一分二功率分配器_一文学会微波功率分配器

功率分配器是微波电路设计中常用的一个无源元器件，简称功分器，顾名思义，就是把一路输出功率按照一定的比例分配成N路功率输出的一种微波元器件，如下图所示，A端口进入的信号分成两路信号从C1和C2端口输出。当然，如果信号从C1和C2 端口输入，从A端口输出的话，功分器也可以作为功率合成器使用。

功分器的种类很多，在微波射频系统中也得到了广泛的应用。通常情况下，大功率微波功分器通常用波导或者同轴线结构组成，中小功率微波功分器通常采用带状线或者微带线结构。如下图所示。

同轴结构功分器

微带结构功分器

我们今天一起来学习一下功分器的基础知识。今天学习的知识依然来自于栾秀珍老师等人所撰写的《微波技术与器件》。

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No.1 一分二功分器

一分二功分器是一个三端口网络，如下图所示。

根据微波网络理论，一个三端口网络的散射参量矩阵可以表示为：

如果三端口网络是互易的，则散射参量矩阵可以表示为：

如果三端口网络均匹配，则此时的散射参量矩阵可以简化为：

如果三端口网络是无耗的，则满足网络正幺性，即：

这时矛盾就出现了，如果满足上面等于零的条件，那么等于1就不满足。这也说明了一个三端口网络不可能做到同时满足无耗，互易，又完全匹配的条件。

这又怎么理解呢？

1.1 T型功率分配器

T型结功率分配器也是一种最简单的功率分配器，能用于功率分配和功率合成。如下图所示：

这种T型结功率分配器是无耗和互易的，但是不能在全部端口同时实现匹配。当信号传输时，在连接处会产生高次模，高次模不能传输，就会在连接处储存起来，可等效为集中参数的电纳B，若信号从端口3输入，从端口1和端口2 分配输出，则为了使输入端口匹配，必须满足下式：

当电纳B等于0时，上式简化为：

因此可以在结处加入电抗性调谐结构，以抵消电纳B的影响。

根据功率分配比的要求，可以求出所需要传输线的特性阻抗Z1和Z2. 假定输入电压为V0，则输入功率为：

若功率分配要求为k1：k2，则在输入端口匹配，无反射条件下，输出端口的功率为：

进而求出分配端口处的特性阻抗为：

若两输出端口匹配，则输入传输线是匹配的(输入传输线到结)。但这种功分器两个输出端口之间没有隔离，且输出端口是失配的(输出传输线到结)。在实际设计中，根据系统需求，可以将其设计成非互易元件，例如环形器。或者设计成有耗元件，如威尔金森功分器。

1.2 威尔金森功分器
威尔金森功分器也是一种常用的功率分配器，即可用于功率分配也可用于功率合成。下图是威尔金森功分器的一个原理图，信号又端口1 输入，曾国特性阻抗为Z02和Z03的四分之一波长传输线，从端口2和端口3输出。端口2和端口3的负载阻抗分别为R2和R3.在端口2和端口3之间有一个隔离电阻r，使两输出端口之间没有耦合。通过加入隔离电阻r，做一个有耗网络，来实现各个端口的匹配。