彭高森，汪邦金，季 飛

     1 問題的提出

     gysel功分網(wǎng)絡(luò)的理論闡述早在20世紀(jì)70年代由ulrich gysel h提出，是wilkinson功分網(wǎng)絡(luò)的一種變形，但是發(fā)展出平面型的微帶gysel功分網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間并不長，還是比較薪型的功分器。由于其在高功率性能方面的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。通常用在傳輸功率較大而幅相一致性要求又很高的網(wǎng)絡(luò)里面，例如功率組件中最后一級(jí)的驅(qū)動(dòng)功分或固態(tài)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)功分網(wǎng)絡(luò)。這種功分網(wǎng)絡(luò)常用的1：2電路拓?fù)湫问饺鐖D1所示，也可根據(jù)實(shí)際電路布局對(duì)形狀做些變形。

     1口為輸入口，2，3口為功率輸出口；隔離口的終端負(fù)載可以直接接地便于散熱，因此終端負(fù)載可以選擇大功率容量的電阻，這樣gysei功分網(wǎng)絡(luò)兩功分口輸出的信號(hào)具有良好的幅相一致性，又具有很高的功率容量．而且輸出端口的不平衡度可同時(shí)監(jiān)測。

     gysel的傳統(tǒng)用法為：

     z0=50 ω(均相對(duì)中心頻率)；

     z1=70.7 ω，長度為1／4λ；

     z2=50 ω，長度為1／4λ；

     z3=25 ω，長度為1／2λ；

     信號(hào)在實(shí)際的傳輸過程中，會(huì)不可避免地發(fā)生幅度和相位畸變(即不平坦)，特別在功率傳輸系統(tǒng)小，功率管的增益g(ω)是與一頻率有關(guān)的復(fù)數(shù)而非常數(shù)，幅度上必然存在較大的離散，多級(jí)級(jí)聯(lián)之后將進(jìn)一步惡化，典型的功率管增益曲線如圖2的b曲線所示。如糶使已經(jīng)畸變的信號(hào)經(jīng)過幅度均衡網(wǎng)絡(luò)，而均衡網(wǎng)絡(luò)的衰減特性在有用頻帶內(nèi)與傳輸網(wǎng)絡(luò)的衰減特性相反，如圖2的a曲線所示，這樣相互補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，使兩者總的幅度特性滿足了無畸變條件，即幅度平坦要求，理想狀態(tài)如圖2的c曲線所示。

     功率均衡網(wǎng)絡(luò)按傳輸介質(zhì)分有波導(dǎo)式、同軸式和集成傳輸式3種，集成傳輸式均衡網(wǎng)絡(luò)在微帶或帶狀線上形成均衡電路，具有體積小、重量輕、方便與固態(tài)電路集成的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。在如今的功率組件沒計(jì)中，用微帶幅度均衡網(wǎng)絡(luò)合理地控制每級(jí)功率管的激勵(lì)功率并對(duì)頻帶內(nèi)的增益進(jìn)行均衡，已成為確保功率組件高電性能、可靠性的一種不可或缺的設(shè)計(jì)手段。

     而在實(shí)際的功率組件設(shè)計(jì)中，往往由于空間尺寸的限制，功率放大鏈最后一級(jí)無法設(shè)置幅度均衡網(wǎng)絡(luò)。為了滿足幅度帶內(nèi)起伏0.8 db的設(shè)計(jì)要求，是否可以將gysel功分網(wǎng)絡(luò)做一些變形，兼顧幅度均衡功能，進(jìn)行兩者的一體化設(shè)計(jì)?

     2 設(shè)計(jì)思路

     均衡網(wǎng)絡(luò)按均衡性質(zhì)分類有反射式和吸收式兩大類，無論反射式還是吸收式都有能量的衰減。反射式均衡網(wǎng)絡(luò)采用無耗均衡網(wǎng)絡(luò)加隔離器的電路形式，均衡網(wǎng)絡(luò)將部分功率反射到隔離器上消耗來達(dá)到帶內(nèi)均衡。一般而言，gysel功分網(wǎng)絡(luò)的輸入端都裝有隔離器，同時(shí)隔離端口接終端負(fù)載可以吸收因?yàn)檩敵龆笋v波比變差引起的反射功率。

     這里可以恰當(dāng)?shù)馗淖僩ysel功分網(wǎng)絡(luò)的t型頭結(jié)構(gòu)以及z1，z2和z3的阻抗值，z1，z2和z3不取傳統(tǒng)意義上的典型值，用微波軟件進(jìn)行仿真，如果gysel功分網(wǎng)絡(luò)的幅頻曲線能達(dá)到圖2的a曲線要求，理論上可以考慮將兩者進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

     3 軟件仿真

     用微波軟件microwave office進(jìn)行仿真，第一步先建立傳統(tǒng)意義上的gysel 1：2功分網(wǎng)絡(luò)的電路模型。如圖3所示。

     除了關(guān)心其s21和s31幅頻特性外，各端口駐波特性對(duì)最終產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性尤為重要。其散射參數(shù)如圖4和圖5所示。

     可以看到，典型的1：2 gysel各端口的反射系數(shù)優(yōu)于-20 db，s21和s31一致性很好，插損在-3.11 db和-3.17 db之間，起伏非常小甚至可以忽略不計(jì)，這是gysel的常規(guī)用法。

    為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的，z1，z2和z3不取傳統(tǒng)意義上的阻抗值，把其長度l和寬度w均設(shè)為可調(diào)節(jié)的變量，并且采用分頻段設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)的方法來滿足特殊的幅度均衡要求。

     優(yōu)化結(jié)果非常接近我們的設(shè)置目標(biāo)。改進(jìn)型1：2 gysel散射參數(shù)見圖6和圖7。

     除輸入端低頻端駐波略差外，其余均滿足設(shè)計(jì)要求，因?yàn)間ysel的輸入端外接有隔離器，對(duì)外圍電路的穩(wěn)定性不會(huì)有影響。而s21和s31的幅值在-3.3 db和-4.2 db之間，很好地滿足了帶內(nèi)起伏0.8 db的設(shè)計(jì)要求。z2優(yōu)化后非常接近于50 ω，因此只需對(duì)z1