Wilkinson功分器相位補(bǔ)償研究

喬鵬翔,俞育新，祁 全,蔣 瀟

(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153；2. 海軍舟山地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，浙江 舟山 316000)

0 引 言

由于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，雷達(dá)系統(tǒng)的回波信號經(jīng)過天線后經(jīng)常需要多路接收通道同時(shí)傳送[1]。但是，通道間的固有差異使得各路接收通道的信號輸出相位存在不一致性。為此，需要對相位進(jìn)行補(bǔ)償，以消除通道固有差異對相位的影響[2]。通常的相位補(bǔ)償方法是在微波電路中傳輸微波信號的微帶線上貼銅皮。該銅皮等效為一個(gè)片式電容與微帶線互連，以改變微波電路中傳輸微波信號的相位。但是，該銅皮的尺寸和在微帶線上的位置對微波信號傳輸相位的影響都是由經(jīng)驗(yàn)獲得，再在電路中加以調(diào)試實(shí)現(xiàn)。本文通過引入銅皮等效電路模型對微帶線功分器的相位補(bǔ)償展開研究。

1 Wilkinson功分器原理

2 相位補(bǔ)償電路模型與推導(dǎo)

基于微帶線的相位補(bǔ)償電路是由傳輸信號的微帶線和微帶線旁的片式電容組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，物理模型如圖3所示。

在圖3中，θ1是信號輸入端至微帶開路線處的微帶線的電長度，表示為θ1=2πl(wèi)1/λg，λg是微波信號在微帶線上的傳輸波長[4]。同樣，θ2是微帶開路線處至信號輸出端的微帶線的電長度。C為片式電容，其電容值計(jì)算公式表示為

(1)

式中，Z0為特征阻抗，θ為開路微帶線l3的電長度。因此，圖3中從信號輸入至信號輸出級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的歸一化ABCD矩陣如下表示：

(2)

(3)

根據(jù)矩陣[a]至矩陣[S]的轉(zhuǎn)換公式(3)，將式(2)轉(zhuǎn)化為矩陣[S]，計(jì)算參數(shù)S21的角度值為Angp1，即為引入片式電容后微波信號從輸入端傳至輸出端的相位延遲值。

在不引入片式電容的情況下，計(jì)算微波信號在相同微帶線上傳輸?shù)南辔谎舆t值為

(4)

所以，計(jì)算(Angp1-Angp0)的差值即為增加片式電容后的相位補(bǔ)償值。

3 仿真與測試結(jié)果

仿真與測試結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4可知，使用儀表為羅德施瓦茨ZNB20矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測試頻率范圍為8.2～9.1 GHz。在威爾金森功分器微帶線上貼銅皮前測得相位如圖所示：起始8.2 GHz相位為-33.92°，末尾9.1 GHz相位為44.83°。由圖5所示，貼銅皮后相位發(fā)生了明顯改變，起始8.2 GHz，相位為-50.54°，末尾9.1 GHz相位為28.50°。

本次測試使用功分器微帶線的長度經(jīng)測量為156.5 mm，寬為0.92 mm。使用的銅皮長2.45 mm，寬1.68 mm，以貼銅皮處為分界點(diǎn)，左側(cè)微帶線長為128.5 mm，右側(cè)微帶線長度為28 mm。

微帶線功分器實(shí)物圖如圖6所示，黑色框內(nèi)為貼銅皮處。以此為參照使用AWR建立仿真模型如圖7所示。

相位仿真結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，起始8.2 GHz相位為-58.60°，末尾9.1 GHz相位為30.98°。由此可得，實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果幾乎一致，驗(yàn)證了理論的正確性。

4 結(jié)束語

本文引入銅片等效電路模型，建立了片式電容與微帶線相連的物理模型，將該模型轉(zhuǎn)換為矩陣[S]后計(jì)算連接的片式電容對傳輸微波信號的相位影響。同時(shí)，利用AWR微波仿真軟件對該等效電路模型進(jìn)行仿真分析，通過實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比，驗(yàn)證了該模型建立和推導(dǎo)的正確性。因?yàn)榭梢苑奖愕卦谖Ь€上貼銅皮，所以本文的分析對改善微波電路中相位一致性具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。