浅谈gysel功率分配合成器

浅谈gysel功率分配合成器

1gysel功分器gysl功能器（功率损失处理器）具有简单的物理结构、易外连接的负荷、通过隔离端口检测不平衡等优点。因此，它在大型微波合成技术领域得到了广泛应用，尤其是近年来对相控制矩阵天线的接收。文献提出了一种改进型等功分的Gysel功分器的设计,并给出了设计参数。但是Gysel功分器是没有闭合解的,尤其是不等分的Gysel功分器通常还是需要优化6个特性阻抗的值。本文根据传输线原理,具体分析和推导了总口、分口、隔离口特性阻抗都是相等的情况,确定了其中4个特性阻抗的值。2[az3]g3-z1z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3z3-z3-z3-z3-z3-z3z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z3-z不等分1∶2Gysel功分器的分析模型如图1所示,设其功分比为P1/P2=k2。总口、2个分口、2个隔离口的特性阻抗都是z0。其中z1,z2,z3,z4,z5,z6的各段长度都为λg/4。当从总口输入而隔离口无输出时,即隔离口电压为零,可看成虚地,其等效的电路图如图2。在图2中,z3和z4可看成两四分之一波长短路支节,这样图2又可以简化为图3所示的电路。这时就是一个T型接头功分器,可以根据功分比确定z1和z2:z1=z0√(1+k2)/k2(1)z1=z0(1+k2)/k2−−−−−−−−−√(1)z2=z0√(1+k2)(2)z2=z0(1+k2)−−−−−−−√(2)下面分析总口输入时两个隔离口无输出的条件。总口输入到隔离口1的分析模型如图4所示。将模型分为两个路径,路径1的传输矩阵:[a1]=[az1]λg4⋅[a]z0⋅[az3]λg4[a1]=[az1]λg4⋅[a]z0⋅[az3]λg4=[0j√z1z0j√z0z10]⋅[√z3z10√z1z3z0√z1z3]⋅[0j√z3z0j√z0z30]=[-z1z3-z1z3z200-z3z1](3)=⎡⎣⎢0jz0z1−−√jz1z0−−√0⎤⎦⎥⋅⎡⎣⎢z3z1−−√z1z3√z00z1z3−−√⎤⎦⎥⋅⎡⎣⎢0jz0z3−−√jz3z0−−√0⎤⎦⎥=[−z1z30−z1z3z20−z3z1](3)路径2的传输矩阵:[a2]=[az2]λg4⋅[a]z01⋅[az4]λg4⋅[a]z02⋅[az6]λg4⋅[az5]λg4[a2]=[az2]λg4⋅[a]z01⋅[az4]λg4⋅[a]z02⋅[az6]λg4⋅[az5]λg4[0j√z6z5j√z5z60]⋅[0jz5√z6z0j√z6z0z50]⎡⎣⎢0jz5z6−−√jz6z5−−√0⎤⎦⎥⋅⎡⎣0jz6z0√z5jz5z6z0√0⎤⎦=[(z20-z24z20)z2z4z2z4z20z4z2z4z2](4)=⎡⎣⎢(z20−z24z20)z2z4z4z2z2z4z20z4z2⎤⎦⎥(4)总口到隔离口1的y21如下:y21=z20z1z3-z20z2z4(5)为了使总口输入时隔离口1无输出,必须:y21=0因此,必须:z1z3=z2z4(6)下面分析两个分端口隔离的条件。两个分口的分析模型如图5所示。同样可以将模型分为两个路径,其中路径1的传输矩阵为[a1]´=[az1]λg4⋅[a]z0⋅[az2]λg4=[0j√z1z0j√z0z10]⋅[√z2z10√z1z2z0√z1z2]⋅[0j√z2z0j√z0z20]=[-z1z2-z1z2z200-z2z1](7)路径2的传输矩阵为[a2]´=[az3]λg4⋅[a]z01⋅[az5]λg4⋅[az6]λg4⋅[a]z02⋅[az4]λg4=[0j√z3z0j√z0z30]⋅[√z5z30√z5z3z0√z3z5]⋅[0j√z5z6j√z6z50]⋅[0j√z6z5j√z5z60]⋅[√z4z60√z6z4z0√z6z4]⋅[0j√z4z0j√z0z40]=[z3z42z3z4z200z4z3](8)分口1到分口2的y21′如下:y21´=z20z1z2-z202z3z4(9)为了从分口1输入时分口2无输出,必须:y21=0因此z1z2=2z3z4根据上面的推导得出:z3=1√2z0√1+k2(10)z4=1√2z0√1+k2k(11)这时就可以只须优化z5、z6两个值。z5和z6可以用12z0√1+k22k为初值进行优化。3功分器分口与微带板、分口隔离度仿真结果以ro4003应用本文的设计方法研制了一个不等分的Gysel功分器。功分器的中心频率为1GHz,功分比k2=3,k=1.732。两个分口功率相差4.77dB。由式(1)、(2)、(10)、(11),可得z1=57.74,z2=100,z3=70.7,z4=40.8通过使用ADS仿真软件的优化功能,得出z5=z6=29功分器选择Ro4003的微带板制造,其具体的实物如图6所示。功分器总口驻波、分口隔离度仿真值和测量值如图7、图8所示。仿真值和实测值基本吻合,由于介质板的介电常数的不均匀性和微带线加工偏差导致了实测值与仿真值的偏差。功分器两个分口输出的仿真值和测量值如图9所示。仿真值和实测值基本一致,由于连接器的损耗的影响实测值比仿真值要大0.05～0.1dB。4仿真计算验证了最终功分器测试的性能参数,并实现了模本文根据传输线的原理,分析了总口、分口、隔离口特性阻抗相同的不等分Gys