最新射频技术功率分配器与定向耦合器PPT课件

(a)偶模等效电路
2
从右往左看
Zin
2 2
1
，电路匹配。
(b)奇模等效电路
从右往左看 Zinr/2Z0 ，电路匹配。
(C)端口1的匹配
从左往右看，电阻等效于两标准阻抗经λ/4阻抗变
换后的两阻抗并联
完全匹配。
2
Zin
1 2
2 1
1
Wilkinson电路设计
dB(S(2,3)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
b3
12Te12T0
1 2
b4 12e 120 0
•与理想S参数距阵一致，从而证明了电路分析的正确性。其它各行可 通过互换位置得到。
•例：
•电路仿真结果
dB(S(1,4)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1)) phase(S(1,2))-phase(S(1,3))
0
•多节
•基片RT/D 6010, 相对介电常数10.8, 厚度1.27mm
二、Wilkinson功率分配器 •Wilkinson的特点
三端口同时匹配；分支隔离；三端口匹配时无耗； •Wilkinson的电路形式（等分）
•奇耦模式分析方法
归一化和完全对称 条件下的等效电路
(a)偶模等效电路 (b)奇模等效电路
-20
-40
-60
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
*微波固态电路设计》p165
m3 freq=1.790GHz dB(S(2,2))=-20.275
0
m4 ind Delta=4.400E8 dep Delta=0.447 delta mode ON
m3
-20
m4
-40
-10
•按幅度-1dB定义的相
对 带 宽 为 26% ， 按 隔
-20
离度优于-20dB定义的
-30
相对带宽10%
-40 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
freq, GHz
105
•按相位变化90±5 °定 义 的 相 对 带 宽 为 32.5% 。 与此相对应，微带移相
器在相同带宽内 （ 1.65~2.3GHz ） 移 相 为75~105 °.
0
-20
-40
-60
-80 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 freq, GHz
•不等分Wilkinson功率分配器*
电路形式
重要计算公式
Z 0 2K 2 Z 0 3Z 0K 1 K 2
Z03 Z0
1 K2 K3
R
Z0K
1 K
K2 P3/P2
*《微波电路》p277, 《微波固态电路设计》p164
100 95 90 85 80 75 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
freq, GHz
•四、 180 °混合网络（混合环，鼠笼式混合接头)
•②
•电路结构
Z0
•散射参数
Z0
•λ/4
•3λ/4
0 1 1 0
[S] j 1 0 0 1 2 1 0 0 1
2.5
3.0
freq, GHz
•按相位变化180±10 ° 定义的相对带宽为37%。 与此相对应，微带移相
器在相同带宽内
（ 1.65~2.39GHz） 移相 为148~214 °.
3.5
4.0
15 12
9 6 3 0 -3 -6 -9 -12 -15
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
•奇偶模等效电路分解示意图
•以输入和隔离端作为一对端口区分奇偶模式。
•根据上述等效电路，所有支路出射波幅分别
为：
b1 12e 120
b2
1 2Te
1 2T0
b3 12Te 12T0
b4 12e 120
•现在需要找到所有反射参数Г和传输参数T。利 用ABCD矩阵。以下面偶模等效电路为例
12
•λ/4
•解：
•仿真结果
dB(S(1,4)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
phase(S(1,2))-phase(S(1,3))
0
•按幅度-1dB定义的相
பைடு நூலகம்
-20
对 带 宽 为 38% ， 按 隔
离度优于-20dB定义的
-40
相对带宽31.5%
-60
0.5
1.0
1.5
2.0
•λ/8
•λ/8
C AD B 1 j 1 0 j0 2j/02 1 j 1 0 1 2 j1 j1
•并 联 终 端 开路λ/8线
•串联 •并联终端 λ/4线 开路λ/8线
•由散射参数和ABCD参数的关系即可求得
eA A B B C C D D [[ 1 1 jj jj (( 1 1 ))//]]2 20
0
S(1,1)
dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
-20 m1
-40
freq (500.0MHz to 4.000GHz)
