[发明专利]功分器设计方法

说明书

功分器/合路器是通信或雷达系统中的重要器件。本发明提供了一种N等分功分器(N为自然数，且N≥2)设计方法，包括两步：第一步，根据功分器的传输特性要求，先综合出一个传输网络TN(可由多个传输网络TN₁、TN₂、…、TN_n级联而成)，使其满足端口0与端口k(k＝1、2、…、N)之间的传输特性要求。第二步，将N个传输网络TN的左端合并，作为功分器的端口0，其余端口分别作为功分器的端口k，并选择恰当的匹配网络MN₁、MN₂、…、MN_m接入，按照功分器的奇模等效电路，调整匹配网络MN₁、MN₂、…、MN_m中的元件值，进而改变奇模反射系数Γ_o，使其逼近偶模反射系数Γ_e(理想情况是Γ_o＝Γ_e)，从而保证端口k的回波损耗及其它端口之间的隔离度满足要求。整个方法简单准确。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一类具有信号处理功能的功分器设计方法。

背景技术

功分器全称功率分配器，是通信或雷达系统中的重要器件。它是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。由于功分器可以逆向使用作为合路器，所以下面的讨论皆以功分器为例。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器的主要技术参数有插入损耗、回波损耗、功率分配端口间的隔离度和通带宽度等等。

发明内容

现有功分器缺乏简单准确的设计方法。本发明的目的是为了克服现有技术不足，提供了一类具有信号处理功能的功分器设计方法。与传统的功分器不同，本方法所述方法实现的功分器不但能实现输入功率的准确等分，而且对输入的信号具有信号处理功能，可以按照实际需求来综合相应的电路。

本发明所述功分器的一般结构示意图如图1所示，它能够实现对输入信号的N等分(N为自然数，且N≥2)。图1中的网络是一个具有N+1个端口的网络，分别以端口0、端口1、端口2、…、端口N来描述。对于N等分功分器而言，当能量从端口0馈入时，将被等分至端口1、端口2、…、端口N输出。所以，端口1、端口2、…、端口N的电气性能是对称的。端口0与端口k(其中k＝1、2、…、N)之间分别通过多个二端口网络TN₁、TN₂、…、TN_n(其中n为大于1的自然数)的级联来进行连接，这些二端口网络被称为传输网络；为了保证各个输出端口即端口1、端口2、…、端口N间的隔离度，在端口k与端口j之间(其中，k＝1、2、…、N，j＝1、2、…、N，且j≠k)，连接有多个二端口网络MN₁、MN₂、…、MN_m(其中m为大于1的自然数)，这些二端口网络被称为匹配网络；另外，端口0处的特征阻抗用R₀表示，端口1、端口2、…、端口N处的特征阻抗用R₁表示。

N等分功分器的各个端口之间的电气特性可由散射矩阵[S]来描述，其定义为

散射矩阵[S]中的元素为散射参数，定义为

(其中，j＝0、1、…、N，k＝0、1、…、N，且j≠k)

其中，a_k是端口k的归一化入射波，b_k是端口k的归一化出射波，b_j是端口j的归一化出射波。

在N等分功分器中，端口1、端口2、…、端口N的电气性能是对称的。故端口之间对称性由下面的对称变换矩阵[F]来描述，即