新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器设计
一种改进型Gysel功率分配／合成器的设计
一种改进型Gysel功率分配／合成器的设计0 引言在微波电路中，功率分配／合成器是非常重要的器件，它广泛应用于馈线系统、混频及功率放大器中。
Gysel 功率分配／合成器由Ulrich H．Gysel 于1975 年提出，其拓扑结构介于分支线耦合器结构和威尔金森结构之间，与分支线耦合器一样，其终端负载可以通过一段任意长度，且特性阻抗与负载阻抗相同的传输线引到电路上的任意位置，因而负载可以根据需要外接在电路上，便于大功率负载的使用；同时具有和威尔金森功率分配／合成器一样的相对带宽。
此外，Gysel 功率分配／合成器可以采用同轴线、带状线、空气板线及微带线等多种形式实现。
但是，Gysel 功率分配／合成器也存在一些缺点：首先，Gysel 形式在20％相对带宽情况下，其插入损耗、驻波等指标比威尔金森形式要好，显示出较好的宽带特性。
但窄带情况下，当传输线损耗相同时，Gysel 形式的损耗值约为0.12 dB，威尔金森则为0.1 dB，驻波也稍大一些。
其次，在输入输出端口回波损耗小于-20 dB 的原则下，Gysel 功率分配／合成器的相对带宽为20％左右，在一些宽频带应用的场合，Gysel 功率分配／合成器的带宽仍需要提高。
另外，在设计Gysel 功率分配／合成器时，各个微带支节的阻抗值不是完全确定的，其中两个隔离电阻间的λ0／2 微带线的阻值随带宽、隔离度等指标的要求变化，不利于设计和应用。
本文对Gysel 功率分配／合成器进行了改进，目的是提高其隔离度、回波损耗等指标的宽带特性。
通过对整个拓扑的改进，新功率分配／合成器的插入损耗、回波损耗、隔离度等指标明显优于Gysel 功分器，而且各个微带支节的阻抗值是确定的，非常便于设计。
1 结构及原理分析传统微带型Gysel 功分器的结构如图1 所示，由4 个λ0／4 微带线及1 个λ0／2 微带支节构成。
对于Gysel 功分器典型的分析方法是奇偶模分析法及单位元素(Unit Elements)分析方法。
微波定向耦合器,混合电桥,功率分配器
微波定向耦合器、混合电桥、功率分配器1.微波定向耦合器基本概念：定向耦合器的技术指标(以同向为例)• 定向耦合器的技术指标：• 1.耦合：• 2.定向性：续上：• 5.插损：主线输入口到主线输出口的功率关系：• ６．各端口之间的功率关系：•2.耦合线定向耦合器基本原理• 如图：方向性的物理解释：奇、偶模分析和计算公式• 如图：续上•如下： •ｂ１ ｓ１１ｓ２１ｓ３１ｓ４１ ａ１ •ｂ２ ｓ２１ｓ１１ｓ４１ｓ３１ ａ２ •ｂ３ ＝ ｓ３１ｓ４１ｓ１１ｓ２１ ａ３ •ｂ４ ｓ４１ｓ３１ｓ２１ｓ１１ ａ４•偶模激励：ａ１＝ａ４ ＝１／２， ａ２ ＝ａ３ ＝０ 求出： •ＧＡＭＡｅ＝ｂ１ ／ａ１ ＝ ｂ４／ａ４ ＝ｓ１１＋ｓ４１ • Ｔｅ＝ｂ２ ／ａ１ ＝ｂ３／ａ４ ＝ｓ２１ ＋ｓ３１•奇模激励：ａ１＝１／２， ａ４ ＝－１／２， ａ２ ＝ａ３＝０求出：•ＧＡＭＡｏ＝ｂ１／ａ１＝ｂ４／ａ４＝ｓ１１－ｓ４１•Ｔｏ＝ｂ２／ａ１＝ｂ３／ａ４＝ｓ２１－ｓ３１•Ｓ１１＝（ＧＡＭＡｅ＋ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ２１＝（Ｔｅ＋Ｔｏ）／２，ｓ４１＝（ＧＡＭＡｅ－ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ３１＝（Ｔｅ－Ｔｏ）／２续上:混合电桥也是四端口网路，其特点是其中两个端口相互隔离，另两个端口等功率输出。
