北理工微波 第三章功分器&滤波器

微波谐振器
微波定向耦合器 功率分配器
微波滤波器
3
微波功率分配器
¾在微波电路与系统中，通常需要把功率按一定比例分成两路在微波电路与系统中通常需要把功率按定比例分成两路或多路。

例如，天线阵列、多路放大器等。

需要用功率分配器反过来就是功率合成器
器。

反过来就是功率合成器。

¾微波功率分配器是一个三端口器件。

(2)
功分器
(1)
(3)
¾需求：端口2、3的输出功率比可为任意指定值；
¾各端口完全匹配，无反射；
¾端口2与3相互隔离。

功率分配器的技术指标¾频率范围
一分二：3dB ¾承受功率
¾分配损耗
理想状态下一分四：6dB ¾插入损耗
out P i d A A A =−i j ¾隔离度
¾
10lg inj P A =驻波比
T分支及其等效电路
T分支的分析
考虑并联T分支般情况下在T分支的接头不连续处存在¾考虑并联T分支。

一般情况下，在T分支的接头不连续处存在边缘场和高阶模，形成了能量储存，可以用集总电纳B来等效。

的输入线匹配应有
¾为了使功分器与特性阻抗为Z 0的输入线匹配，应有111Y jB =++=120
in j Z Z Z ¾选择输出线特性阻抗Z 1和Z 2，可以提供不同功率分配比例。

¾保证输入端口匹配并不难，但难以保证两个输出端口隔离，而且不可能每个端口都实现匹配
而且不可能每个端口都实现匹配。

（无耗三端口网络不可能完全匹配）
如果包含有耗元件三端口功分器就可以实现完全匹配¾如果包含有耗元件，三端口功分器就可以实现完全匹配，但不一定能保证两个输出端口隔离。

三端口的电阻功分器
Wilkinson功率分配器
¾T分支上加隔离电阻形成的。

可以进行任何比例的功率分配。

信号从端口1输入时，功
¾信号从端口1输入时功
率从端口2和端口3输出，
只要设计得当，输出可按
只要设计得当，输出可按一
定比例分配，并保持电压同
相，电阻R上无电流，不吸
收功率。

收功率
¾若端口2（或端口3）失配则有信号反射回来反射信号通
若端口2（或端口3）失配，则有信号反射回来。

反射信号通过两条线路到达端口3（或端口2）.路径差为半波长，因此只要控制好，就可以实现两路反射信号大小相等、相位相反，要控制好R，就可以实现两路反射信号大小相等、相位相反，因此反射信号不会流入端口3（或端口2），从而保证两输出端口有良好的隔离。

严格分析
c
=
=232
c c Z Z
23c
R R Z
=
=
微带Wilkinson 等功率分配器2c
R
Z =增加节数，可有效展开带宽宽带Wilkinson 等功率分配器有效展开带宽。

双T和魔T
将具有共同对称面的E-T分支和H-T分支组合起来，即构成普通将具有共同对称面的E T分支和H T分支组合起来即构成普通双T。

¾根据场分布，可以判断双T
的散射矩阵：
()与()对称
¾(1)与(2)对称
¾(3)与（4）隔离
¾(1)-(3)与(2)-(3)反向
¾(1)-(4)与(2)-(4)相同
(1)(4)与(2)(4)相同
魔T
¾对于普通的双T，由于连接处结构突变，即使双T各臂均接匹对于普通的双T由于连接处结构突变即使双T各臂均接匹配负载，接头处也会产生反射。

为了消除反射通常在双T接头处加入匹配元件（如螺钉膜¾为了消除反射，通常在双T接头处加入匹配元件（如螺钉、膜片或锥体等），就可以得到匹配的双T，即魔T。

•四个端口完全匹配；
•端口3和4隔离，端口1和2也具有隔离特性；
•1输入，同相等分给3和4；4输入，同相等分给1和2；
1输入同相等分给3和4；4输入同相等分给1和2；
3输入，反相等分给1和2；2输入，反相等分给3和4。

0011⎡⎤⎢⎥−[]0011111002S ⎢⎥=−⎢⎥1100⎢⎥⎣
⎦
24
基本概念
¾在微波系统中通常需要把信号频谱中有用的频率信号分离出来，滤除无用的其他频率信号，完成这一功能的器件称为滤波器
波器。

¾通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性。

根据衰减特性通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性根据衰减特性不同，滤波器通常分为低通、高通、带通和带阻滤波器。

¾采用工作相移来描述滤波器的相位特性。

有时需要线性相位滤波器。

¾理想的滤波器特性用有限个元件无法实现，因此，实际的滤波器只能逼近理想滤波器的衰减特性。

波器只能逼近理想滤波器的衰减特性
滤波器的主要技术指标
¾工作频率滤波器的通带频率范围
作频率
•3dB带宽
•插损带宽
¾插入损耗滤波器通带内的最大损耗
¾带内纹波插入损耗的波动范围
¾带外抑制滤波器特性矩形度的一种表征¾承受功率
¾插入相移和时延频率特性
滤波器的低通原型
¾低通原型滤波器是指元件值和频率都归一化的集总元件低通滤波器。

元件值归化是对源电阻归化Z z =¾元件值归一化是对源电阻归一化；¾频率归一是对截止频率归一化。

ωωω′=0Z 低通原型滤波器是设计微波滤波器的基础，各种低通、高通、带通和带阻滤波器都是根据该原型变换而来1
带通和带阻滤波器都是根据该原型变换而来。

低通原型的理想化要求是滤波器通带内衰减为零，在阻带内，衰减为无限大在实际的设计中我们无法得到理想的频率衰减为无限大。

在实际的设计中，我们无法得到理想的频率响应，只能用特定的数学函数来逼近。

常见的数学逼近函数一般为以下三种：最平坦型用巴特沃斯常见的数学逼近函数般为以下三种：最平坦型用巴特沃斯（Butterworth）、等波纹型用切比雪夫（Chebyshev）、陡峭型用椭圆函数型（Elliptic）（p ）
常见的滤波器设计方法
¾经典方法
利用低通原型综合法，由衰减特性综合出低通原型，经频率变换，用微波元器件实现，结合数学计算软件、微波仿真软变换用微波元器件实现结合数学计算软件微波仿真软
件，可以得到满意的结果。

¾软件方法
利用软件商利用各种滤波器的微波结构拓扑做成的软件，依据指标选择拓扑、仿真参数、调整优化。

典型的滤波器形式
高低阻抗线低通滤波器
枝节线型低通滤波器
端耦合谐振单元滤波器
平行耦合谐振单元滤波器
发卡式滤波器
交指滤波器
高通滤波器
带阻滤波器。