淺析微波電路的功能整合設計與應用

【摘要】隨著無線通信系統多頻化、寬頻化、多功能及高集成化的發展，微波電路的功能整合性設計和應用成為關注焦點，要基于微波電路多頻帶、寬頻帶的工作特性，重點分析和探討微波電路中的無源電路，運用相關的理論和技術設計多頻帶阻抗變換電路、功率分配器及功能融合射頻耦合器，使之具有正確性和有效性。

【關鍵詞】微波電路；功能整合；設計；應用

一、多頻帶多功能阻抗變換電路設計應用分析

在設計射頻電路中要重點考慮和分析阻抗變換問題，由于傳統的電路器件匹配是采用四分之一波長線實現阻抗變換，存在極其明顯的缺陷，如無法適用于復數阻抗；難以適用于極端情形的阻抗；無法同時匹配不同頻帶不同阻抗的情形等。

（1）共時雙頻功率放大器的阻抗變換網絡解析。利用計算機輔助程序和技術，可以簡化共時雙頻功率放大器的阻抗匹配電路設計，獲取實數到復數阻抗變換的解析公式和計算結果，使處于1GHz頻帶和2.3GHz頻帶上的反射系數、負載相匹配，正確有效地進行匹配電路的設計。

（2）極限復數阻抗的多頻帶阻抗變換網絡解析。在新型的多頻帶阻抗匹配器設計之中，可以實現多個頻帶上的阻抗變換，引入先進的階梯形傳輸線網絡電路，較好地支持和適用變換極低和極高的復數阻抗。同時，在這種新型的多頻帶阻抗匹配器設計中，各端口間無須導體相連接，體現出其內在的直流阻隔功能。

二、多頻帶、寬頻帶功能整合功率分配器的設計應用分析

在微波射頻系統的功率分配器設計中，要順應射頻微波系統多頻化、寬帶化、多模化、多功能整合的特點，設計具有多頻、寬頻、濾波、阻抗變換、直流阻隔、性能可調的功率分配器。

（1）集成阻抗變換功能的小型化耦合線功率分配器分析。這是一種新型、具有內在阻抗變換功能的功率分配器，無須外接阻抗變換器即可實現兩個端口的阻抗變換。同時，在設計中考慮到耦合線的耦合度限制因素，要注重選取最小的電長度，合理確定電路的最小尺寸，盡量縮減電路尺寸，使功率分配器在帶寬優化的同時，實現小型化設計。

（2）集成阻抗變換功能的雙頻帶濾波反相功率分配器分析。這是一種用于平衡和非平衡信號轉換的器件，采用非對稱三層PCB結構，引入雙頻帶諧振器和導納逆變器，體現出良好的輸出隔離特性，并具有輸出端口的反相特點。在雙頻帶濾波反相功率分配器的電路設計中，包括有微帶線、隔離電阻、雙面平行帶線輸入饋電端口等部分，并在介質板中間插入接地面，獲得反相的輸出信號，體現其反相輸出的特性。

（3）多功能整合的功率分配器分析?？梢栽O計和應用新型、結構簡單、多功能整合的功率分配器，實現帶寬為6%、帶外抑制大于-15dB窄帶濾波響應，較好地適用于窄帶濾波場景。同時，在設計中要使功率分配器的輸出端口大于200%，并實現不低于15dB的隔離，從而較好地實現窄帶高頻選濾波、輸入輸出阻抗變換、內在直流阻隔及接地、超寬帶輸出阻隔、高功率等多種功能。

（4）超寬帶濾波功率分配器分析。傳統功率分配器受限于帶寬條件，無法適用于超寬帶系統，為此要設計具有寬帶化、多功能化、集成化的超寬帶濾波功率分配器，采用功率分配器和濾波器整合設計的策略，實現各器件的功能集成和整合。具體設計方法為，將橫向信號干擾單元嵌入到功率分配器，并引入額外的傳輸零點和傳輸極點，增加功率分配器的回轉損耗帶寬，并較好地響應陡峭的頻率。同時，還要引入RLC隔離網絡，提升功率分配器的隔離帶寬。在設計中要考慮和分析相關的調諧參數，如傳輸極點、帶內回轉損耗、輸出匹配和隔離度等。

（5）頻帶可調功率分配器。可以在功率分配器設計中引入可調電容器，有效調節電容器的偏壓，使之具有頻帶可調性，并具有集成復數阻抗變換功能，實現頻變端口阻抗的有效匹配。在頻帶可調功率分配器的電路設計中，包括有耦合線、隔離電阻、可變電容等構件，以滿足功率分配器頻帶可調的特性。

三、多頻帶、寬頻帶功能整合耦合器的設計應用分析

耦合器是微波射頻電路系統的重要構成器件，由不同功能的耦合器實現對輸入信號的處理和輸出，并使輸出信號的幅度和相位具有一定的內在關聯性。傳統的分支線、耦合線暴露出滯后性，要設計和分析多頻帶、寬頻帶的功能整合耦合器，使之滿足微波射頻系統的寬帶、多頻、多功能化需求。

（1）雙頻帶耦合線正交耦合器設計分析。可以設計基于耦合線的雙頻帶耦合器，能夠靈活地設置雙頻帶頻率比，使之具有雙頻帶和任意功率分配特性。并在耦合線的引入設計條件下，收縮導體間隙，使電路設計更具緊湊性。

（2）窄帶濾波環形耦合器分析。為了滿足高功率及窄帶的應用場景，可以采用基于介質諧振器的環形耦合器，形成立體結構的耦合器，具有良好的窄帶濾波功能。

四、結語

綜上所述，基于多頻帶、寬頻帶、多模式、多功能的微波射頻系統的需求，要設計功能整合的微波電路，轉變傳統微波電路單頻帶、集成度低、功能狹窄的缺陷，合理設計功率分配器、耦合器，提升微波電路的優化性能。

參考文獻

[1]張博.濾波微波器件基礎理論及技術研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

[2]郝文慧.基于微波光子學的寬帶射頻信道化接收技術研究[D].北京：北京郵電大學，2018.

作者簡介：謝標（1986.01—），男，漢族，江蘇鹽城人，本科，助理工程師，研究方向：微波電路。