[发明专利]带通频率响应功率分配器的综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种共用公共耦合谐振器实现带通频率响应的功率分配器的综合方法。具体涉及采用广义切比雪夫滤波器的综合方法获得滤波器的耦合矩阵，然后按不同功率分配比以及不同功率分配器输出路数的电路等效的方法获取功率分配器的归一化耦合矩阵，从而替代了根据功率分配器的设计指标，采用优化方法获得带通型功率分配器归一化耦合矩阵的方式。属于微波功率分配器的技术领域。

背景技术

微波功率分配器广泛的应用于微波通信、卫星通信、导弹制导、雷达，电子对抗，测试仪器仪表等系统中，主要是将工作频段的微波功率分配给不同路数的下级级联设备，实现功率的分配或合成。利用微带线可以制作出较宽频带的wilkinson功率分配，由于采用了隔离电阻，该类型的功率分配器具有隔离度高、制作成本低，适合大批量制作等特点，但该类型功率分配器同时具有插入损耗较大，工作频率低，带外抑制特性差等缺点。采用波导实现的功率分配器具有Q值高，插入损耗小，隔离度高的优点，同时也有制作成本高，体积大，不适合于大批量制造的缺点。采用耦合谐振单元实现的具有带通频率响应的功率分配器采用滤波器类似的谐振器之间的耦合方式，通过共用一个或多个谐振器，以恶化输出端口的隔离度为代价，可以有效的减小腔体功率分配器的实现电路的尺寸及重量。目前，采用公共谐振器实现的腔体功率分配器对应的设计方法是根据设计功率分配器功率分配指标以及输入端口的回波损耗，定义不同的成本函数通过优化的方式来获得功率分配器的归一化耦合矩阵。该类型优化方法在具体的实现过程中存在优化时间长，不一定收敛；或是优化的功率分配器耦合矩阵实际实现起来可能比较困难等缺点。例如获得的功率分配器耦合矩阵的对角线阵元不为0，即异步调谐的情况，会大大增加实际设计过程中的三维仿真时间。因此迫切需要获得功率分配耦合矩阵的快速综合方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种快速获得具有带通频率响应功率分配耦合矩阵的方法，以提高该类型功率分配器的设计效率。

本发明采用以下技术方案实现上述目的。带通频率响应功率分配器的综合方法，包括如下步骤：

A、根据功率分配器的阶数n、回波损耗和带外传输零点位置，采用常规的滤波器综合方法获得一个n阶滤波器的归一化耦合矩阵。

B、确定功率分配器的公共谐振器个数k，功率分配器输出支路的数量m和功率分配比T。利用功率分配器第k个公共谐振器与步骤A中的n阶滤波器的第k个谐振器的等效电压相等的原则，构建二者的等效电路，建立联系，得到：

式中：m表示支路数，L表示m个支路中的前L个，T表示前L个支路的功率与后m-L个支路功率的比值，表示功率分配器前L个支路对应的第k个公共谐振器和第k+1个谐振器间的阻抗变换器的值，表示功率分配器后m-L个支路对应的第k个公共谐振器和第k+1个谐振器间的阻抗变换器的值，表示n阶滤波器的第k个谐振器和第k+1个谐振器间的阻抗变换器的值。

其中为步骤A中得到的归一化耦合矩阵中相应阵元值的倒数。

C、取和的倒数，然后替代步骤A中归一化耦合矩阵相应阵元值，得到功率分配器的归一化耦合矩阵M。

D、根据步骤C中的归一化耦合矩阵M搭建实际的功率分配器电路。

本方法采用直接获取耦合矩阵的方式不存在收敛问题，只有满足回波损耗及带外抑制的广义切比雪夫滤波器耦合矩阵能够综合出来就可以获得任意功率分配比的功率分配器的耦合矩阵，使得设计带通型功率分配器的效率大大提高。可以避免采用优化算法获得功率分配归一化耦合矩阵不收敛或计算时间较长的问题。

附图说明

图1为不包含交叉耦合的切比雪夫带通滤波器的拓扑结构；

图2为不包含交叉耦合的m路等功率分配功分器拓扑结构；

图3为不包含交叉耦合的m路不等功率分配功分器拓扑结构；

图4为包含交叉耦合的切比雪夫带通滤波器的拓扑结构；

图5为分支支路不包含交叉耦合谐振器的功率分配器拓扑结构；

图6为包含交叉耦合节点情况的滤波器拓扑结构；

图7为包含交叉耦合节点的m路等功率分配功分器拓扑结构；

图8为包含交叉耦合节点的情况的滤波器拓扑结构；

图9为包含交叉耦合节点的m路不等功率分配功分器拓扑结构；

图10为耦合谐振带通响应功分器耦合矩阵算法流程；

图11为传统5阶切比雪夫带通滤波器拓扑结构；

图12为传统5阶切比雪夫带通滤波器的归一化频率响应；

图13为不包含传输零点的2路等功率分配器拓扑结构；