第5章功分器、定向耦合器和混合环.pptVIP

第五章 功分器、定向耦合器和混合环 5.1 功分器、耦合器和混合接头的基本特征 5.2 T型接头和微带功分器 5.3 定向耦合器 5.4 1800混合环 5.1 功分器、耦合器和混合接头的基本特性 5.1.1 三端口网络（T型接头） 5.1.2 四端口网络（定向耦合器和混合接头） 5.2 T型接头和微带功分器 5.2.1 T型接头功分器 5.2.2 微带功分器（Wilkinson功分器） 5.3 定向耦合器 5.3.1 波导定向耦合器 5.3.2 分支线（90o）耦合器 5.3.3 耦合线定向耦合器 5.3.4 Lange耦合器 5.4 180o混合环 5.4.1 180o混合环 5.4.2 波导魔T接头 单节耦合线耦合器偶模特性阻抗的设计方程为： 单节耦合线耦合器奇模特性阻抗的设计方程为： 多节耦合线耦合器设计 多节耦合线耦合器如图5.35所示。 图5.35 N节耦合线耦合器 一般讲，耦合线耦合器的耦合较松，很难做到3dB或6dB耦合度。增加边缘耦合线耦合的一种方法是采用几条线彼此并行，以使得线的两边都产生耦合。实际应用这种概念来实现时，最常见的是如图5.37a所示的Lange耦合器。这里四根耦合线采用相互连接以提供紧耦合。这种耦合器很容易做到3dB耦合度，具有一个或多个倍频程带宽。设计思路是补偿偶模和奇模速度的不等，也改善了带宽。输出线（端口2和3）之间具有90o相位差，以使这种耦合器是一种典型的90o分支耦合器。其主要缺点是在实用上线很窄，而且靠得近，古制作很困难，另外还需要粘接跳线。这种类型的耦合线结构也被称为交指型耦合器，亦能用于滤波电路。 图3.73 Lange耦合器 混合接头是一种四端口网络，它的两个输出端口之间具有180o相移，也可以运行在输出同相位状态。图5.40为180o混合接头符号。加到1端口的信号，将被均等地在端口2和3剖分为两个同相分量，端口4降为隔离端口。如输入信号从4端口送入，它将被等分为两根具有180o相位差的分量在端口2和3输出，端口1为隔离端口。当用作功率合成时，将输入信号加在端口2和3，在端口1形成输入信号之和，在端口4形成它们之差。因此端口1和4对应地称为和、差端口。 * * 图5.1 功率分路和合路器 任意三端口网络的散射矩阵有9个独立元件 （5.1） 一个三端口网络不可能同时满足无损、互易和所有端口匹配的条件。如果这三个条件允许有一个不满足，则在物理上是可能实现的。 一个各端口匹配的互易四端网络的[S]矩阵形式如下 （5.9） 在四个端口的三个端口上选择适当的相位参考面，可以简化上面的矩阵。令 ，其中α和β是实数，而θ和φ是待定相位常数。可推出剩余的相位常数之间的关系为 （5.16） 如忽略2π的整数倍，通常在实际中出现两种特殊选择： 对称耦合器（ ） 具有幅度为β的相位选成相等，则散射矩阵形式为 （5.17） 不对称耦合器（θ = 0, φ =π/2） （5.18） 任何互易的、无损耗的、四端口匹配的网络是一种定向耦合器。 定向耦合器的基本原理，如图5.4所示。 图5.4 两个通用的定向耦合器符号和端口的定义 表征定向耦合器性能的三个量： 耦合度 方向性 隔离度 耦合度表示输入功率被耦合到输出端的部分。方向性表示耦合器隔离正向和反向波的能力，如同隔离度。三者之间的关系为 混合耦合器有两种类型： 二分支耦合器 魔T混合接头或微带混合环 T型接头功分器是一种简单的三端口网络，它可以用来分配和组合功率，实际上可以用任一种传输线来实现。图5.5表示一些通用的用波导、微带或带状线形式实现的T型接头。这里表示的传输线无损耗，即为无损耗接头。 图5.5 各种T型接头功分器 无损耗分路器 图5.5所示的无损T型接头可以全部模型化为三根传输线的接头，如图5.6所示。 图5.6 无损耗T型接头的传输线模型 电阻功分器 图5.7是采用集中电阻元件的一种功分器电路，该功分器是一种等功分器（－3dB）。 图5.7 等分的三端口电阻功分器 微带功分器通常用微带或带线做成，当输出端口匹配时，它具有无损特性，只损耗反射功率。 微带功分器可以进行任意比例的功率分配，这里先考虑等功分（3dB）情况，如图5.8（a）所示，对应的传输线电路如图5.8（b）。可以将它归结为两个简单的电路，在输出端分别用对称和反对称源激励来进行分析。这就是奇、偶模分析技术。 图5.8 Wilkinson功分器 奇-偶模分析 图5.9 归一化、对称形式的Wilkinson功分器 图5.11 用于导出S11的微带功分器分析 微带不等分和N路微带功分器 微带型功分器也可以做成功率不等分的，微带图形如图5.13所示。 图5.13 用微带形式实现的功率不等分功分器 微带功分器也可用于实现