3dB定向耦合器在调频广播发射机功率分配与合成的应用

2016-10-14吴廷昊

西部广播电视 2016年8期

关键词：分配器调频发射机

李健吴廷昊

（作者单位：广西广播电视技术中心钦州分中心）

3dB定向耦合器在调频广播发射机功率分配与合成的应用

李健吴廷昊

（作者单位：广西广播电视技术中心钦州分中心）

本文通过实例分析了3dB定向耦合器在调频广播发射机功率分配与合成方面的应用，介绍如何运用网络分析仪对3dB定向耦合器构成的功率分配，并对合成器主要技术指标进行了测试，。

3dB定向耦合器；调频广播发射机；功率分配与合成；网络分析仪；相位分析

定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器，它能从主传输线系统的正向波中按一定比例分出一部分功率，实现功率的分配与合成。3dB定向耦合器是一种特殊的定向耦合器，因其具有结构简单、性能稳定等特点，被广泛应用在全固态调频广播发射机中。

1　3dB定向耦合器功率分配与合成工作原理

1.1功率分配

当端口1的输入信号功率为P、相位为0°（简记为P∠0°）时，在耦合端口2得到的信号功率为½P，相位与端口1相同（简记为½P∠0º）。在直通端4得到的信号功率为½P，相位比端口1滞后90º（简记为½P∠-90º），实现了功率分配。端口3因能量相互抵消而无输出。因为在端口1输入功率时，端口2和4分别得到输入功率的一半（即功率下降3dB），所以称3dB定向耦合器。各端口功率、相位关系如图1所示。

图1　3dB定向耦合器功率分配示意图

1.2功率合成

当端口1和3同时有功率相等的信号P输入且端口3的信号相位比端口1滞后90º时（两端口相差90º），在端口4得到的信号功率为2P∠-90º。而在端口2，由于两路信号幅度相等，相位差180º互相抵消。各端口功率、相位关系如图2所示。

图2　3dB定向耦合器功率合成示意图

2　3dB定向耦合器在调频广播发射机功率分配与合成的应用

2.1应用举例

现以凯腾5kW全固态调频发射机（如图3）为例进行说明。3dB定向耦合器主要应用在1︰4分配器和4︰1合成器中。

图3　5kW调频广播发射机原理框图

在图3中，激励器输出的射频功率信号经1︰4分配器输出功率相同的四路信号后，分别接入功放1至功放4进行功率放大（理想状态为等幅同相放大），4路功放输出信号通过4︰1合成器后合成为1路输出，再经定向耦合器后送至工器或天线。

1︰4功率分配器（如图4）是将激励器输出的射频信号经1︰4分配成大小相等、相位不同的4路信号供给4个1.5kW功率放大器进行放大。1︰4功率分配器内共有3个3dB耦合器，第1个3dB耦合器将输入信号分成2路，2路信号再各自经过一个3dB耦合器，这样就分成了4路输出。3dB耦合器中的吸收负载安装在分配器内部。假设端口1的输入信号为P∠0º，经1︰4功率分配器后，各输入、输出端口功率和相位关系如图4所示。

4︰1功率合成器（如图5）是将4 路1.5kW功率放大器的输出功率合成为1路功率输出。因发射机末级功放输出功率较大，在4︰1功率合成器内的3个3dB耦合器的吸收负载，采用端口外接的方式，吸收负载带散热装置。4︰1功率合成器的4个输入端口不仅要求输入功率大小相等，而且相位也有严格要求。假设合成器输入端口1～4与分配器输出端口1～4的功率、相位相对应，经4︰1合成器后，各输入、输出端口功率和相位关系如图5所示。理想状态下，合成器的功率输出是其输入端的4倍，相位与1︰4分配器相位相差180º。