功率分配器是微波電路設計中常用的一個無源元器件，簡稱功分器，顧名思義，就是把一路輸出功率按照一定的比例分配成N路功率輸出的一種微波元器件，如下圖所示，A端口進入的信號分成兩路信號從C1和C2端口輸出。當然，如果信號從C1和C2 端口輸入，從A端口輸出的話，功分器也可以作為功率合成器使用。

功分器的種類很多，在微波射頻系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用。通常情況下，大功率微波功分器通常用波導或者同軸線結構組成，中小功率微波功分器通常采用帶狀線或者微帶線結構。如下圖所示。

同軸結構功分器

微帶結構功分器

我們今天一起來學習一下功分器的基礎知識。今天學習的知識依然來自于欒秀珍老師等人所撰寫的《微波技術與器件》。

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No.1 一分二 功分器

一分二功分器是一個三端口網(wǎng)絡，如下圖所示。

根據(jù)微波網(wǎng)絡理論，一個三端口網(wǎng)絡的散射參量矩陣可以表示為：

如果三端口網(wǎng)絡是互易的，則散射參量矩陣可以表示為：

如果三端口網(wǎng)絡均匹配，則此時的散射參量矩陣可以簡化為：

如果三端口網(wǎng)絡是無耗的，則滿足網(wǎng)絡正幺性，即：

這時矛盾就出現(xiàn)了，如果滿足上面等于零的條件，那么等于1就不滿足。這也說明了一個三端口網(wǎng)絡不可能做到同時滿足無耗，互易，又完全匹配的條件。

這又怎么理解呢？

1.1 T型功率分配器

T型結功率分配器也是一種最簡單的功率分配器，能用于功率分配和功率合成。如下圖所示：

這種T型結功率分配器是無耗和互易的，但是不能在全部端口同時實現(xiàn)匹配。當信號傳輸時，在連接處會產(chǎn)生高次模，高次模不能傳輸，就會在連接處儲存起來，可等效為集中參數(shù)的電納B，若信號從端口3輸入，從端口1和端口2 分配輸出，則為了使輸入端口匹配，必須滿足下式：

當電納B等于0時，上式簡化為：

因此可以在結處加入電抗性調(diào)諧結構，以抵消電納B的影響。

根據(jù)功率分配比的要求，可以求出所需要傳輸線的特性阻抗Z1和Z2. 假定輸入電壓為V0，則輸入功率為：

若功率分配要求為k1：k2，則在輸入端口匹配，無反射條件下，輸出端口的功率為：

進而求出分配端口處的特性阻抗為：

若兩輸出端口匹配，則輸入傳輸線是匹配的(輸入傳輸線到結)。但這種功分器兩個輸出端口之間沒有隔離，且輸出端口是失配的(輸出傳輸線到結)。在實際設計中，根據(jù)系統(tǒng)需求，可以將其設計成非互易元件，例如環(huán)形器。或者設計成有耗元件，如威爾金森功分器。

1.2 威爾金森功分器
威爾金森功分器也是一種常用的功率分配器，即可用于功率分配也可用于功率合成。下圖是威爾金森功分器的一個原理圖，信號又端口1 輸入，曾國特性阻抗為Z02和Z03的四分之一波長傳輸線，從端口2和端口3輸出。端口2和端口3的負載阻抗分別為R2和R3.在端口2和端口3之間有一個隔離電阻r，使兩輸出端口之間沒有耦合。通過加入隔離電阻r，做一個有耗網(wǎng)絡，來實現(xiàn)各個端口的匹配。威爾金森功分器應滿足以下條件：
1，可實現(xiàn)任意比例的功率分配；
2，輸入端口1無反射；
3，輸出端口相互隔離；
根據(jù)這些條件即可確定各個傳輸線的阻抗Z02/Z03，R2/R3.
假設兩輸出端口功率分配比為k，則兩四分之一波長傳輸線的特性阻抗為：隔離電阻r為：端口負載阻抗為：通常情況下，我們希望輸出端口阻抗和輸入端口阻抗相等，都是50歐姆，以便于整個射頻鏈路的設計，威爾金森功分器的結構可優(yōu)化為：設計公式如下：若功率等分，即k=1.則：也就是在輸出端口不需要進行阻抗變換就可以實現(xiàn)輸出端口和輸入端口阻抗相同了。No.2 一分N 功分器有時候，我們需要把一路信號分成多路信號來，通常可通過將幾個一分二的功分器進行級聯(lián)就可實現(xiàn)。如下圖利用三個威爾金森功分器級聯(lián)成一個一分四的功分器。No.3 寬帶 功分器
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一分二功率分配器_一文学会微波功率分配器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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