两输出信号的相位差，可以是•幺正性(无耗网路)：3.制造公差对隔离度(方向性+耦合度)的影响•设：续上：•相速影响• 4.功率分配器：续上：续上：•-------续上：•-----续上：•------5. 测试：•这些器件的端口数目N>2,属多端口测试，使用两端口网络分析仪测量这些器件时，多余的端口必须接上匹配负载。
例如写出测量耦合器方向性的连接关系，如图。
复习题•一、说明耦合线定向耦合器工作原理（物理解释）。
•二、一个10 dB定向耦合器，不考虑线路导体本身的损耗且认为理想匹配，当输入功率Pin,dBm=10 dBm时，求出：（2-1）Pc,dBm，Pout, dBm等于多少dBm? （2-2）Pc，Pout等于多少mW?•三、用两端口网路分析仪测量10dB定向耦合器，•（3-1）写出测量各端口VSWR、耦合度CdB、隔离度LdB的连接关系;简述测量方法。
微波功率耦合器的设计与性能优化
微波功率耦合器的设计与性能优化微波功率耦合器是一种被广泛应用于微波射频领域的能量传输装置。
它的主要作用是将微波信号从一个信号源传输到另一个信号接收器，同时保持信号的连续性和传输效率。
本文将从微波功率耦合器的设计与性能优化两个方面来详细探讨。
一、微波功率耦合器的设计1. 工作原理微波功率耦合器的工作原理是将微波信号从一个主导传输线路接口向外发射一部分能量，同时将其余部分能量反射回主导线路。
这就要求耦合器具有能够平衡主导线路阻抗和接口阻抗的特性，使正向功率和反向功率能够在传输过程中得到传输和平衡。
2. 设计要素微波功率耦合器的设计要素主要包括谐振器尺寸、耦合工具类型，以及阻抗匹配设计等。
对于谐振器尺寸的设计，我们需要考虑到信号的工作频率、耦合器尺寸、以及所需的带宽和插入损耗等参数。
同时，耦合工具类型也需要根据实际需求来选择，以保证传输效率和传输频率的稳定性与可靠性。
最后，阻抗匹配设计是微波功率耦合器设计中最重要的部分之一，它能够使功耗器的功率尽可能的传输到接收器，从而提高传输效率和传输能耗。
二、微波功率耦合器的性能优化1. 插入损耗微波功率耦合器的插入损耗是指信号从输入端到输出端的平均衰减量，插入损耗值越低，耦合器能够匹配不同频率和波长的信号传输，传输效率也就越高。
2. 功率反射系数功率反射系数是表示信号反射回主导线路的程度，功率反射系数值越低，则信号反射量也就越少，传输效率也就越高。
3. 带宽范围微波功率耦合器的带宽范围表示其在传输不同频率的微波信号时的传输效率和传输稳定性。
当带宽范围大时，则耦合器能够传输更广泛的信号频率和波长，传输效率也就越高。
三、结论微波功率耦合器是微波射频技术中一个重要的部分，它可以改善微波信号的传输效率和能耗。
本文从微波功率耦合器的设计和性能优化两个方面进行了详细探讨，希望对相关从业者在微波功率耦合器的选用、优化和使用中提供有效的参考和帮助。
射频实施技术-功率分配器和定向耦合器
微波炉工作原理（磁控管）
磁控管是在同轴放射状的电场加上与其成直角的磁场，并 由它来控制电子发射的电子管。我公司管系连续波磁控管 （固定频率、包装式磁钢、探头输出）。
我司磁控管的铭牌如下图：
图中以流水号最后六位数来分辨磁控管 的性质：如果在“—”前的三位数与后面 三位数相等的话为普通高功率磁控管， 如果两三位数数值相差2，侧为EMC 磁控管。
微波炉工作原理（微波发生系统）
微波炉的微波发生部分如下图所示
高压整流电路电路工作原理为，220伏电网电源经过变压器升压，输 出约2000伏左右的交流高压。高压绕组在正半周时，二极管D导通对 电容器C充电，电容器被充到电压的峰值。当高压绕组电压为负半周 时，二极管D截止，磁控管导通。电容器C上正半周所充的电与绕组 电压正相串联，获得2倍高压，即4000伏左右的直流高压，加在磁控 管的阳极与阴极之间射。频实施技术-功率分配器和定向耦合器
