微波工程-第7章功率分配器与定向耦合器

微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 各端口都匹配的无耗非互易三端口网络——环形器
网络是匹配的 网络是无耗的
2
三端口网络（T型结）
任意三端口网络的散射参数——9x2个自由度（参数）
S11 S S 21 S31 S12 S 22 S32 S13 S 23 ——9x2个自由度（参数） S33
7.2.2 电阻性分配器 ——等分功率分配器
7.3
Байду номын сангаас
Wilkinson功率分配器
微带型Wilkinson等分功率分配器
* 当输出端口都匹配时，没有电流流过电阻2Z0，具有无耗性 * 电阻性功率分配器是一个各端口都匹配的互易有耗三端口网络，有一般功 率消耗载电阻上
0 1 1 1 1 0 1 S 2 1 1 0
7.2
T型结 功率分配器
7.2.1 无耗分配器
网络是匹配的
S11 0
S 22 0
S 33 0
网络的输出端是隔离的 适当选择参考面
S 23 S 32 0
0 1 1 1 S 1 0 1 2 1 1 0
* 电纳B是T型结处的不连续性传输的杂散场和高阶模的等效
S13 S 31 S 22 0
2 2 2
S11 0
S 22 0
S 33 0
——6x2个自由度
S S U

S12 S13 1 S31 S32 0 S 21 S 23 1 S 21 S 23 0 S31 S32 1 S12 S13 0 2 2 2 2
* β称为耦合系数
H?抵消Ey
D 10 lg
P3 20 lg P4 S14
dB
I DC
* 耦合器方向性的测量
I 10 lg
P 1 20 lg S14 P4
dB
C /D ？
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
7.4.1 倍兹孔（单孔）定向耦合器（反向）
2
* 所有端口都匹配的互易无耗三端口网络是不可能实现的 网络是互易的 网络是匹配的 网络是无耗的
S12 S 21 S11 0
S12 S13 S12 S 23 S13 S 23
2 2 2
S 23 S 32 S 33 0
——6x2个自由度 ——3x2个自由度
S12 S23 S31 0 S21 S32 S13 1 S21 S32 S13 0 S12 S23 S31 1

S
S S U

0 j j 1 j 0 0 2 j 0 0

S S U

有耗？
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
Wilkinson等分功率分配器分析
Z0 Z03
③
Z05
Z0
g / 4
⑤
多种形式
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 双节Wilkinson等分功率分配器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
多节
7.1.2 四端口网络（定向耦合器）
定向耦合器——有方向性的功率分配元件 定向耦合器的两种基本结构
耦合传输线型定向耦合器 ——两条靠的很近的传输线 （主传输线和副传输线）以及耦合机构 混合网络型定向耦合器——特殊结构
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 N 路Wilkinson功率分配器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 * 更实际的Wilkinson不等分功率分配器
④ ①
Z02
②
Z04 Rj Z0
Z 04 Z 0 K
Z 05 Z0 K
多节？
阶梯式多节N 路Wilkinson功分器
* 两个分开的器件——匹配的二端口传输线和完全失配的一端口网络
1
三端口环行器ST 示意图
2
7-6
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 各端口都匹配的互易有耗三端口网络——电阻性功分器7.2.2
网络是互易的
S12 S 21 S13 S 31 S 23 S 32
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
1 1
S12 S13 0
S S U

1 S 23 S12 0 ——不可能实现 S13 S 23 0
只能是非互易
0 [ ST ] 0 1 0 [ S R ] 1 0
1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0
7.2.1 无耗分配器 E-T
7.2.1 无耗分配器 H-T
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
7.2
T型结 功率分配器
7.2
T型结 功率分配器
7.2.1 无耗分配器
7.2.1 无耗分配器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
7.4
波导定向耦合器
b S a

b1 a2 j a3 b3 j a1 a4
b2 a1 j a4 b4 j a2 a3
P 1 1 2 2 a1 b1 2
7.4.1 倍兹孔（单孔）定向耦合器（反向）
0 j j 1 j 0 0 S 2 j 0 0
P3 K2 P2
？
Z 02 Z 0 K 1 K 2 Z 0 3 Z 0
1 K K3
2
1 R Z0 K K
两部分？
匹配时：
R2 Z 0 K
R3 Z 0 / K
* 理想定向耦合器——各端口都匹配的互易无耗四端口网络 网络是互易的
S12 S 21 S 23 S 32 S13 S 31 S 24 S 42 S14 S 41 S 34 S 43 ——10x2个自由度
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 理想定向耦合器的散射参数两种可能的解
S 13 S 23 0 S 12 S 13 S 23 S 33 0 S 23 S 12 S 33 S 13 0
1
三端口环行器SR示意图
2 适当选择参考面
S 12 S 13
2
S 23
3
0 1 0 [ ST ] 0 0 1 1 0 0

