第7章-功率分配器和定向耦合器.pptVIP

S矩阵 分支线混合网络具有高度对称性，任意端口都可作为输入 相差90° 7.5.1 偶-奇模分析 推导思路： 利用奇偶模形式将分支线简化，并利用ABCD矩阵级联得解ABCD与S参数矩阵元换算 对Z0归一化 对称线 反对称线 偶模 奇模 开路短截线 （2个分离的2端口） 短路短截线 （2个分离的2端口） 开路短截线 （2个分离的2端口） 偶模 每个级联部分的ABCD矩阵相乘 根据表4.1 根据表4.2，ABCD与S参量转换关系 反射和传输系数 奇模 反射和传输系数 由于有 波长的限制，分支线混合网络的带宽限制在10﹪～20﹪ 可用级联提高带宽 代入下式： 1口匹配 2口得到半功率，-90°相移 3口得到半功率，-180°相移 4口无功率 奇偶模叠加 缺点: 理论值 实际？ 结电容效应 补偿后的T分支 两种不同形式的3dB电桥 例题7.5 S参数幅度与频率的关系 7.6 耦合线定向耦合器 无屏蔽的传输线紧靠时，由于各个传输线的电磁场相互作用，传输线之间可以有功率耦合——耦合传输线 松耦合 紧耦合 介质和空气中的相速度不等 7.6.1 耦合线理论 假定传输的是TEM模，则耦合线的电特性可以完全由线间的等效电容和线上的传播速度来决定 两个导体间电容 导体与地之间电容 奇偶模分析 偶模 奇模 两根导线之间没有电流 等效于开路 两根导线之间存在零电压点 中间有一个接地面 （将耦合双线的问题转化为两种模式下单根传输线的叠加） 偶对称 奇对称 耦合线的任何激励可以看做偶模和奇模对应振幅的叠加 将双线耦合问题转化为奇偶模情况下的特性阻抗，根据单位长度电容与特性阻抗的关系，进行分析 注意： 耦合微带线的一个困难，其奇偶模传播的相速度通常是不同的 因为两个工作模式在空气一介质界面附近有不同的场结构 这将降低耦合器的方向性 TEM模——保角映射，准TEM——准静态近似 （奇偶模阻抗与尺寸的图表） 7.6.2 耦合线耦合器的设计 推导思路： ① 利用奇偶模分析法将耦合双线转换为两种模式下特性阻抗分别为 的“无耦合”单线。利用电压分压进行推导 ②为满足匹配条件，得出 ③ 奇偶模叠加得出各口电压 偶模 奇模 1口输入阻抗 1口处的奇偶模输入阻抗为 双线间的耦合情况由奇偶模阻抗表征，耦合双线转换为无耦合双线 传输线阻抗方程 1口激励 等效电路 根据分压定理 Zein Zoin 若令 则 1口匹配，根据对称性，其他口也匹配 此时 求其余各口的电压，并由此得出耦合线的特性 可得 叠加后1口 设 则 1. 2. 3. 4. 讨论： 1. V3和V2是tanθ的函数，由1口到3口、2口的传输为周期响应。 2. V4与θ无关 注意： 频率很低时： 很小，没有耦合，功率从2口出 耦合器长度为 时，3口耦合得到最大值 ① ② 时，耦合器长度为 两个输出端口电压之间有90度相移，可用作正交混合网络 3口和2口电压与频率响应 既定耦合量时，此状态下尺寸、插损小 耦合系数（1） ③ 只要满足 耦合器将会在输入端匹配，且4口在 任何频率都隔离 ④ 已知 和电压耦合系数C（或耦合量），可求： ⑤ 非TEM模传输线由于偶模与奇模相速度不同，因此，耦合器的方 向性较差。(可用介电涂覆层和各向异性基片补偿) ⑥ 此结构适用于弱耦合 对耦合线进行设计 7.6.3 多节耦合线耦合器的设计 （自学） 7.7 Lange耦合器 优点： 有助于补偿偶模和奇模相速的不等、增加带宽(一个倍频程以上) 实现紧耦合(6dB,3dB) 缺点： 线条较窄，连接线不易加工 输出线（2口与3口）之间有90°相移（正交混合网络） 实际电路 展开电路 合理的假设，每根线只与最靠近的邻 线耦合，忽略远距离的耦合 等效电路 得出奇偶模阻抗 近似关系 偶模 每根线到地电容 奇模 每根线到地电容 奇偶模特征阻抗 奇偶模电容 求解Cex，Cm代入下式 由2线耦合表示4线传输线的偶模和奇模电容： 又 奇偶模阻抗： 特征阻抗 电压耦合系数 奇偶模阻抗与耦合度的公式： 简化分析 一定精度 完善分析 参考文献 7.8 180度混合网络 180度混合结是一种在两个输出端口之间有180度相移的四端口网络 也可以工作在同相输出。 和端口 差端口 同相 反相 与1口相差90度 理想的3dB180度混合网络的散射矩阵： 幺正且对称 180度混合网络的几种形式： 环形混合网络 渐变匹配线和耦合线 魔T 7.8.1 环形混合网络的偶-奇模分析 在物理结构的对称面上进行分解 首先考虑1口输入 偶模 奇模 来自环形混合网络的散射波振幅是： 利用各段线的ABCD矩阵级联后可得： 利用表4.2 P160页ABCD矩阵与 的变换关系