射频实施技术-功率分配器和定向耦合器
微波炉工作原理（磁控管）
工作原理：
在磁控管外侧阳极内壁上，沿着圆周 有偶数谐振腔。在这谐振腔内产生的 微波电场，与从位于中央部位的阴极 发射出来的电子进行能量交换，并由 此产生微波。
射频实施技术-功率分配器和定向耦合器
相关标准培训
引用标准：
IEC60335-1：2001 （家用电器通用标准） IEC60335-2-25：1996 （微波炉特殊要求） IEC60335-2-25：2002 （微波炉特殊要求） IEC60335-2-6：2002 （电热器具特殊要求） IEC60335-2-9：2002 （电热器具特殊要求） UL 923 （美国UL微波炉标准） CAN/CSA C22.2-No. 150-M89 （加拿大微波炉标准）
微波技术基础讲义7—功率分配器和定向耦合器
Z0 3 V1 V V2 V3 V Z0 Z0 3 4 2
微波技术基础
定向耦合器
定向耦合器种类
按传输线类型
按耦合方式
波导
同轴线
带状线
微带线
单孔耦合
多孔耦合
连续耦合
平行线耦合
输出方向
输出相位
按耦合强弱
同向耦合
反向耦合
90度定向
180度定向
强耦合
中等耦合
弱耦合
11
定向耦合器
定向耦合器举例
微波技术基础
（2）
定向耦合器
定向耦合器——工作参量
P 1 20 lg S 31 dB P3 S P3 方向性 D 10 lg 20 lg 31 dB P4 S 41 耦合度 C 10 lg 隔离度 I 10 lg P 1 20 lg S 14 P4
0 [S ] j 0
将S12与(III)式相乘、S34与(IV)式 相乘，并相减得
S34 0
S23 ( S12 2 S34 2 ) 0
令S14=S23=0,利用幺正性得
2 2 S12 S13 1 将第1列与第3列相乘、第4列 与第2列相乘得 2 2 S12 S24 1 * * （III） S S S 2 2 12 23 14 S 34 0 S13 S 34 1 * * 2 S S S S 2 14 12 34 23 0 （IV） S S 1 34 24
* S12 S13 0 * S21S23 0 S * S 0 31 32
S12 S23 S31 0 S21 S32 S13 1
一种新型微波大功率双定向耦合器的设计
图 ５ 双 定 向耦 合 器 带 内方 向 性
通 过一 调谐螺 钉调 整耦 合 片与波 导宽壁 的距 离 。在 图 ３为 工作 频率 为 ２ ． ４ ５ ＧＨｚ时 ， Ｔ Ｅ 。 模Ｂ Ｊ － ２ ６ 波导 中耦 合 区 的场分 布 。 从 分 布 图 中可 以看 出 ， 当 Ｔ Ｅ 。 模 正 向传 输 时
（ 从 左 至右 ） ， 大部 分 的能 量 耦 合 至耦 合 片 的左 侧 端
实 际工 程应 用 中（ 例 如 当输 入 功 率 发 生 变化 时 ） ， 可
以根据 需要 调节 该距 离 ， 从 而实 现 耦合 度在 一 定 范 围 内的调整 。图 ６给 出 了耦 合 片与波 导宽 壁 的距 离
由激 励 电流 引起 的 电 场被 匹配 电阻 吸 收 ， 端 口 ４上
图 ３ 耦 合 区场 分 布 图
的电场 经 由 同轴 传输 实现 反射 信号 的耦 合输 出。图 ２ （ ｄ ） 所 示 的耦 合 头装 配 在 波 导 的横 向截 面 上 ， 用 于
节 省波 导在 纵 向上 的尺 寸 ， 如 果 波 导在 纵 向上 的长
方 向性 ： ≥２ ０ ｄ Ｂ
使 用 Ａｎ ｓ ｏ ｆ ｔ 的全 波 电磁 场 软 件 ＨＦ Ｓ Ｓ进 行 了
