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平面式放射性共振腔功率分配器的特性討論

基本結構是在基板上的周圍用銀膠把基板側面封住,使得在基板上面形成一 個放射性共振腔。從共振腔的中心做激發源,(圖2-6 (a)),並於周圍適當的地方 取出訊號(圖2-6 (b))以達到功率分配的需求。因為輸入和輸出端皆於基板的兩 面,適合用於在多層結構中的兩層,方便積體化複雜電路。此外,因為是共振腔 結構來做功率分配器,所以製成時需要面積不大,也適合用於積體化電路中。不 過,因為是採用共振腔結構的關係,會造成在頻寬上受到限制。

從結構上看,以正多邊形來取得對稱性結構的優點。取出訊號的地方是以激 發源為圓心來形成的圓形對稱型結構。因為結構的對稱性,所以我們在做功率分 配的時候每一個輸出埠所獲得的功率會相同(圖2-7)。除此之外,也可以視需求 去調整輸出埠的數量,只需要簡單的調整結構半徑,不需要重新設計電路。除了 能量分配平均外,各輸出埠在設計半徑夠大的情況下隔絕度都可以在-15dB以下

(圖2-8)。

(a) (b)

圖2-6 放射性共振腔功率放大器的結構圖。 (a)上視圖 (b)下視圖

(r=23.5mm rp=18.4mm)

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(dB) S parameter

S11

(a)

(b)

圖2-9 共振腔內電場分佈圖。

(a)由激發源激發的電場分佈 (b)由任一輸出埠激發的電場分佈

由此輸入

由此輸入

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從圖2-9 (a)來看,從激發點會呈現圓形放射狀電場往外面擴散,所以到各輸

出埠時的電場值會相同。各輸出埠所獲得的功率一樣,形成一個均分的功率分配 器。因為各輸出埠到激發點距離相同,所以輸出時彼此之間不會產生相位差(圖 2-10),形成一個分配功率相同且各輸出埠相位也相同的功率分配器。

從圖2-9 (b)來看,在輸出埠半徑夠大的情況下,從任一輸出埠所打入的場會

由該輸出埠往中心擴散。此時,雖然與相鄰的各輸出埠比較近,但是因為主要擴 散的能量是往中間跑,造成各輸出埠彼此之間的隔離效果很好。使得這一個功率 分配器不容易因為輸出埠阻抗的不匹配而影響到其他各輸出埠。

2 2.2 2.4 2.6 2.8

Frequency(GHz) -200

-100 0 100 200

(deg)

Phase Ang21 Ang31

Ang41

Ang51 Ang61

Ang71

Ang81 Ang91

圖2-10 各輸出埠的相位

放射性共振腔功率分配器是以共振腔為主要結構,所以共振腔半徑決定工作 中心頻率。從圖 2-11 來看,我們可以發現當半徑越大的時候,形成的共振腔中 心頻率也就越低。並且由於以共振腔結構為主體的關係,會使得放射性共振腔功 率分配器會形成明顯的帶通效應。

取出訊號的位置也是很重要的。從圖 2-12 中我們可以發現,不同的取出訊 號半徑會影響到輸入訊號的能量大小,但是本身不太會改變放射性共振腔功率分 配器的共振頻率。所以在選擇一個適當的輸出訊號位置時,可以讓輸入的匹配性 越多。除了會影響輸入的匹配性外,選擇適當的位置也可以獲得較佳的輸出訊號 能量,圖 2-13 為改變取出訊號半徑的透射係數模擬圖。從圖中可以知道,當所 選的半徑有所改變的時候,獲得的能量會有所不同,所以必須慎選半徑。

我們接下來看選擇不同基板厚度對於結構的影響。從圖 2-14 可知,當選擇 基板厚度為 0.4mm 的時候,-10dB 損耗頻寬只有 50MHz;當基板厚度增加為

0.8mm 的時候,-10dB 損耗頻寬同時增加為 90MHz;當基板厚度增加為 1.6mm

的時候,-10dB損耗頻寬更近一步增加為180MHz。由此可知,基板板厚會影響

平面式放射性共振腔的頻寬。

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2 2.2 2.4 2.6 2.8 Freque ncy(GHz)

-16

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