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威爾金森功率分配器
時間:2023-01-09 人氣: 來源:山東合運電氣有限公司
威爾金森功率分配器是一種微波電路元件,是一種功率分配器。它可以讓輸出端口互相隔離,同時所有端口都阻抗匹配。威爾金森的設計也可用作為一個功率合成器,因為它是由被動組件,因此互易的。1960年,威爾金森(ErnestJ.Wilkinson)設計出此電路。目前這種電路廣泛使用中在無線電通信系統里,因為它輸出端口具有高度隔離度,可以防止輸出端口之間的串擾。
等分功率
它使用了四分之一波長轉換器,這可以很容易在印刷電路板實現。它還可以使用其他形式的傳輸線路(例如同軸電纜)或集中式電路元件(電感和電容)。威爾金森功率分配器的散射矩陣為
{\displaystyle[S]={\frac{-j}{\sqrt{2}}}{\begin{bmatrix}0&1&1\\1&0&0\\1&0&0\\\end{bmatrix}}}{\displaystyle[S]={\frac{-j}{\sqrt{2}}}{\begin{bmatrix}0&1&1\\1&0&0\\1&0&0\\\end{bmatrix}}}
此S矩陣顯示,威爾金森功率分配器是互易的({\displaystyleS_{ij}=S_{ji}}{\displaystyleS_{ij}=S_{ji}}),且終端相匹配({\displaystyleS_{11},S_{22},S_{33}=0}{\displaystyleS_{11},S_{22},S_{33}=0}),輸出端是互相隔離的({\displaystyleS_{23},S_{32}}{\displaystyleS_{23},S_{32}}=0),并功率均分({\displaystyleS_{21}=S_{31}}{\displaystyleS_{21}=S_{31}})。此矩陣非幺正矩陣,因此公分器是有損的。一個理想威爾金森功率分配器將產生3db損耗{\displaystyleS_{21}=S_{31}=-3\,{\text{dB}}=10\log_{10}({\frac{1}{2}})}{\displaystyleS_{21}=S_{31}=-3\,{\text{dB}}=10\log_{10}({\frac{1}{2}})}中。
根據網絡理論,二端口網絡不能同時滿足三個條件:無損、互易、端口匹配。威爾金森功率分配器滿足端口匹配和互易,但是有損。
當端口2和3處的信號同相且幅度相等時,不會發生損耗。如果輸入噪聲進入端口2和3的,端口1的噪聲不會增加,一半的噪聲功率會消耗在電阻中。
通過級聯,輸入功率可能會被分到任何{\displaystylen}n個輸出端口。
不等分功率
如果端口2和3的連接臂以不相等的阻抗連接,則可以實現不相等的功率分配。當特征阻抗為{\displaystyleZ_{0}}{\displaystyleZ_{0}}時,想要將功率分配為{\displaystyleP_{2}}P_{2}和{\displaystyleP_{3}}{\displaystyleP_{3}},且{\displaystyleP_{2}}P_{2}≠{\displaystyleP_{3}}{\displaystyleP_{3}},可以創造以下等式:
定義{\displaystyleK}K為{\displaystyleK^{2}={\frac{P_{3}}{P_{2}}}}{\displaystyleK^{2}={\frac{P_{3}}{P_{2}}}}
設計方法是:
{\displaystyleZ_{02}=Z_{0}{\sqrt{\frac{1+K^{2}}{K^{3}}}}}{\displaystyleZ_{02}=Z_{0}{\sqrt{\frac{1+K^{2}}{K^{3}}}}}
{\displaystyleZ_{03}=Z_{0}{\sqrt{K(1+K^{2})}}=K^{2}Z_{02}}{\displaystyleZ_{03}=Z_{0}{\sqrt{K(1+K^{2})}}=K^{2}Z_{02}}
{\displaystyleR=Z_{0}(K+{\frac{1}{K}})}{\displaystyleR=Z_{0}(K+{\frac{1}{K}})}
當{\displaystyleK=1}K=1時,就得到功率均分的威爾金森功率分配器。
功率分配器與定向耦合器
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