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宽带仿真阵列及其馈送网络的新设计
作者Daniel D. Harty
论文提交给WORCESTER POLYTECHNIC学院的部分
满足电气和计算机工程科学硕士学位要求
2010年12月17日
审核者：
Sergey Makarov
论文联合顾问
欧洲经委会
FrancescaSciregrave;Scappuzzo
论文联合顾问
物理科学公司
Reinhold Ludwig
论文委员会
欧洲经委会
Angelo Puzella
论文委员会
雷神公司
摘要
在本论文中，重点在于单独地在阵列系统内的馈电网络的设计，制造和测试。 阵列馈电网络是使用具有独特拓扑结构的微带形式的常规威尔金森功率分配器的等分裂，分级多个部分的公司馈电类型。 馈电网络被专门设计用于宽边相对小的线性极化宽带UHF非扫描阵列，用于使用具有新的体积肋状物偶极配置的阵列辐射器的定向功率应用。 该阵列在宽频带上具有大的阻抗带宽和一致的前瓣增益。 介绍和讨论描述阵列馈电网络和阵列的性能的理论和实验结果。
致谢
我首先感谢我的家人多年来在我来到WPI前后对我的教育支持，Sergey Makarov教授无数的学术和专业指导，物理科学公司的FrancescaSciregrave;Scappuzzo博士为我提供这个机会，并一路支持我，感谢Reinhold Ludwig教授的学术支持，Angelo Puzella先生的时间和专业知识，和Vishwanath Iyer博士大量的鼓励和建议。
确认支持和免责声明
该材料基于美国陆军和物理科学公司（PSI）在合同号W15QKN-08-C-0493下支持的工作。 在本材料中表达的任何意见，结论或建议仅代表作者个人的观点，并不一定反映美国陆军或PSI的意见。
4.威尔金森分频器理论
4.1传输线电路
威尔金森功率分配器是一个三端口网络，当输出端口匹配时是无损的; 其中仅消耗反射功率。 输入功率可以分成两个多个具有相同幅度的同相信号。使用具有Z的特性阻抗和2Z的集总隔离电阻的所有三个端口匹配的阻抗变压器的双向Wilkinson分频器，获得输出端口之间的高隔离度。等分（3 dB）Wilkinson的设计通常采用带状线或微带线形式; 本论文中所考虑的所有设计都是微带，如下图所示。1（a）等效传输线电路如图1所示。1（b）
图： 1：Wilkinson功率分配器。 （a）以微带形式的等分Wilkinson功率分配器。 （b）等效传输线电路。
中心频率为0.75GHz和Z = 50Omega;的隔离电阻器设计要求为2Z = 100Omega;，四分之一lambda;传输线分路部分的阻抗为Z = 70.7Omega;。
4.2散射参数的推导
威尔金森功率分配器的S参数矩阵可以使用偶数奇模分析，其使用电路对称和叠加。 作为第一步骤， 图1（b）重新绘制所有阻抗归一化为字符阻抗Z，并重绘为如图2所示。
图2：取自Wilkinson功率分配器电路的归一化和对称形式。
在r / 2电阻器之间没有电流流动或者在端口1处的两个传输线的输入之间短路。因此，上述电路可以被平分并分成两个系统，即偶数和奇数（图3（a） 和（b））。 然后可以单独分析每个系统。
图3： 图2电路的一部分。 （a）偶模激发。 （b）奇模激励。
4.2.1偶模式分析
首先，图1中的电路的端口2处的输入阻抗。 检查图3（a），其中Z =
然后找到端口2和端口1的电压
4.2.2奇模式分析
图3（b）再次找到图2端口处的输入阻抗。
端口2和端口1的电压为
下面在图1中所示的电路中的S11。 使用图4（a）和其二等分（b）。
图 4：分析Wilkinson分频器找到S11。 （a）终止Wilkinson分频器。 （b）把（a）中电路的二等分。
当端口2和3以匹配的负载端接时，没有电流流过归一化隔离电阻器，并且可以移除。 然后在端口1处的输入阻抗
4.2.3散射参数摘要
因此，S参数是：
因此，S矩阵可以写为：
4.3品质因数
Wilkinson分配器/耦合器的性能通常由以下品质因数评估
4.4等分分频器的频率响应
等分的Wilkinson分频器的频率响应如下图5所示。在上一节中讨论的品质因数示出在0.5至1GHz的频带，回波损耗，隔离和耦合。
图 5：等分分离Wilkinson功率分配器的频率响应。
上述图是在Agilent ADS中使用理想传输线组件产生的，用于对Wilkinson分频器建模。 在0.5-1 GHz频带上的频率响应具有-3dB耦合以及在中心频率处接近负无穷大的回波损耗和隔离，其与先前导出的Wilkinson S矩阵一致。
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