Wilkinson功分器相位補償研究

喬鵬翔,俞育新，祁 全,蔣 瀟

(1. 中國船舶重工集團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)代雷達系統(tǒng)復雜性的提高，雷達系統(tǒng)的回波信號經過天線后經常需要多路接收通道同時傳送[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，需要對相位進行補償，以消除通道固有差異對相位的影響[2]。通常的相位補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驗獲得，再在電路中加以調試實現(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償展開研究。

1 Wilkinson功分器原理

2 相位補償電路模型與推導

基于微帶線的相位補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，其結構示意圖如圖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]的轉換公式(3)，將式(2)轉化為矩陣[S]，計算參數(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，計算(Angp1-Angp0)的差值即為增加片式電容后的相位補償值。

3 仿真與測試結果

仿真與測試結果如圖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，左側微帶線長為128.5 mm，右側微帶線長度為28 mm。

微帶線功分器實物圖如圖6所示，黑色框內為貼銅皮處。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，實測數(shù)據(jù)與仿真結果幾乎一致，驗證了理論的正確性。

4 結束語

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，將該模型轉換為矩陣[S]后計算連接的片式電容對傳輸微波信號的相位影響。同時，利用AWR微波仿真軟件對該等效電路模型進行仿真分析，通過實測數(shù)據(jù)與仿真結果對比，驗證了該模型建立和推導的正確性。因為可以方便地在微帶線上貼銅皮，所以本文的分析對改善微波電路中相位一致性具有實踐指導意義。