莫坤山

(桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

1 引言

隨著功率放大芯片技術(shù)趨于成熟，雷達(dá)、電子對(duì)抗等領(lǐng)域的大功率期間已.漸由真空管器件轉(zhuǎn)向固態(tài)功放芯片。雷達(dá)和電子對(duì)抗領(lǐng)域所需大功率發(fā)射機(jī)，通常由多個(gè)功放芯片進(jìn)行功率合成，所以功率合成技術(shù)就至關(guān)重要。微帶電路具有體積小、成本低、易于批量加工、易于集成等優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)功率合成網(wǎng)絡(luò)一般采用多級(jí)一分二功分結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)的方式，組成2n(n=1,2,3…)路的功率合成網(wǎng)絡(luò) 。但系統(tǒng)的實(shí)際功率需求通常不是單芯片功率的2n倍，如果直接采用二路功分結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)的形式，會(huì)造成系統(tǒng)的功放輸出功率浪費(fèi)或功率不足的情況。如果采用三路功分結(jié)構(gòu)和兩路功分結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，就能得到2n×3n路的功率合成網(wǎng)絡(luò)，使功率輸出更加靈活。

三路功分結(jié)構(gòu)通常采用如圖1所示采用1:1等分和2:1不等分的Wilkinson功分結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)組合的耦合結(jié)構(gòu)[1]，或者如圖2所示不同特征阻抗的微帶線構(gòu)成多端口的微帶分支結(jié)構(gòu)[2]，這兩種結(jié)構(gòu)尺寸偏大，且一般可用頻帶通常較窄，如果需要達(dá)到大帶寬要求，通常需要增加枝節(jié)數(shù)，但這樣會(huì)增大縱向市場(chǎng)，不適用于小型化要求較高的場(chǎng)景。

本文在扇形輻射狀微帶功分結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種通過(guò)挖孔的方法改善端口間阻抗匹配的緊湊型三路微帶功分器。

2 功分器的設(shè)計(jì)與仿真

三路功分器的微帶基片采用的材料是厚度為0.508 mm的Rogers RT5880，扇形漸變結(jié)構(gòu)的邊沿為正弦平方函數(shù)的平滑過(guò)渡曲線y=(sinx)2，用于阻抗匹配的挖孔形狀為橢圓結(jié)構(gòu)，具體形狀如圖3所示。通過(guò)三維電磁仿真軟件仿真優(yōu)化，整個(gè)功分器的縱向長(zhǎng)度為25 mm，橫向?qū)挾葹?7.78 mm，關(guān)鍵尺寸如表1所示。

表1 三路微帶功分器尺寸

三路功分器在11.5～14.5 GHz頻率范圍內(nèi)反射系數(shù)小于-16.4 dB，三路輸出功率不平衡度小于0.23 dB，輸入端反射系數(shù)和輸出端功率曲線如圖4、圖5所示。如果將頻帶寬度縮小到12～14 GHz，能夠得到更加優(yōu)秀的散射系數(shù)，該頻帶內(nèi)反射系數(shù)S11小于-17.9 dB，功率不平衡度小于0.1 dB。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種緊湊型Ka波段三路微帶功分器，該功分器在11.5～14.5GHz范圍內(nèi)有優(yōu)秀的功率輸出不平衡度和輸入端反射系數(shù)，且易于與一分二功分器級(jí)聯(lián)，可適用于該頻段內(nèi)不同的寬帶功率分配/合成的場(chǎng)景。本文中由于沒(méi)有在輸出端口間加并聯(lián)隔離電阻，故輸出端隔離度較差，不適用于部分需要輸出端隔離度高的應(yīng)用場(chǎng)景。