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重庆大学实验04:功分器(Power Divider).doc

重庆大学实验04:功分器(Power Divider)

晓一
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《重庆大学实验04:功分器(Power Divider)doc》,可适用于工程科技领域

实验四:功分器(PowerDivider)*、实验目的:、了解功分器的原理及基本设计方法。、用实验模组实际测量以了解功分器的特性。、学会使用MICROWAVE软件对功分器设计及仿真并分析结果。.预习内容:、熟悉功率分接的理论知识。、熟悉功分器的理论知识。.实验设备:项次设备名称数量备注MOTECHRF测量仪套亦可用网络分析仪功分器模组A、A组RFKMARFKMAΩ终端负载个LOADTHRU端子个THRU(RFKM)ΩBNC连接线条CA、CAMΩBNC连接线条CA、CAMICROWAVE软件套微波软件.理论分析:(一)功分器的原理:功分器是三端口网络结构(portnetwork)如图所示。信号输入端(Port)的功率为P而其他两个输出端(Port及Port)的功率分别为P及P。由能量守恒定律可知P=PP。若P=P并以毫瓦分贝(dBm)来表示三端功率间的关系则可写成:P(dBm)=P(dBm)=Pin(dBm)–dB图功率衰减器方框图当然P并不一定要等于P只是相等的情况在实际电路中最常用。因此功分器在大致上可分为等分型(P=P)及比例型(P=k·P)两种类型。其设计方法说明如下:()等分型:根据电路使用元件的不同可分为电阻式、LC式及传输线式。A电阻式:此类电路仅利用电阻设计。按结构可分成Δ形,Y形如图(a)(b)所示。图(a)Δ形电阻式等功分器图(b)Y形电阻式等功分器其中Zo就是电路特性阻抗(CharacteristicImpedance)在高频电路中在不同的使用频段电路中的特性阻抗不相同。在本实验中皆以Ω为例。此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单而缺点是功率衰减较大(dB)。理论推导如下:V=··V=·VV=V=·V∴V=·V→·log=dBBLC式此类电路可利用电感及电容进行设计。按结构可分成高通型和低通型如图(a)(b)所示。其设计公式分别为:a低通型(Lowpass):其中fo操作频率(operatingfrequency)Zo电路特性阻抗(characteristicimpedance)Ls串联电感(seriesinductor)Cp并联电容(shuntcapacitor)b高通型(Highpass):其中fo操作频率(operatingfrequency)Zo电路特性阻抗(characteristicimpedance)Lp并联电感(shuntinductor)Cs串联电容(seriescapacitor)图(a)低通LC式等功分器(b)高通LC式等功分器C.传输线式(TransmissionlineType)此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型如图(a)(b)所示。其设计公式分别为:a威尔金森型(WilkinsonPattern)图(a)威尔金生型等功分器b支线型(Branchlinepattern)设计公式:图(b)支线型等功分器()比例型此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型如图(a)(b)所示。其设计公式如下:设计公式:图(a)分支线型比例功分器(注:ZP及Zr也可以是电容或电感。请参考LC型等功分器。)图(b)威尔金森耦合线比例功分器设计公式:五、硬件测量(RFKMA,RFKMA):测量MODA(RFKMA)的S及S,以了解简易的功分电路的特性测量MODB(RFKMA)的S及S测量以了解标准的功分电路的特性。准备电脑测量软件RF,及若干小器件。测量步骤:⑴MODA的P端子的S测量:设定频段:BAND将LOAD及LOAD分别接在模组P及P端子对模组P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。⑵MODA的P及P端子的S测量:设定频段:BAND将LAOD接在P端子上对模组P及P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。⑶MODA的P及P端子的S测量:设定频段:BAND将LOAD接在模组P端子上对模组P及P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。⑷MODB的P端子的S测量:设定频段:BAND将LOAD及LOAD分别接在模组P及P端子上。对模组P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。⑸MODB的P及P端子的S测量:设定频段:BAND将LOAD接在P端子上对模组P及P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。⑹MODB的P及P端子的S测量:设定频段:BAND将LOAD接在模组P端子上对模组P及P端子做S测量并将测量结果记录于表()中。实验记录表、、均为以下表:、已经测量的结果建议如下为合格:RFKMAMODA(MHZ)S≤dBS=±dBS=±dBMODA(MHZ)S≤dBS≥dBS≥dBRFKMAMODB(±MHZ)S≤dBS≥dBS≥dB、待测模组方框图:电阻式功分器威尔金森型功分器六、软件仿真:、在这里以支路型等功分器为例。、先决定操作频率(f),特性阻抗(Z)及功率比例(k):f=MHz,Z=Ω,k=。.如下图图所列公式:设计公式:计算可得:Zr=Ω→Lr=nH选定Lr=nHZp=Ω→Cp=Pf选定Cp=pF.然后利用MICROWAVE软件模拟理想设计电路然后进行仿真结果应接近实际测量所得到的仿真图形和指标。、利用MICROWAVE软件计算出微带线(microstriplinetype)电路的实际尺寸。、电路图和相应的仿真图可参照图。支路型等功分器电路图支路型等功分器的仿真图七、实例分析:请设计支路型等功分器其特性阻抗Z=Ω,f=MHz,k=解:P=k·PP=(k)·P计算可得:Zr=Ω→Lr=Nh选定Lr=NhZp=Ω→Cp=Pf选定Cp=pF相应的电路图和仿真图见软件仿真。八、Mathcad分析:参见文件夹‘中文mcd’里的‘功分器mcd’文件。该文件内容主要是针对威尔金森式耦合线型的功分器而言的。(b)PortPPortPPortPPowerDivider(a)ZoZoZoPortPortPPPPortPPPPortZoZoZoPortPort图支路型等功分器VVVZoZoZoZoZoVoVVPortPPortPPPortCsCsLpLpZo(b)highpassPortPPPortPortPLsLsCpCpZo(a)lowpassP=P=PdBZo:特性阻抗λ:输入信号波长λ((Zo((Zo(ZoPPortPortPPortPZsZsZpZpZoZoZoZoZoPortPPPortPortPλλZsZsZpZpZoZoZoZoZoPortPinPPortPortPλλZoZoZoZZZZZRλλλPinPPZoCpCpLrLrPortPPPortPortPunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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