实验04功分器powerdividerWord文档格式.docx

1、2功分器模组1A、2A2组RF2KM4-1A RF2KM4-2A350终端负载1个LOAD4THRU端子THRU（RF2KM）550 BNC 连接线2条CA-1、CA-261M BNC 连接线CA-3、CA-47MICROWAVE软件微波软件四 理论分析： （一）功分器的原理: 功分器是三端口网络结构（3-port network），如图4-1所示。信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。由能量守恒定律可知P1=P2 + P3。 若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成： P2（dBm） = P3（

2、dBm） = Pin（dBm） 3dBPowerDividerPort-1P1Port-3P3Port-2P2图4-1 功率衰减器方框图当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=kP3）两种类型。其设计方法说明如下：（1） 等分型：根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。A. 电阻式：此类电路仅利用电阻设计。按结构可分成形,Y形，如图4-2（a）（b）所示。Port -3Port -1ZoPort -2Zo/3（a）（b）图4-1（a）形电阻式等功分器 图（b）Y形电阻式等功分器其中Zo就是电路

3、特性阻抗（Characteristic Impedance），在高频电路中，在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。在本实验中，皆以50为例。此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单，而缺点是功率衰减较大（6dB）。 理论推导如下: V0 = V1 = V1 3 V2 = V3 = V0 V2 = V120log = -6dBB. L-C式此类电路可利用电感及电容进行设计。按结构可分成高通型和低通型，如图4-3（a）（b）所示。其设计公式分别为：a.低通型（Low-pass）： 其中 fo操作频率（operating frequency） Zo电路特性阻抗（characteristic

4、 impedance） Ls串联电感（series-inductor） Cp并联电容（shunt-capacitor） b.高通型（High-pass）： Lp并联电感（shunt-inductor） Cs串联电容（series-capacitor）LsCp（a）low-passCsLp（b）high-pass 图4-2（a） 低通L-C式等功分器; （b） 高通L-C式等功分器C传输线式（Transmission-line Type） 此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型，如图4-3（a）（b）所示。a. 威尔金森型（Wilkinson Pattern）图4-3（a）威尔金生型等功分器b支

5、线型（Branch-line pattern） 设计公式: 图4-3（b）支线型等功分器（2）比例型此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型，如图4-4（a）（b）所示。其设计公式如下：图4-4（a）分支线型比例功分器 （注: ZP及Zr也可以是电容或电感。请参考 L-C型等功分器。）Z1Z3Z5Z4Z2R/ 4Pin图4-4（b）威尔金森耦合线比例功分器五、硬件测量（RF2KM4-1A,RF2KM4-2A）：1. 测量MOD-4A（RF2KM4-1A）的S11及S21,以了解简易的功分电路的特性；测量MOD-4B（RF2KM4-2A）的S11及S21测量以了解标准的功分电路的特性。2.

6、准备电脑，测量软件，RF2000,及若干小器件。3. 测量步骤:MOD-4A的P1端子的S11测量：设定频段：BAND-3；将LOAD-1及LOAD-2分别接在模组P2及P3端子；对模组P1端子做S11测量，并将测量结果记录于表（4-1）中。MOD-4A的P1及P2端子的S21测量：将LAOD-1接在P3端子上；对模组P1及P2端子做S21测量，并将测量结果记录于表（4-2）中。MOD-4A的P1及P3端子的S21测量：将LOAD-1接在模组P2端子上；对模组P1及P3端子做S21测量，并将测量结果记录于表（4-3）中。MOD-4B的P1端子的S11测量：BAND-4；将LOAD-1及LOAD

7、-2分别接在模组P2及P3端子上。对模组P1端子做S11测量，并将测量结果记录于表（5-1）中。MOD-4B的P1及P2端子的S21测量：将LOAD-1接在P3端子上；对模组P1及P2端子做S21测量，并将测量结果记录于表（5-2）中。MOD-4B的P1及P3端子的S21测量：对模组P1及P3端子做S21测量，并将测量结果记录于表（5-3）中。4. 实验记录表4-1、4-2、4-3均为以下表：5、 已经测量的结果建议如下为合格： RF2KM4-1A MOD-4A（50-300MHZ） S11-14dB S21=-61dB S31=-6 MOD-4A（300-500MHZ）S11-14dB S2

8、1-7dB S31-7dB RF2KM4-2A MOD-4B（75050MHZ） S11-10dB S21-4dB S31-4dB 6、待测模组方框图:电阻式功分器 威尔金森型功分器六、软件仿真：1、在这里以支路型等功分器为例。2、先决定操作频率（f0）,特性阻抗（Z0）及功率比例（k）:f0=750MHz,Z0=50,k=。3 如下图图4-5所列公式： 设计公式： 计算可得： Zr= Lr= 选定 Lr=10nH Zp=150 Cp= 选定 Cp=4 然后利用MICROWAVE软件模拟理想设计电路，然后进行仿真，结果应接近实际测量所得到的仿真图形和指标。5、利用MICROWAVE软件计算出微带线（microstrip line type）电路的实际尺寸。 6、电路图和相应的仿真图可参照图4-5。 支路型等功分器电路图支路型等功分器的仿真图七、实例分析：请设计支路型等功分器，其特性阻抗Z0=50,f0=750MHz,k=解：P3=kP1 P2=（1-k）计算可得：Zr= Lr= 选定 Lr=10NhZp=150 Cp= 选定 Cp=相应的电路图和仿真图见软件仿真。八、Mathcad分析: 参见文件夹中文mcd里的功分器.mcd文件。该文件内容主要是针对威尔金森式耦合线型的功分器而言的。