3dB定向耦合器在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)功率分配與合成的應(yīng)用

李 健 吳廷昊

（作者單位：廣西廣播電視技術(shù)中心欽州分中心）

3dB定向耦合器在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)功率分配與合成的應(yīng)用

李 健 吳廷昊

（作者單位：廣西廣播電視技術(shù)中心欽州分中心）

本文通過實(shí)例分析了3dB定向耦合器在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)功率分配與合成方面的應(yīng)用，介紹如何運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析儀對3dB定向耦合器構(gòu)成的功率分配，并對合成器主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了測試，。

3dB定向耦合器；調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)；功率分配與合成；網(wǎng)絡(luò)分析儀；相位分析

定向耦合器是一種具有方向性的功率分配器，它能從主傳輸線系統(tǒng)的正向波中按一定比例分出一部分功率，實(shí)現(xiàn)功率的分配與合成。3dB定向耦合器是一種特殊的定向耦合器，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)中。

1　3dB定向耦合器功率分配與合成工作原理

1.1功率分配

當(dāng)端口1的輸入信號功率為P、相位為0°（簡記為P∠0°）時(shí)，在耦合端口2得到的信號功率為?P，相位與端口1相同（簡記為?P∠0o）。在直通端4得到的信號功率為?P，相位比端口1滯后90o（簡記為?P∠-90o），實(shí)現(xiàn)了功率分配。端口3因能量相互抵消而無輸出。因?yàn)樵诙丝?輸入功率時(shí)，端口2和4分別得到輸入功率的一半（即功率下降3dB），所以稱3dB定向耦合器。各端口功率、相位關(guān)系如圖1所示。

圖1　3dB定向耦合器功率分配示意圖

1.2功率合成

當(dāng)端口1和3同時(shí)有功率相等的信號P輸入且端口3的信號相位比端口1滯后90o時(shí)（兩端口相差90o），在端口4得到的信號功率為2P∠-90o。而在端口2，由于兩路信號幅度相等，相位差180o互相抵消。各端口功率、相位關(guān)系如圖2所示。

圖2　3dB定向耦合器功率合成示意圖

2　3dB定向耦合器在調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)功率分配與合成的應(yīng)用

2.1應(yīng)用舉例

現(xiàn)以凱騰5kW全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)（如圖3）為例進(jìn)行說明。3dB定向耦合器主要應(yīng)用在1︰4分配器和4︰1合成器中。

圖3　5kW調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)原理框圖

在圖3中，激勵(lì)器輸出的射頻功率信號經(jīng)1︰4分配器輸出功率相同的四路信號后，分別接入功放1至功放4進(jìn)行功率放大（理想狀態(tài)為等幅同相放大），4路功放輸出信號通過4︰1合成器后合成為1路輸出，再經(jīng)定向耦合器后送至工器或天線。

1︰4功率分配器（如圖4）是將激勵(lì)器輸出的射頻信號經(jīng)1︰4分配成大小相等、相位不同的4路信號供給4個(gè)1.5kW功率放大器進(jìn)行放大。1︰4功率分配器內(nèi)共有3個(gè)3dB耦合器，第1個(gè)3dB耦合器將輸入信號分成2路，2路信號再各自經(jīng)過一個(gè)3dB耦合器，這樣就分成了4路輸出。3dB耦合器中的吸收負(fù)載安裝在分配器內(nèi)部。假設(shè)端口1的輸入信號為P∠0o，經(jīng)1︰4功率分配器后，各輸入、輸出端口功率和相位關(guān)系如圖4所示。

4︰1功率合成器（如圖5）是將4 路1.5kW功率放大器的輸出功率合成為1路功率輸出。因發(fā)射機(jī)末級功放輸出功率較大，在4︰1功率合成器內(nèi)的3個(gè)3dB耦合器的吸收負(fù)載，采用端口外接的方式，吸收負(fù)載帶散熱裝置。4︰1功率合成器的4個(gè)輸入端口不僅要求輸入功率大小相等，而且相位也有嚴(yán)格要求。假設(shè)合成器輸入端口1～4與分配器輸出端口1～4的功率、相位相對應(yīng)，經(jīng)4︰1合成器后，各輸入、輸出端口功率和相位關(guān)系如圖5所示。理想狀態(tài)下，合成器的功率輸出是其輸入端的4倍，相位與1︰4分配器相位相差180o。

圖4　1︰4功率分配器原理圖

圖5　4︰1功率合成器原理圖

2.2分配器、合成器主要指標(biāo)測試

主要技術(shù)指標(biāo)包括：插入損耗、相互隔離度、回波損耗。

測試儀器使用天津德力NA7100A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，插入損耗、相互隔離度、回波損耗可以在儀器屏幕上直接讀出。

網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻信號源發(fā)出掃頻信號，信號通過儀器輸出口送到待測件（分配器、合成器），信號通過待測件后，再經(jīng)儀器信號輸入口送回網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀對輸出和輸入信號進(jìn)行比較可得出待測設(shè)備的傳輸指標(biāo)，如插入損耗、隔離度。對輸出和反射信號進(jìn)行比較可得出待測設(shè)備的反射指標(biāo)，如回波損耗。

現(xiàn)以1︰4功率分配器指標(biāo)測試為例進(jìn)行說明，4︰1功率合成器指標(biāo)測試方法與此類似。

插入損耗和相互隔離度測試：將1︰4分配器的輸入、輸出端口與網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試端口1和2分別相連，其余3個(gè)端口接匹配負(fù)載，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的“傳輸測量”可得到1︰4分配器插入損耗讀數(shù)。更換不同的連接端口，就可以測試出4︰1合成器各端口的插入損耗、相互隔離度讀數(shù)。

回波損耗測試：將1︰4分配器的輸入端口與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試端口1相連，其余4個(gè)端口接匹配負(fù)載，使用儀器的“反射測量”可得到1︰4分配器回波損耗讀數(shù)。

3　結(jié)語

在調(diào)頻廣播發(fā)送系統(tǒng)的末級功放及大功率合成系統(tǒng)中，由3dB定向耦合器構(gòu)成的功率分配與合成器件發(fā)揮著重要作用。掌握3dB定向耦合器功率分配與合成工作原理及指標(biāo)的測試方法，對維護(hù)好調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)提供了很大幫助。

吳廷昊（1966-）,男，仫佬族，廣西河池市羅城仫佬族自治縣人，碩士學(xué)位，高級工程師。研究方向：廣播電視發(fā)送技術(shù)。

李?。?968-），女，漢族，廣西欽州市靈山縣人，大專學(xué)歷，助理工程師。研究方向：廣播電視發(fā)送技術(shù)。