[发明专利]不等分功分器设计方法

说明书

功分器/合路器是通信或雷达系统中的重要器件。本发明提供了一种不等分功分器设计方法，包括两步：第一步，根据功分器的传输特性要求，先综合出传输网络TN'和TN”(可由多个传输网络级联而成)，使其满足端口0与端口1和端口2之间的传输特性要求。第二步，将传输网络TN'和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1和2，并选择恰当的匹配网络MN₁、MN₂、…、MN_m接入，调整匹配网络中的元件值，进而改变功分器的奇模等效电路的奇模反射系数Γ_o，使其逼近偶模反射系数Γ_e(理想情况是Γ_o＝Γ_e)，从而保证各个输出端口的回波损耗及输出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不等分功分器设计方法。

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。当功分器的输出不相等时，称其为不等分功分器。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，本方法所实现的不等分功分器能对输入信号按照指定的功分比在各个输出端口进行输出，而且对信号具有处理功能，可以按照实际需求来综合相应的电路。

首先考虑一个具有两路输出的不等分功分器，其结构示意图如图1所示。它是一个三端口网络，分别以端口0、端口1和端口2来表示。设从端口0输入的信号功率为(1+k²)P，其中P为任一功率值，k为大于零的正实数，k²定义为功分器的功分比。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。端口0处的特征阻抗用R₀表示，端口1处的特征阻抗用R₁表示，端口2处的特征阻抗用R₂表示。端口0与端口1之间通过一个二端口网络TN'(可以由多个二端口网络TN'₁、TN'₂、…、TN'_n的级联来进行连接，其中n为大于等于1的自然数)；端口0与端口2之间通过一个二端口网络TN”(可以由多个二端口网络TN”₁、TN”₂、…、TN”_n的级联来进行实现，其中n为大于等于1的自然数)。二端口网络TN'和TN”统称为传输网络。由功分器的定义可知，它们的归一化网络参数是相同的。假设描述传输网络TN'的归一化级联矩阵用[abcd]_TN′表示，描述传输网络TN”的归一化级联矩阵用[abcd]_TN″来表示，则都用同一个归一化级联矩阵来描述，即

其中，a、b、c和d是级联矩阵中的各个参量。由图1可知，传输网络TN'的右端端口处的特征阻抗为R₁，设其左端端口处的特征阻抗为R₀₁；传输网络TN”的右端端口处的特征阻抗为R₂，设其左端端口处的特征阻抗为R₀₂。

图1所示的结构可以等效为图2所示的结构。其中，等效输入导纳Y₁和Y₂分别为

为了能够获得最大的功率，则应该满足下面的导纳匹配要求，即