•短截线为角宽22.5°扇 面的输入阻抗。
-60
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
•短截线分别为角宽66.5°、22.5°、 扇面和λ/4时微带的S21和S11
freq, GHz
0
•T形结+180 °微带移相
-10
-20
•180 °混合环
-30
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
•课堂作业
设计Wilkinson功率分配器，工作中心频率5GHz。p16
•课后作业
•1.设计2路均匀分配微带功率分配器。输入输出特征 阻抗均为50Ω。要求带宽（S11<-10dB) 大于10%，选 择恰当的基片，计算出所有微带线几何参数，画出详 细结构图。并指出两路相位差分别为0，90，180度时 应采用何种分配电路。
射频技术功率分配器与定向耦 合器
功率分配器和定向耦合器
•功率分配在电路中的应用： 功率分配和功率混合。
•常用实现技术 微带、波导等。
* 偏置电路中的分支结构
•偏置电路中的交直流分路
IN
OUT
λ/4 λ/4
IN
OUT
一种常用偏置扼流电路结构
m1 freq=2.050GHz S(1,1)=0.999 / 0.463 impedance = Z0 * (21.112 + j245.584)
freq, GHz
dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
dB(S(1,4)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
•非理想负载条件下的功率分配响
应
0
•非 理 想 负 载 ： 50Ω 负
载并联0.53pF电容。
-10
-20
-30
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
101520253035054060402080freqghz?不等分wilkinson功率分配器电路形式重要计算公式微波电路p277微波固态电路设计p164021k1015202530350540402060freqghzreadoutm2readoutm1m1freqdbs1312492000ghzm2inddeltadepdelta4774deltamode00001015202530350540402060freqghzreadoutm3readoutm4m3freqdbs22202751790ghzm4inddeltadepdelta0447deltamode4400e8微波固态电路设计p165?三正交90混合网络混合接头hybrid?结构与性能特点?port?输入?输出?输出?隔离?幅度3db?相位90?隔离隔离度?损耗插入损耗?描述与分析方法?i散射参数线性互易网络可以利用叠加原理
-60
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
•三、正交（90 °）混合网络（混合接头，Hybrid)
•结构与性能特点
•Port 1 Z 0
•（输入）
Z0 / 2 •λ/4
Z 0 •λ/4
Z0
•Port 4
•（隔离）
Z0 / 2
Z0 Z0
•Port 2
•（输出）
Z 0 •Port 3
•（输出）
•幅度(-3dB) •相位(90°) •隔离 (隔离度） •损耗 (插入损耗)
•描述与分析方法 •I)散射参数
0 j 1 0
[S]
1
j
0
0
1
2 1 0 0 j
0 1 j 0
•II)奇偶模分析
• 线性互易网络，可以利用叠加原理。将工 作模式分解为奇、偶两种模式。任何模式都是 奇偶模式的线性叠加。
结束语
谢谢大家聆听！！！
•34
•实例*
dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1)) dB(S(3,2)) dB(S(3,3)) dB(S(2,2))
m1
freq=2.000GHz
dB(S(1,3))=-1.249m1
0
m2
m2 ind Delta=0.000 dep Delta=-4.774 delta mode ON
T e A B 2 C D [ 1 j j2 ( 1 )/]2 2 1 ( 1 j)
•同理可求得奇模的ABCD距阵并求得反射参数和传输参数
A C
D B
1 1 2j
j 1
0 0
T0
1 (1 j) 2
•由此各支路出射波幅分别求得为
b112e 120 0
b2
12Te12T0
j 2
0 1 1
0
•③ Z 0
2Z0
Z0
•④
(△)
•混合环的奇偶模式分析
•（端口①激励时奇偶模电路等效）
•分 析 方 法 与 90° 混合接头相同。 可以逐个端口求 解得散射参数距 阵。设计则仅需 按结构图计算出 微带的宽度和长 度即可完成设计。
•例：
•混合环基片选定为FR4, 厚度1mm， 工作中心频率2GHz, 设计完成混合环。端口特征阻抗50Ω.