功率分配器是微波電路設計中常用的一個無源元器件，簡稱功分器，顧名思義，就是把一路輸出功率按照一定的比例分配成N路功率輸出的一種微波元器件，如下圖所示，A端口進入的信號分成兩路信號從C1和C2端口輸出。當然，如果信號從C1和C2 端口輸入，從A端口輸出的話，功分器也可以作為功率合成器使用。

功分器的種類很多，在微波射頻系統中也得到了廣泛的應用。通常情況下，大功率微波功分器通常用波導或者同軸線結構組成，中小功率微波功分器通常采用帶狀線或者微帶線結構。如下圖所示。

同軸結構功分器

微帶結構功分器

我們今天一起來學習一下功分器的基礎知識。今天學習的知識依然來自于欒秀珍老師等人所撰寫的《微波技術與器件》。

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No.1 一分二 功分器

一分二功分器是一個三端口網絡，如下圖所示。

根據微波網絡理論，一個三端口網絡的散射參量矩陣可以表示為：

如果三端口網絡是互易的，則散射參量矩陣可以表示為：

如果三端口網絡均匹配，則此時的散射參量矩陣可以簡化為：

如果三端口網絡是無耗的，則滿足網絡正幺性，即：

這時矛盾就出現了，如果滿足上面等于零的條件，那么等于1就不滿足。這也說明了一個三端口網絡不可能做到同時滿足無耗，互易，又完全匹配的條件。

這又怎么理解呢？

1.1 T型功率分配器

T型結功率分配器也是一種最簡單的功率分配器，能用于功率分配和功率合成。如下圖所示：

這種T型結功率分配器是無耗和互易的，但是不能在全部端口同時實現匹配。當信號傳輸時，在連接處會產生高次模，高次模不能傳輸，就會在連接處儲存起來，可等效為集中參數的電納B，若信號從端口3輸入，從端口1和端口2 分配輸出，則為了使輸入端口匹配，必須滿足下式：

當電納B等于0時，上式簡化為：

因此可以在結處加入電抗性調諧結構，以抵消電納B的影響。

根據功率分配比的要求，可以求出所需要傳輸線的特性阻抗Z1和Z2. 假定輸入電壓為V0，則輸入功率為：

若功率分配要求為k1：k2，則在輸入端口匹配，無反射條件下，輸出端口的功率為：

進而求出分配端口處的特性阻抗為：

若兩輸出端口匹配，則輸入傳輸線是匹配的(輸入傳輸線到結)。但這種功分器兩個輸出端口之間沒有隔離，且輸出端口是失配的(輸出傳輸線到結)。在實際設計中，根據系統需求，可以將其設計成非互易元件，例如環形器。或者設計成有耗元件，如威爾金森功分器。

1.2 威爾金森功分器
威爾金森功分器也是一種常用的功率分配器，即可用于功率分配也可用于功率合成。下圖是威爾金森功分器的一個原理圖，信號又端口1 輸入，曾國特性阻抗為Z02和Z03的四分之一波長傳輸線，從端口2和端口3輸出。端口2和端口3的負載阻抗分別為R2和R3.在端口2和端口3之間有一個隔離電阻r，使兩輸出端口之間沒有耦合。通過加入隔離電阻r，做一個有耗網絡，來實現各個端口的匹配。威爾金森功分器應滿足以下條件：
1，可實現任意比例的功率分配；
2，輸入端口1無反射；
3，輸出端口相互隔離；
根據這些條件即可確定各個傳輸線的阻抗Z02/Z03，R2/R3.
假設兩輸出端口功率分配比為k，則兩四分之一波長傳輸線的特性阻抗為：隔離電阻r為：端口負載阻抗為：通常情況下，我們希望輸出端口阻抗和輸入端口阻抗相等，都是50歐姆，以便于整個射頻鏈路的設計，威爾金森功分器的結構可優化為：設計公式如下：若功率等分，即k=1.則：也就是在輸出端口不需要進行阻抗變換就可以實現輸出端口和輸入端口阻抗相同了。No.2 一分N 功分器有時候，我們需要把一路信號分成多路信號來，通常可通過將幾個一分二的功分器進行級聯就可實現。如下圖利用三個威爾金森功分器級聯成一個一分四的功分器。No.3 寬帶 功分器
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一分二功率分配器_一文学会微波功率分配器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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