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1、功分器文獻(xiàn)綜述1前言功分器是將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路輸出的一種多端口網(wǎng)絡(luò),它廣泛應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)及天線的饋電系統(tǒng)中。在通訊設(shè)備中，功分器有著非常廣泛的應(yīng)用,例如在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中,要將發(fā)射機(jī)功率分配到各個發(fā)射單元中去。實際中常需要將某一功率按一定比例分配到各分支電路中。2功分器基本原理2.1功分器概述功分器是將一路輸入信號分解成二路及二路以上的輸出器件，或?qū)⒍嗦沸盘柕哪芰亢铣梢宦份敵觥９Ψ制鞯母鱾€輸出端口之間應(yīng)有一定的隔離度。功率分配器可看作簡單的多端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，信號輸入功率為P1，各輸出端口功率為P2
2、，P3，…，Pn，且P1=P2+P3+…+Pn，對兩路功分器來說，如果P2=P3，則為3dB等分功分器，若P2=KP3,則為比例型不等分功分器。本文主要討論兩路輸出功分器。2.2功分器分類功分器是一種三端口網(wǎng)絡(luò)容易證明，構(gòu)成所有端口都匹配的三端口互易無耗網(wǎng)絡(luò)是不可能。當(dāng)互易，無耗，匹配任意放寬一個條件則器件可以實現(xiàn)。據(jù)此可將一般功分器分為三種1、無耗功分器無耗功分器常見結(jié)構(gòu)如下圖所示，無耗功分器具有無耗的特性，但是它不能全部端口匹配，輸出端口之間無隔離。圖2.2無耗分配器常見結(jié)構(gòu)1、電阻性分配器電阻性分配器結(jié)構(gòu)示
3、意圖如圖2.3所示。電阻性分配器可以做到全部端口匹配，但是它不是無耗的，供給功率的一半消耗在了電阻上圖2.3電阻性分配器結(jié)構(gòu)示意圖2、Wilkinson功分器Wilkinson功分器是這樣一種網(wǎng)絡(luò):當(dāng)輸出端口都匹配時，它仍具有無耗的特性，它只是耗散了反射功率。2.3Wilkinson功分器最簡單的二分功分器屬于三端網(wǎng)絡(luò)口。工程上對信號之間的隔離要求很高，而無功耗三端口網(wǎng)絡(luò)耦合程度不高，且輸出端口與負(fù)載間無隔離，故采用威爾金森提出的混合型功率分配器，它在功率分配器的輸出端加入隔離電阻來實現(xiàn)信號的隔離、匹配，從而改善
4、了傳統(tǒng)功率分配器的不足。它采用的原理是引入隔離電阻使功率分配器變成有能耗的三端網(wǎng)絡(luò)口，從而做到完全匹配且各輸出端口具有隔離作用。同時，能夠?qū)崿F(xiàn)任意的功率分配比，且可方便地用微帶線或帶狀線來實現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。圖2.4Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)通過奇偶模分析可得等分Wilkinson功分器參數(shù)如下：四分之一波長變換阻抗：Z=√2Z0，隔離電阻：R=2Z0S參數(shù)：Wilkinson功分器的特性可以通過以下各項指標(biāo)來描述：帶寬FBW=(fH-fL)/f0中心頻率為f0插入損耗為?????-20logS21隔離
5、度為-20logS23回波損耗為-20logS113國內(nèi)功分器文獻(xiàn)分析在中國知網(wǎng)、維普等數(shù)據(jù)庫通過搜索功分器、功率分配器、寬帶、寬頻等關(guān)鍵字查找到了部分關(guān)于寬頻功分器的文獻(xiàn)。在找到的文獻(xiàn)中，絕大部分是采用雙節(jié)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙頻Wilkinson功分器或采用多節(jié)變換器來實現(xiàn)寬頻Wilkinson功分器。文獻(xiàn)中的Wilkinson功分器頻率范圍一般可以達(dá)到2-18Ghz。另外在中文文獻(xiàn)中所述結(jié)構(gòu)大部分是分立器件結(jié)構(gòu)，沒有搜索到用于集成電路中的Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)例如文獻(xiàn)[1]雙頻及寬帶功率分配器的研究與設(shè)計，提到了
6、如下圖3.1所示的雙節(jié)結(jié)構(gòu)Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)。圖3.1所示的雙節(jié)結(jié)構(gòu)Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)該文還給出了一種2-18GHz寬帶功分器結(jié)構(gòu)，如圖3.2所示，該結(jié)構(gòu)利用漸變傳輸線原理，將傳統(tǒng)Wilkinson結(jié)構(gòu)中的四分之一波長變換器用漸變傳輸線代替圖3.22-18GHz寬帶功分器結(jié)構(gòu)還有幾篇文獻(xiàn)原理結(jié)構(gòu)與該文獻(xiàn)類似。4國外文獻(xiàn)分析由于四分之一波長變換器長度達(dá)到mm量級，傳統(tǒng)的Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)無法用于微波集成電路中，在微波集成電路中必須尋找其他結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)。在IE
7、EE等數(shù)據(jù)庫通過搜索powersplitter、powerdivider、wideband、MMIC、RFIC等關(guān)鍵詞查找到了部分關(guān)于寬頻功分器的文獻(xiàn)。在查找到的文獻(xiàn)中，大部分文獻(xiàn)利用集總元件代替四分之一波長變換器實現(xiàn)Wilkinson功分器，但形式不盡相同。例如文獻(xiàn)[2]X-BANDANDK-BANDLUMPEDWILKINSONPOWERDIVIDERSWITHAMICROMACHINEDTECHNOLOGY利用下圖4.1結(jié)構(gòu)在Si襯底上實現(xiàn)中心頻率分別為8.5Ghz和20Ghz的Wilkinson功分器。并
8、提到了集總元件相比傳輸線有更高的貸款范圍，但線性度更差。圖4.1集總元件Wilkinson功分器原理圖文獻(xiàn)[3]Optimumdesignofaminiaturizedonchipwidebandpowerdivider-combinercombinedwithimpedancetransformer利用如圖4.2所示結(jié)構(gòu)在SiGeBiCMOS工藝下實現(xiàn)17-33Ghz的
