微波技术基础实验指导书(6)

与磁耦合电流iL的作用相反而能量互相抵消，故4端口是隔离端口。这样，我们就定性地了解了耦合微带线定向耦合器具有方向性的原理。

图2-5 耦合线方向性的解释

4. 微波功率分配器

4.1 工作原理

在实际应用中，有时需要将信号源的功率分别馈送给若干个分支电路（负载），就是说，进行功率分配，实现这种功能的射频器件就称为功率分配器。由于功率分配器一般为满足互易定理的无源网络，所以功率分配器与合成器是等价的。

根据输出功率的比例，微波功率分配器有等分功率与不等分功率两类。当一个微波功率平均分成n路时，称为n路等分功率分配器，反之，称为n路不等分功率分配器。微波功率分配器在微波天线的馈线中和微波仪表中都得到了应用。大功率微波功率分配器采用同轴线结构，中小功率微波功率分配器采用带状线或微带线结构。

功率分配器的具体结构型式很多，最常用的是采用?g/4阻抗变换段的功率分配器，一般来说功率分配器都是相等的，图2-6所示的是两路微带功率分配器的结构。两个分支臂长都为?g/4，是完全对称的结构，对称性保证输入功率将平均分配于两个输出端，得到同相同模的输出。

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图2-6 两路微带功率分配器的结构原理图

两分支臂之间接有隔离电阻R，是为了保证两个输出端口的隔离。当两个输出端口均为良好匹配时，对称性保证各个传输支路是同电位的，故无电流通过隔离电阻，隔离电阻上无功率损耗。但当其中一输出端失配，致使有反射波折回，则此反射功率将分拆开：一部分经过隔离电阻到达另一输出端；另一部分沿自己支路反射回输入端，然后又反射回来，沿另一支路到达另一输出端。如果隔离电阻尺寸很小而可视为集总元件时，则它的电长度可近似地认为是零。由于各支路的长度为?g/4，电长度在中心频率时为?/2，因而往返二次的电长度是?。因此到达另一输出端的两部分信号是反相的。可以证明，只要适当选择隔离电阻和支线的特征阻抗值，就可以使这两部分信号幅度相等，因而彼此相消。这就是利用隔离电阻R达到各分支端口之间的隔离的原理。

经过对电路的分析计算，可以得到隔离电阻R和支线特征阻抗Z01分别应该为

Z01?2Z0 和 R?2Z0

其中Z0为输入端微带传输线的特征阻抗，一般都为50?。 4.1 技术参数

工作频带：工作频带就是功率分配器能够正常工作的频率范围。

插入损耗：在理想情况下，功率分配器不应该引入任何功率损耗。然而实际中功率分配器都会有某种程度的功率损耗，插入损耗定量的描述了工作频带内功率损耗的大小。如果是两路功率分配器，设输入功率为Pin，每一端口输出功率假设都相等为Pout，则插入损耗IL?10log

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Pin/2。在实际测量中，常常用S参数Pout来表征功率分配器的技术参数。插入损耗IL??20log|S21|。

各端口幅度偏差：理想情况下，两端口输出幅度应该完全相同，但实际中两端口输出幅度都会存在某种程度的差异，就用幅度偏差来定量描述。设端口一输出功率幅度为P1，端口二输出功率幅度为P2，则幅度偏差?L?10logP1。 P2 各端口隔离度：理想情况下，两端口应该是完全隔离的，即一端口的功率不会进入到二端口，实际情况下总会存在某种程度的功率泄漏。隔离度就是描述端口隔离程度的参量。测量时，使输入端口接匹配负载，从一端口输入一信号P1，测量此时二端口的输出功率P2，隔离度=10log=?20log|S23|。

P1。用S参量来表征，隔离度P2三 实验设备及装置图

本次实验主要包括三个内容：

一是通过使用矢量网络分析仪AV3620扫频测试微带谐振器的散射参数S21来得到其Q值，实验装置连接图如图2-7所示，将网络分析仪的1端口接到微带谐振器模块的输入端口1，将微带谐振器模块的输出端口2接到网络分析仪的2端口；

二是通过使用矢量网络分析仪AV3620测量微波定向耦合器的S参数来熟悉定向耦合器的特性。连接图如图2-8、图2-9所示：（a）测量传输特性时，将网络分析仪的1端口接到微波定向耦合器的输入端口，将耦合器的输出端口接到网络分析仪的2端口，耦合端口接50欧姆匹配负载；（b）测量耦合特性时，将耦合器的耦合端口接到网络分析仪的2端口，输出端口接50欧姆匹配负载。

三是通过使用矢量网络分析仪AV3620测试功率分配器的S参数来得到其传输频率响应特性和插入损耗、各端口幅度偏差、端口隔离度等技术参数。实验装置连接图如图2-10所示，功率分配器的输入端口1接网络分析仪的1端口，功率分配器的一个输出端口2接网络分析仪的2端口，功率分配器的另一个输出端口3接匹配负载。

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图2-7 图2-8

图2-9 图2-10

四 实验内容及步骤

1. 微带谐振器品质因数的扫频测量实验

? 利用网络分析仪AV3620扫频测量微带谐振器的Q值

步骤一 调用误差校准后的系统状态 步骤二 选择测量参数

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设置网络分析仪的扫描频率范围为1GHz-2GHz，将功率电平设置为-20dBm。

步骤三 连接待测件进行测量

按照实验装置连接图2-7将微带谐振器模块与网络分析仪连接好。测量设置选择为测量介电常数测量模块的参数S21的幅度的对数值，记下S21幅度的对数值最大的那个点的频率，这个点的频率即为微带谐振器的谐振频率f0。还要记下在该谐振频率点上的幅度的对数值，这个值即为微带谐振器在谐振频率上的衰减量

?0。然后将光标从谐振频率f0开始向两边移动，记下衰减量比?0小3dB点处的

频率分别为f1和f2。

步骤四 进行计算 将测得的频率f0、f1和f2代入到式（2-1）中，就可以计算出被测的微带谐振器的品质因素Q的值。

步骤五 Q值的自动测量

网络分析仪能自动计算显示带宽、中心频率、质量因子(定义为电路谐振频率与其带宽的比例)，和被测件在中心频率下的损耗。这些值在光标数据读出区中显示。

1)按【Marker Search】和[SEARCH:MAX]将光标放在微带谐振器谐振曲线中心的旁边。

2)如果希望带宽相对最大，按[MARKER: ZERO] 3)按【Marker Search】将访问光标搜索菜单。

4)按【WIDTHS ON】将计算中心激励值、带宽和测量轨迹上的质量因子Q。记录下此时的品质因素Q值。

2. 微波定向耦合器实验

? 使用矢量网络分析仪AV3620测量微带线定向耦合器的S参数。

步骤一 调用误差校准后的系统状态 步骤二 选择测量参数

设置频率范围：起始频率为700 MHz，终止频率为1000 MHz

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