平面功率分配/合成器的设计

。已知阻抗和介质求尺寸的传输线的计算公式在文献【5】中有详细的介绍，不过一般公式都比较复杂，因此我们使用的是一些商用软件来计算的。有HP的Appcad和AWR公司的TXLine。只要将我们已知的条件输入到软件中，就可以得出要求的参数。这里我们要求的是导带的宽度。对于分配器的微带线求出的结果为50Ω阻抗线线宽为2.2mm，70.7Ω阻抗线线宽为1.22mm；对于合成器前两级50Ω阻抗线线宽为26mm，70.7Ω阻抗线线宽为15.2mm；合成器末级50Ω阻抗线线宽为52mm，100Ω阻抗线线宽为15mm。另外，整个雷达功率源的工作频带为860～1000MHz，因此中心频率为930MHz，通过传输线的计算公式，可以此时微带线分配器中的λ/4长度为55.4mm，而带状线合成器中的λ/4长度为80.6mm。

求出电路的具体尺寸之后，就可以绘制工艺图了。因为分配器采用微带线形式，所以可以直接用PROTEL绘制印刷电路板。而合成器是带状线形式的，实际上是机械结构，我们采用的是一个金属盒结构，导带固定在盒中，上下盖板作为带状线结构的上下接地板，盖板之间的距离即为介质的厚度，另外，由于前两级和末级的介质厚度不一样，实现的办法是改变对应处上下盖板的厚度，介质厚处盖板薄，介质薄处盖板厚，其中盒子的材料为铝，导带的材料为铜。因此我们要先画好工程机械图，再送去机械加工。下面是分配器和合成器的平面结构图。在绘制实际工程图时，要考虑到以下几点：一. 为了保证分配器和合成器的各路幅度和相位一致性，则必须使输入端口到输出端口的路径长度保持相同；二. 各传输线之间保持一定间距，避免耦合，该距离一般大于介质基片厚度的3倍，就可认为耦合已经相当弱了；三.由于合成器采用的是空气介质，烟此要把导带固定在盒子中部，我们采用四氟乙烯为材料的支撑块把导带支撑起来，然在支撑处相当于介质材料改变了，导带的宽度也要相应的改变。

功率分配器的平面结构

功率合成器的平面结构

3、电路性能仿真

以上的工艺图虽然都是从经典的电路，严谨的公式中推导求出的，有完备的理论支持，但是对于微波电路来说，理论和实践往往有一定差距的。因此初始设计出来的电路，一般都需要调整，如果一开始就把整个电路全部做好，再去做实验，肯定比较麻烦。我们可以采取下面两个方法同时进行：一. 先对整个电路用软件仿真，观察仿真得到的性能参数，利用软件的参数扫描和优化功能，优化电路参数；二. 即使采用了软件仿真，可以使设计结果最大程度上的逼近实际结果，但也不是完全可靠的，由于分配器和合成器都是采用的主要由三端口分配/合成单元构成的分配/合成阵列，该单元的性能将决定整个阵列的性能。因此我们可以先只做出分配器和合成器的一部分，即只做出一个单元来进行调试。这样显然更加简单保险一些。

我们采用的仿真软件是Applied Wave Research公司的Microwave Office。Microwave office 是一个运行在Windows环境下的集设计、仿真、优化于一体的可视化微波电路设计和仿真软件。在进行仿真前首先要将我们先前确定的电路输入到该软件中，Microwave office提供了一种图形化的输入方法，方便直观，然后设定需要仿真的性能参数，就可以用该软件进行仿真。软件很快可以给出电路的性能参数，对于不满意的地方，可以设定优化值及相应可调整的电路参数值，利用软件的参数扫描和优化功能，改善性能，以得到满足设计指标要求的电路参数。

下面就是仿真及优化之后，Microwave office给出的分配器和合成器的典型性能曲线如下。

分配器输入输出反射系数、隔离度及各路输出幅度典型曲线

合成器输入输出反射系数、隔离度及各路输出幅度典型曲线

 
4、结束语
本文描述的功率分配器和合成器在固态发射机上使用后证明，它的合成效率比较高，可以满足要求，可靠性好，结构简单，方便于发射机的维修，可以在不停机的状态下对发射机中有故障的放大器进行维修。

参考文献
【1】.E. J. Wilkinson，"An N-way hybrid power divider", IRE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-8, p116-118, Jan.1960.
【2】. ADELA.   M.  SALEH,  "Planar Electrically Symmetric n-Way Hybrid Power Dividers /Combiner", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-28,p555-563,June.1980.
【3】.白义广，"径向功率分配/合成器的设计"，微波学报，15卷，2期，p189-192，1999年6月。
【4】.Tri T .哈著，廖承恩译. 固体微波放大器设计. 国防工业出版社，1988年。
【5】.林为干. 微波网络. 国防工业出版社，1978年。
【6】.袁孝康，王仕瑶，朱俊达. 微带功率晶体管放大器. 人民邮电出版社，1982。