率分配器网络分析器网络分析u功率分配比与支路阻抗的关系功率分配比与支路阻抗的关系 设设(2)、(3)端口功率分配比：端口功率分配比：232PKP 平衡工作状态，平衡工作状态，(2)、(3)端口无电压差：端口无电压差：Z2Z3V2V322322323VVPPZZ，23VV223ZKZV1电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5

8、微带线带线功率分配器Z2Z3V2V3223ZK ZV1Zin3Zin2 Zin2 和和 Zin3为在为在(1)(1)处分别向处分别向支路支路(1)-(2)(1)-(2)和支路和支路(1)-(3(1)-(3) )的输的输入阻抗：入阻抗：22in2022in3033ZZZZZZ， 在在(1)处处分别流向支路分别流向支路(1)-(2)(1)-(2)和支路和支路(1)-(3(1)-(3) )的功率比值：的功率比值：22in30321in222231in3in20231ZZPVZZPVZZZZK20203ZKZu功率分配比与支路阻抗的关系功率分配比与支路阻抗的关系 功率功率分配比与支路阻抗的分配比与支路

9、阻抗的关系：关系：230222033PZZKPZZ电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器Z2Z3V2V3V1Zin3Zin2u输入端匹配要求输入端匹配要求 在在输入端输入端(1),(1),支路支路(1)-(2)(1)-(2)和和支支路路(1)-(3(1)-(3) )为并联关系：为并联关系：Z0=Zin2 / Zin32202032222302032222020323231=11ZZZZZZKZZKZKZZZ230222033PZZKPZZ2022003302111+ZZZKZZZK，电子

10、科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器Z2Z3V2V3V1Zin3Zin2u阻抗关系确定阻抗关系确定 选择合适的选择合适的Z2、Z3，根据要，根据要求的功率分配比为求的功率分配比为K2，可，可得到各分支路特性阻抗：得到各分支路特性阻抗：230222033PZZKPZZ20301ZKZZZK、20202030311ZZK KKZZK 例如：例如：3dB功分器（等功率分功分器（等功率分配配），），K=1，Z0=50欧姆，欧姆，有有：2323002030=502=70.7PPZZZZZZ电子科技大

11、学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u不等分功率分配器设计不等分功率分配器设计 K1，Z2 Z0， Z3 Z020301ZKZZZK、20202030311ZZK KKZZKZ2Z30420005300=1=ZZZKZZZZZK 采用采用 /4阻抗变换段实现同阻抗变换段实现同一系统端口一系统端口阻抗阻抗 Z0要求要求电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u隔离电阻隔离电阻R R 通过求解通

12、过求解端口端口(2)-(3)(2)-(3)之间的之间的传输系数来确定电阻传输系数来确定电阻R R的大的大小小 并联并联二端口二端口网络，采用导纳矩网络，采用导纳矩阵分析阵分析212121()()0RTyyy 11122122RTyyyyyyyi=0us电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器(1)(1)串联电阻串联电阻y矩阵矩阵231111RRRyZ ZRR(2)T(2)T形网络形网络y矩阵矩阵 0020344ggTZaaaa先求解级联先求解级联A A矩阵；再利用矩阵；再利用A-YA-Y转转换求解换求解电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线

13、三端口功率分配器(2 (2-1 -1 ) T) T形网络形网络a矩阵矩阵02202420200gZjZaZjZ 003020203020030ZZZaZ ZZZZ03303430300gZjZaZjZ电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器(2 (2-2 -2 ) T) T形网络形网络a矩阵矩阵02302030320230320230TZZZ ZZZZZ ZaZZZZ302320230320230203023032111TZZZZZZZZZZ ZdaybZ ZaZZZZ (2 (2-3 -3) T) T形网络形网络y矩阵矩阵电子科技大学电子工程学院微波集成电路

14、讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器(3)(3)并联二端口网络并联二端口网络y矩阵矩阵 11122122RTyyyyyyy2121210RTyyyi=0us2302302030Z ZZZ ZRZ Z02030Z ZRZ 隔离电阻隔离电阻电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器 隔离电阻隔离电阻200011KRZKZZKKZ2Z0Z3Z0 /K20202303011ZZK KZZKK20301ZKZZZK选取：电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u设计

15、公式设计公式Z2Z0Z3Z0 /K2322030202023030001111PK PZKZZZKZZK KZZKKRKZZK 例如：例如：3dB功分器（等功率分功分器（等功率分配配），），K=1，Z0=50欧姆，欧姆，有有：23230020300=502=70.7R=2=100PPZZZZZZZ电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器p宽带宽带微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u微带微带Wilkinson Wilkinson 功率分配器相于阻抗功率分配器相于阻抗变换器变换器12302/1KZZZZK01020302/1KZ

16、ZZZK 0101ZZZ 显然：单级微带单级微带Wilkinson Wilkinson 功率分配器带宽一般为功率分配器带宽一般为30%30%左右，左右，可增加可增加“阻抗变换级阻抗变换级”段段级级数获得宽带性能数获得宽带性能电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5微带线带线三端口功率分配器p宽带宽带微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u增加增加“阻抗变换段阻抗变换段”级数方法级数方法 N-N-节宽带功率分配器节宽带功率分配器 输入端增加四分之一波长阻抗变换器输入端增加四分之一波长阻抗变换器电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功

17、率分配器p宽带宽带微带线微带线wilkinsonwilkinson 功率分配器功率分配器u输入端增加输入端增加“四分之一波长阻抗变四分之一波长阻抗变换段换段”的方法的方法 可看做两级四分之一波长阻抗可看做两级四分之一波长阻抗变换器级联变换器级联Za2011aZZZ2010aZZZ01aaZZrZZ选取相同阻抗变换比：电子科技大学电子工程学院微波集成电路讲义3.5 微带线带线三端口功率分配器u输入端增加输入端增加“四分之一波长阻抗变换段四分之一波长阻抗变换段”的宽带的宽带wilkinsonwilkinson功分功分器设计公式器设计公式232203014010231244020152440300011(1)(1)1PK