[发明专利]不等分功分器设计方法

权利要求书

1.一种不等分功分器的设计方法，其指标要求为：当功率为(1+k²)P的信号从端口0输入时，从端口1输出功率为P的信号，从端口2输出功率为k²P的信号，即功分器的功分比为k²；并且，端口0处的特征阻抗为R₀，端口1处的特征阻抗为R₁，端口2处的特征阻抗为R₂；其特征在于，设计方法包括两步：第一步，根据两路输出的不等分功分器的传输特性要求，首先综合出传输网络TN'，其由多个传输网络TN'₁、TN'₂、…、TN'_n级联而成，其左端端口处的特征阻抗为R₀₁＝(1+k²)R₀，右端端口处的特征阻抗为R₁，使其满足端口0与端口1之间的传输特性要求；接着综合出传输网络TN”，其由多个传输网络TN”₁、TN”₂、…、TN”_n级联而成，其左端端口处的特征阻抗为右端端口处的特征阻抗为R₂，使其满足端口0与端口2之间的传输特性要求；第二步，将传输网络TN'和传输网络TN”的左端合并，作为功分器的端口0；将传输网络TN'的右端口作为端口1；将传输网络TN”的右端口作为端口2；并选择恰当的补偿网络MN₁、MN₂、…、MN_m接入到端口1与端口2之间，构成功分器；功分器的散射参数表示成下面的形式：

按照功分器的奇模等效电路，调整补偿网络MN₁、MN₂、…、MN_m，进而改变功分器的奇模等效电路所对应的奇模反射系数Γ_o，使其逼近功分器的偶模等效电路所对应的偶模反射系数Γ_e，理想情况是Γ_o＝Γ_e，从而满足端口1和端口2的回波损耗要求及端口1与端口2之间的隔离度要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据指标要求，综合出传输网络TN'和传输网络TN”，使端口0与端口1和端口2之间的传输特性具有指定的信号处理功能。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选用巴特沃斯(Butterworth)类型、椭圆(Elliptic)类型、贝塞尔(Bessel)类型和广义切比雪夫(General Chebyshev)类型等多种滤波器综合方法来综合传输网络TN'和TN”。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择电阻、电感或电容或它们的组合来实现补偿网络MN₁、MN₂、…、MN_m，进而改变不等分功分器的奇模反射系数Γ_o，使其逼近偶模反射系数Γ_e，理想情况是Γ_o＝Γ_e，从而满足输出端口的回波损耗要求及各个输出端口之间的隔离度要求。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，端口0到端口1之间的传输网络TN'和端口0到端口2之间的传输网络TN”可以采用相似的网络拓扑结构，从而为补偿网络的接入提供更多的选择。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果传输网络TN'和传输网络TN”左边第一个元件为串联接入，将在功分器的奇模等效电路中得到保留，从而有利于奇模反射系数Γ_o逼近偶模反射系数Γ_e。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，端口0、端口1和端口2处的特征阻抗可以不一样，从而使功分器具有阻抗变换的功能。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中传输特性要求或指标要求包括带宽、通带内波动、端口的回波损耗、带外抑制、相位或群时延。

9.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，采用广义切比雪夫(GeneralChebyshev)带通滤波器设计方法为，根据端口0与端口1和端口2之间的传输特性要求，通带频率范围指定为[ω_d,ω_u]，其中ω_d是通带下边界角频率，ω_u是通带上边界角频率，通带内的回波损耗大于RL，其单位为dB；另外，按照要求设置相应的传输零点来控制通带外的性能，在零频率处放置N_p个传输零点，在有限正频率处放置N_m个传输零点，在无穷远频率处放置N_l个传输零点，则整个频率轴上总的传输零点个数M为：M＝N_p+2N_m+(2N_l+N_p)，括号中的N_p表示在无穷远频率处额外放置N_p个传输零点以满足无源无耗互易二端口网络性质需要；所有的传输零点用s_i来表示，其中i＝1、2、…、M；这些传输零点由映射关系从s平面映射到g平面，得到对应的点为g_i；设M＝2N，则N定义为滤波器的阶数；由下面的公式来导出广义切比雪夫(General Chebyshev)带通滤波器的滤波多项式：

其中，s是复数角频率变量，g是临时复数变量，Ev表示对多项式取偶部的运算，系数d_2i通过对进行展开后取偶部来确定；系数β用来确保反射多项式F(s)的首项系数是归一化的，系数ε由指定的通带内的回波损耗RL来确定，即共有多项式E(s)通过能量守恒等式，由反射多项式F(s)和传输多项式P(s)来导出；从而确定传输网络TN的散射矩阵[S]_TN。