S S U

* 将电抗性调谐元件添加载分配器上可以抵消电纳B，输入端匹配 输入端匹配 * 选择输出传输线的特性阻抗Z1和Z2可以提供任意的功率分配比 * 输入端是匹配的，但是输出端是失配的，且没有隔离
7-7
有耗
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
S12 S 21 S11 0

S13 S 31 S 22 0
S 23 S 32
0 0 1 [ S R ] 1 0 0 0 1 0
S S U
S 12
2 2 2
S 13 S 23 S 33
2 2 2
1 1 1
奇模
V1o 0 V2o V0
S22 0
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
Wilkinson等分功率分配器，奇偶模分析法
S11 0 S22 S23 0
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 微带型Wilkinson不等分功率分配器
S12 =
V1e V1o j/ 2 V2e V2o

2 2
S14 S 23 0 ——定向耦合器
2
S12 S13 1 S13 S 34
2
S12 S 24 S 24 S 34

j 0 0
2
2
2 2
1 1
1
0 j 0

S12 S 34 S13 S 24
0 0
* 通过适当选择端口的参考面得到定向耦合器的两种特殊的选择
S12 S 23 S 24 S13 S 23 S 34 S14 S 24 S 34
2 2 2 2 2 2
S S U


1 S14 S12 S 34 S 24 0
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 定向耦合器的技术指标——以对称定向耦合器为例
2

S
0 j 0

0 0 j
j 0 0

0 j 0
1 2 P4 b4 a4 2
dB
* 小孔耦合理论——法向的电偶极子和轴向的磁偶极子产生偶对称的辐射场 横向的磁偶极子产生奇对称的辐射场 * （a）利用调整小孔与波导窄壁间的距离 s 控制耦合 * （b）或 利用调整两个波导之间的角度 θ 控制耦合
北 微波工程基础 航 电 子 信 第七章 息 工 功率分配器和定向耦合器 程 学 院 研 究 生 专 业 课
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
第 7章
功率分配器和定向耦合器
微波工程基础
第七章 功率分配器与定向耦合器
微波工程实验室 北航电子信息工程学院
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器
7.4.2 多孔定向耦合器（正向）
双孔定向耦合器——窄带的
An
1 ( En J -H n M )dv Pn V
H?抵消Ey 见7.40a Hx
S0
单孔
ˆ Pn 2 en hn zds
ˆ E n ( r0 ) Pe 0 e n Pm m H t ( r0 )
端口1（输入端）的输入功率 端口2（直通端）的输出功率 端口3（耦合端）的输出功率 端口4（隔离端）的输出功率 * 耦合度 * 方向性 * 隔离度
P C 10 lg 1 20 lg P3


2
1 2 P2 b2 a2 2 P3


1 2 2 b3 a3 2
定向耦合器等效成四端口网络
S11 S 21 S S31 S 41 S12 S 22 S32 S 42 S13 S 23 S33 S 43 S14 S 24 ——16x2个自由度 S34 S 44
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 理想定向耦合器的散射参数
2 2 2 2 2 2
对称定向耦合器（7.5，7.6）
1 1 1
S13 S 23 S14 S 24 0 S12 S 23 S14 S 34 0 S14 S13 S 24 S 23 0
反对称定向耦合器（7.8）
* 耦合传输线型理想定向耦合器的三种类型——正向、反向和
网络是匹配的
S11 0 S 22 0 S 33 0 S 44 0 ——6x2个自由度
S
0 0 j

0 j 0


2 2 1
S

0 0
0 0

0 0
网络是无耗的
S12 S13 S14
Wilkinson等分功率分配器，奇偶模分析法
S12 (S13)
e 偶模 V1 jV0 2
求Z,r
S11=0 可算出 Z 2 Z 0
V2e V0
S22 0
S12 (S13)
r 2 ？:保证奇模S22为0
奇偶模分析法 思想？
要点：1、偶+奇=单端口分析 2、所有端口加匹配负载 2、支路串联结构
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 各端口都匹配的无耗非互易三端口网络——环形器
两种类型的环形器——顺时针环形器和逆时针环形器（适当选择参考面） 3
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 只有两个端口匹配的无耗互易三端口网络
网络是互易的 两个端口是匹配的 网络是无耗的