仿 真设 计及 优 化 ， 其 尺寸 如表 １ 所示 。
表 １ 基于 Ｂ ． Ｉ ． ２ ６波 导 的 双 定 向耦 合 器 设 计 参 数
－ 叵 妖
参 数
参 数
．
—
６５．
的耦合 片 。如 图 ２ （ ａ ） 所示 ， 耦 合 片安 装 在 耦合 头 的 下方 ， 距离 波导 上开 的小 孑 Ｌ 有 一定 的距 离 ｄ ｗ。在耦 合 片 上开 两个 小孔 ， 分别 焊接 ５ Ｏ Ｑ 的匹配 负载 和 同 轴 接 头 。测 量传 输信 号 的耦合 头 同轴 接头 一端 向人 射端 口方 向摆放 ， 测 量 反 射 信 号 的耦 合 头 同轴 接 口
微波技术基础-功率分配器跟定向耦合器(2)新
⎧Γe = − j 2 ⎪ ⎪Te = − j 2 ⎨ ⎪ Γo = j 2 ⎪ ⎩To = − j 2
⎧ B1 = 0 ⎪ ⎪ B2 = − j ⎨ ⎪ B3 = − j ⎪B = 0 ⎩ 4
2 2
⎡0 ⎢1 −j ⎢ [S ] = 2 ⎢1 ⎢ ⎣0
北京邮电大学——《微波技术基础》
1 1 0⎤ ⎥ 0 0 ? ⎥ 0 0 ?⎥ ⎥ ? ? 0⎦
⎧ B1 = 0 (端口1是匹配的) ⎪ ⎪ B2 = − j (半功率,端口1至端口2, ⎪ 2 相移−90°) ⎨ ⎪ B = − 1 (半功率,端口1至端口3, 相移−180°) ⎪ 3 2 ⎪ (无功率到端口4) B = 0 10 北京邮电大学 —— 《微波技术基础》 ⎩ 4
正交混合网络
¾偶-奇模分析方法
λ 8
正交混合网络
¾偶-奇模分析方法——偶模（e）电路
+1 2
Γe
1
2
Te
+1 2
1 2
A+ B −C − D Γ e = S11 = =0 A+ B +C + D 2 −1 (1 + j ) Te = S21 = = A+ B +C + D 2
λ 8
⎡ A B ⎤ ⎡ 1 0⎤ ⎡ 0 ⎢C D ⎥ = ⎢ j 1 ⎥ ⎢ ⎣ ⎦e ⎣ ⎦⎢ ⎣j 2
11
180°混合网络
¾180°混合网络特性
两个输出端口间可以有180°相移，也可工作于同相输出状态 从端口1输入，在端口2与端口3等分成两个同相分量 从端口4输入，在端口2与端口3等分成两个180°相位差分量 作为合成器使用，端口2与端口3输入的信号在端口1形成输入 信号的和，在端口4形成输入信号的差。
一种Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器设计
一种Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器设计Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器是一种常用于微波和射频系统中的功率分配器。
它能够将输入信号平均分配到多个输出端口上，且每个输出端口上的功率比例是事先确定好的。
在实际应用中，我们经常需要将输入信号按照一定的比例分配到不同的功率放大器或天线上，以满足系统的要求。
传统的功分器中，最常见的是等分功分器，它将输入信号平均分配到多个输出端口上。
然而，在一些特殊的应用中，我们需要根据系统的需求来设计不等分功分器，即每个输出端口上的功率比例是不同的。
这时，Wilkinson和Gysel结合的不等分功分器就成为了一个很好的选择。
Wilkinson功分器是一种基于变压器的功分器，它采用了两个变压器来实现功率的分配。
在传统的Wilkinson功分器中，两个变压器是完全相同的，因此输出端口上的功率比例是相等的。
而在不等分功分器中，我们需要设计两个不同的变压器，以实现不同的功率分配比例。
