0 引言

在微波電路中,，功率分配／合成器" title="合成器">合成器是非常重要的器件，它廣泛應(yīng)用于饋線系統(tǒng),、混頻及功率放大器中,。Gysel功率分配" title="Gysel功率分配">Gysel功率分配／合成器由Ulrich H．Gysel于1975年提出，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介于分支線耦合器結(jié)構(gòu)和威爾金森結(jié)構(gòu)之間,，與分支線耦合器一樣,，其終端負(fù)載可以通過(guò)一段任意長(zhǎng)度，且特性阻抗與負(fù)載阻抗相同的傳輸線引到電路上的任意位置,，因而負(fù)載可以根據(jù)需要外接在電路上,，便于大功率負(fù)載的使用；同時(shí)具有和威爾金森功率分配／合成器一樣的相對(duì)帶寬。此外,，Gysel功率分配／合成器可以采用同軸線,、帶狀線、空氣板線及微帶線等多種形式實(shí)現(xiàn),。但是,，Gysel功率分配／合成器也存在一些缺點(diǎn)：首先,，Gysel形式在20％相對(duì)帶寬情況下,，其插入損耗、駐波等指標(biāo)比威爾金森形式要好,，顯示出較好的寬帶特性,。但窄帶情況下，當(dāng)傳輸線損耗相同時(shí),，Gysel形式的損耗值約為0.12 dB,，威爾金森則為0.1 dB，駐波也稍大一些,。其次,，在輸入輸出端口回波損耗小于-20 dB的原則下，Gysel功率分配／合成器的相對(duì)帶寬為20％左右,，在一些寬頻帶應(yīng)用的場(chǎng)合,，Gysel功率分配／合成器的帶寬仍需要提高。另外,，在設(shè)計(jì) Gysel功率分配／合成器時(shí),，各個(gè)微帶支節(jié)的阻抗值不是完全確定的，其中兩個(gè)隔離電阻間的λ0／2微帶線的阻值隨帶寬,、隔離度等指標(biāo)的要求變化,，不利于設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

本文對(duì)Gysel功率分配／合成器進(jìn)行了改進(jìn),，目的是提高其隔離度,、回波損耗等指標(biāo)的寬帶特性。通過(guò)對(duì)整個(gè)拓?fù)涞母倪M(jìn),，新功率分配／合成器的插入損耗,、回波損耗、隔離度等指標(biāo)明顯優(yōu)于Gysel功分器,，而且各個(gè)微帶支節(jié)的阻抗值是確定的,，非常便于設(shè)計(jì)。

1 結(jié)構(gòu)及原理分析

傳統(tǒng)微帶型Gysel功分器的結(jié)構(gòu)如圖1所示,，由4個(gè)λ0／4微帶線及1個(gè)λ0／2微帶支節(jié)構(gòu)成,。對(duì)于Gysel功分器典型的分析方法是奇偶模分析法及單位元素(Unit Elements)分析方法。一般來(lái)說(shuō)，Gysel功率分配／合成器各個(gè)微帶支節(jié)的阻抗值可以?。?/p>

1.1 奇偶模分析

為簡(jiǎn)單起見(jiàn),，用端口1的特性阻抗Z0歸一化所有阻抗。歸一化及對(duì)稱形式下的改進(jìn)型Gysel功率分配／合成器如圖3所示,，在輸出端口接電壓源,，當(dāng) Vg2與Vg3等幅同相時(shí)，為偶模激勵(lì),。此時(shí),，中心對(duì)稱平面相當(dāng)于一個(gè)磁壁(開路)。當(dāng)Vg2與Vg3等幅反相時(shí),，為奇模激勵(lì),。此時(shí)，中心對(duì)稱平面相當(dāng)于一個(gè)電壁(短路),。

偶模狀態(tài)下,，取Vg2=Vg3=2V0，其等效電路如圖4(a)所示,。由λ0／4微帶阻抗變換作用可知,，在端口3處相當(dāng)于短路，從而隔離網(wǎng)絡(luò)在端口2處相當(dāng)于開路,。從端口2向端口1的阻抗為：

1.2 帶寬,、隔離度及插入損耗的比較分析

奇偶模分析方法不能夠解釋傳輸線的結(jié)效應(yīng)，而且采用何種類型的傳輸線結(jié)對(duì)整個(gè)功率分配／合成器的帶寬性能有非常重要的影響,。本文利用Agilent ADS軟件進(jìn)行仿真優(yōu)化,，得到改進(jìn)型Gysel功分器的性能曲線，并將其與傳統(tǒng)Gysel功分器的性能進(jìn)行了比較,，結(jié)果如圖5～圖7所示,。因?yàn)楣β史峙洌铣善鞯慕Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，S21與S31的曲線基本上完全一致,，所以本文只給出了S21的仿真曲線,。

由圖5可知，在輸入輸出端口回波損耗小于-20 dB的原則下,，改進(jìn)型Gysel功率分配／合成器的帶寬大約為30％,，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)Gysel功分器(帶寬大約為20％)，顯示出良好的寬帶特性,。而且,，由圖6可知，在10％的頻帶內(nèi),，改進(jìn)型Gysel功率分配／合成器的插入損耗要比傳統(tǒng)Gysel功率分配／合成器小0.015 dB左右,。另外,，由圖7可知，改進(jìn)型Gysel功率分配／合成器的隔離度在寬頻帶內(nèi)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的Gysel功率分配／合成器,。

2 實(shí) 例

根據(jù)上述分析,，采用微帶電路" title="微帶電路">微帶電路多級(jí)級(jí)聯(lián)" title="多級(jí)級(jí)聯(lián)">多級(jí)級(jí)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)了C波段帶寬為600 MHz的四路功率分配／合成器(實(shí)物圖見(jiàn)圖8),。第一級(jí)電路隔離網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路數(shù)為3,，主要是因?yàn)閷?duì)合成陣最外層的功分器的要求最高，而對(duì)最內(nèi)層功分器的要求卻可以越來(lái)越低,。四路功分性能測(cè)試數(shù)據(jù)如表1,、表2所示。由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出各端口損耗較小,，幅度均衡性好(小于0.15 dB),，工作頻帶內(nèi)端口駐波均小于1.25，各分配端口之間的隔離度大于24 dB,，與軟件仿真結(jié)果一致。插入損耗較大主要是由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)要求的結(jié)構(gòu)尺寸大,，導(dǎo)致電路中的微帶傳輸線較長(zhǎng),，傳輸損耗較大。該分配器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)作為激勵(lì)級(jí)的功率分配器,，插入損耗滿足使用要求,。

3 結(jié) 語(yǔ)

介紹了一種改進(jìn)型Gysel功率分配／合成器工作原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；通過(guò)與傳統(tǒng)Gysel功率分配／合成器的性能進(jìn)行對(duì)比可以看到,，該功率分配／合成器具有寬頻帶,、低損耗及高隔離度等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了C波段四路功率分配／合成器,，其性能指標(biāo)符合預(yù)期要求,。