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W波段功率分配器及应用

作者:时间:2015-02-04来源:网络收藏

  1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/269453.htm

  现代的毫米波系统中,对固态电路的输出功率要求越来越高,提高输出功率的基本技术就是功率合成,即通过组合若干个相干工作单元,或者通过叠加多个分离电路功率的方法,获取更大的输出功率。目前,毫米波功率合成技术大致可以划分为4类:芯片级合成、电路合成、空间合成、以及多级合成的方法。

  是功率合成电路的重要组成部分,它的作用是将输入功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络。在微波系统中, 需要将发射功率按一定的比例分配到各发射单元, 如相控阵雷达等, 因此功分器在微波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影响到整个系统能量的分配、合成效率。

  图1所示为3dB电桥功率合成基本单元电路。

  基于毫米波固态功率合成技术研究,本文首先提出了一种新型W频段低损耗3dB微带集成电桥,并对以此电桥为基本构架的毫米波功率合成网络进行了相关讨论。

  

 

  图1 3dB电桥功率分配-合成基本单元

  2 3dB电桥选取

  目前,毫米波集成电路中广泛采用的电桥主要包括:分支线电桥、环形电桥( rat-race hybrid)、Wilkinson电桥、Lange电桥等。分支线电桥只能用于低频率情况,当微带线宽和工作波长处于同一数量级时,其性能会很差。 Lange电桥是通过耦合的方法来进行功率分配,适合进行功率不等分分配,当要获得某些特定的耦合度时,耦合微带间的间隔非常的小,要求较高的制作加工精度。

  这些电桥构成的无耗互易三端口网络不可能达到完全匹配, 且输出端口间无隔离,需要在隔离口匹配接地连接,这对微带等平面电路工艺来说极不方便。相对于其他3种电桥,Wilkinson电桥电路结构更简单(图2),当输出端口都匹配时,它仍具有无耗的有用特性,它只是耗散了反射功率,从而改善了普通功分器的不足,且可方便地用微带线或带状线来实现,传输信号在幅度和相位上平衡主要依靠电路结构固有的对称性来满足,因而带宽较宽,较容易满足功率合成时信号平衡度的要求。

  因此以Wilkinson电桥为基本合成单元的多级功率合成、分配网络,具有结构紧凑、平衡性好、带宽宽、集成度高的优良性能,广泛应用于功率MMIC中,以提高单器件的输出功率。

  

 

  图2 传统Wilkinson电桥

  但是对于传统的Wilkinson电桥,需要引入隔离电阻,作为有耗网络,其构成的分配-合成电路损耗相对较大,合成效率相对不高,于是尝试去掉隔离电阻。分析如下:Wilkinson电桥具有对称结构,通过电桥分路的信号无论在幅度还是相位上,总是平衡的,这样电桥的隔离电阻两端电压总是相等而并无电流流过,于是,去掉Wilkinson电桥的隔离电阻后,并不会影响功率分配-合成网络的性能。

  基于以上分析,我们要设计的3dB电桥可以看作传统Wilkinson电桥去掉隔离电阻后,经优化设计的结果。由于电路中无阻性元件,可忽略微带传输线的损耗。

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关键词: W波段 功率分配器

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