Gysel功分器是一种基于反射负载的功分器，它采用了反射负载来实现功率的分配。
在传统的Gysel功分器中，每个输出端口上都有一个反射负载，通过调整反射负载的阻抗来实现不同的功率分配比例。
不过，在不等分功分器中，我们需要设计不同的反射负载来实现不同的功率分配比例。
将Wilkinson和Gysel功分器结合在一起，可以充分利用它们各自的优点，并且能够实现更灵活的功率分配。
具体的设计步骤如下：首先，确定需要实现的功率分配比例。
根据系统的要求，确定每个输出端口上所需要的功率比例。
例如，如果需要将输入功率分配为1:2:3的比例，那么需要设计两个变压器和三个反射负载。
然后，设计变压器和反射负载。
根据所需要的功率分配比例，设计两个不同的变压器和相应的反射负载。
变压器的设计需要考虑到功率传输的效率和频带宽度，而反射负载的设计需要考虑到阻抗匹配和功率耗散。
接下来，进行仿真和优化。
使用电磁仿真软件对设计的功分器进行仿真，得到各个输出端口上的功率分配情况。
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新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器设计
随着通信技术的飞速发展和应用的普及，对于高性能微波设备的需求也越来越高。
作为微波设备中的重要组成部分，定向耦合器和功率分配器在信号的分配和耦合过程中起到至关重要的作用。
本文将重点介绍一种新型的微波定向耦合器及
Gysel功率分配器的设计。
首先，我们来了解一下定向耦合器的基本原理。
定向耦合器是将微波信号从一个输入端口耦合到多个输出端口的一种被动组件。
其主要由T型耦合器和相位平差网络组成。
T型耦合
器主要通过在主传输线上引入两条耦合线实现信号的分配；而相位平差网络则通过调整不同分支线上的电路元件的参数，使得不同输出端口上的信号的相位差保持一致。
这样，通过定向耦合器分配的信号可以实现同时馈送到多个终端，提高了系统的传输效率。
然而，传统的定向耦合器存在一些问题，如较大的功耗、大量的占用面积和较高的损耗等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的微波定向耦合器设计。
该设计主要通过采用新颖的层状电感结构来减小功耗和面积，并通过优化电路参数来减小信号的损耗。
接下来，我们来介绍一下Gysel功率分配器的设计。
Gysel功率分配器是一种常见的被动功率分配器，其结构简单、性能可靠。
其主要由一个输入端口和多个输出端口组成，通过合理设计电路参数，将输入功率在输出端口之间平均分配。
在设计Gysel功率分配器时，首先需要确定输出端口的数量和分配比例。
在确定了数量和比例之后，需要根据电路的特性来确定合适的参数数值。
为了提高功率分配器的性能，可以
采用一些技术手段，如优化分支网络的结构、控制电路元件的尺寸等。
总结来说，新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器的设计是为了提高微波设备的性能和效率。
通过采用新颖的电路结构和优化的电路参数设计，可以减小功耗、面积和损耗，同时提高分配和耦合的效果。
这将为微波通信技术的发展提供更好的支持，推动通信设备的进一步创新和应用
综上所述，新型微波定向耦合器和Gysel功率分配器的设计在提高微波设备的性能和效率方面具有重要意义。
通过采用新颖的电路结构和优化的电路参数设计，可以减小功耗、面积和损耗，同时提高分配和耦合的效果。
这些设计有助于提高微波通信技术的传输效率，为通信设备的创新和应用提供更好的支持。
未来的研究可以进一步探索和优化这些设计，以进一步提高微波设备的性能和效率。