浅析微波电路的功能整合设计与应用

【摘要】随着无线通信系统多频化、宽频化、多功能及高集成化的发展，微波电路的功能整合性设计和应用成为关注焦点，要基于微波电路多频带、宽频带的工作特性，重点分析和探讨微波电路中的无源电路，运用相关的理论和技术设计多频带阻抗变换电路、功率分配器及功能融合射频耦合器，使之具有正确性和有效性。

【关键词】微波电路；功能整合；设计；应用

一、多频带多功能阻抗变换电路设计应用分析

在设计射频电路中要重点考虑和分析阻抗变换问题，由于传统的电路器件匹配是采用四分之一波长线实现阻抗变换，存在极其明显的缺陷，如无法适用于复数阻抗；难以适用于极端情形的阻抗；无法同时匹配不同频带不同阻抗的情形等。

（1）共时双频功率放大器的阻抗变换网络解析。利用计算机辅助程序和技术，可以简化共时双频功率放大器的阻抗匹配电路设计，获取实数到复数阻抗变换的解析公式和计算结果，使处于1GHz频带和2.3GHz频带上的反射系数、负载相匹配，正确有效地进行匹配电路的设计。

（2）极限复数阻抗的多频带阻抗变换网络解析。在新型的多频带阻抗匹配器设计之中，可以实现多个频带上的阻抗变换，引入先进的阶梯形传输线网络电路，较好地支持和适用变换极低和极高的复数阻抗。同时，在这种新型的多频带阻抗匹配器设计中，各端口间无须导体相连接，体现出其内在的直流阻隔功能。

二、多频带、宽频带功能整合功率分配器的设计应用分析

在微波射频系统的功率分配器设计中，要顺应射频微波系统多频化、宽带化、多模化、多功能整合的特点，设计具有多频、宽频、滤波、阻抗变换、直流阻隔、性能可调的功率分配器。

（1）集成阻抗变换功能的小型化耦合线功率分配器分析。这是一种新型、具有内在阻抗变换功能的功率分配器，无须外接阻抗变换器即可实现两个端口的阻抗变换。同时，在设计中考虑到耦合线的耦合度限制因素，要注重选取最小的电长度，合理确定电路的最小尺寸，尽量缩减电路尺寸，使功率分配器在带宽优化的同时，实现小型化设计。

（2）集成阻抗变换功能的双频带滤波反相功率分配器分析。这是一种用于平衡和非平衡信号转换的器件，采用非对称三层PCB结构，引入双频带谐振器和导纳逆变器，体现出良好的输出隔离特性，并具有输出端口的反相特点。在双频带滤波反相功率分配器的电路设计中，包括有微带线、隔离电阻、双面平行带线输入馈电端口等部分，并在介质板中间插入接地面，获得反相的输出信号，体现其反相输出的特性。

（3）多功能整合的功率分配器分析。可以设计和应用新型、结构简单、多功能整合的功率分配器，实现带宽为6%、带外抑制大于-15dB窄带滤波响应，较好地适用于窄带滤波场景。同时，在设计中要使功率分配器的输出端口大于200%，并实现不低于15dB的隔离，从而较好地实现窄带高频选滤波、输入输出阻抗变换、内在直流阻隔及接地、超宽带输出阻隔、高功率等多种功能。

（4）超宽带滤波功率分配器分析。传统功率分配器受限于带宽条件，无法适用于超宽带系统，为此要设计具有宽带化、多功能化、集成化的超宽带滤波功率分配器，采用功率分配器和滤波器整合设计的策略，实现各器件的功能集成和整合。具体设计方法为，将横向信号干扰单元嵌入到功率分配器，并引入额外的传输零点和传输极点，增加功率分配器的回转损耗带宽，并较好地响应陡峭的频率。同时，还要引入RLC隔离网络，提升功率分配器的隔离带宽。在设计中要考虑和分析相关的调谐参数，如传输极点、带内回转损耗、输出匹配和隔离度等。

（5）频带可调功率分配器。可以在功率分配器设计中引入可调电容器，有效调节电容器的偏压，使之具有频带可调性，并具有集成复数阻抗变换功能，实现频变端口阻抗的有效匹配。在频带可调功率分配器的电路设计中，包括有耦合线、隔离电阻、可变电容等构件，以满足功率分配器频带可调的特性。

三、多频带、宽频带功能整合耦合器的设计应用分析

耦合器是微波射频电路系统的重要构成器件，由不同功能的耦合器实现对输入信号的处理和输出，并使输出信号的幅度和相位具有一定的内在关联性。传统的分支线、耦合线暴露出滞后性，要设计和分析多频带、宽频带的功能整合耦合器，使之满足微波射频系统的宽带、多频、多功能化需求。

（1）双频带耦合线正交耦合器设计分析。可以设计基于耦合线的双频带耦合器，能够灵活地设置双频带频率比，使之具有双频带和任意功率分配特性。并在耦合线的引入设计条件下，收缩导体间隙，使电路设计更具紧凑性。

（2）窄带滤波环形耦合器分析。为了满足高功率及窄带的应用场景，可以采用基于介质谐振器的環形耦合器，形成立体结构的耦合器，具有良好的窄带滤波功能。

四、结语

综上所述，基于多频带、宽频带、多模式、多功能的微波射频系统的需求，要设计功能整合的微波电路，转变传统微波电路单频带、集成度低、功能狭窄的缺陷，合理设计功率分配器、耦合器，提升微波电路的优化性能。

参考文献

[1]张博.滤波微波器件基础理论及技术研究[D].北京：北京邮电大学，2018.

[2]郝文慧.基于微波光子学的宽带射频信道化接收技术研究[D].北京：北京邮电大学，2018.

作者简介：谢标（1986.01—），男，汉族，江苏盐城人，本科，助理工程师，研究方向：微波电路。