摘 要：对全固态调频发射机分配器/合成器的类型、结构、特性阻抗和功率合成的理论及实现方法进行了阐述与分析，有助于对其深入了解，为设计、调试和维护提供思路。
关键词：分配/合成；特性阻抗；功率合成
全固态调频发射机具有模块化和运行稳定等优点，得到了广泛的应用。在调频这个系统中，分配与合成是核心，性能优良的分配器和合成器能够减小损耗，提高效率，降低功放的损坏率，从而保证设备的稳定运行，下面对其性能进行分析和讨论。
一、电路类型
调频机电路电器器件的实际尺寸（d）和工作信号的波长（λ）之间，不满足d≤λ的条件，所以其属于分布参数电路，这就决定了分配器和合成器也属于分布参数电路。
在研究时必须考虑电路元件参数的分布性，即电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。研究分布参数时，常以一（两）条平行导线 、且参数沿线均匀分布的传输线为对象（也叫均匀传输线）。这些参数是由导线所用的材料、截面的几何形状和尺寸、导线间的距离，以及导线周围的介质所决定。
二、电路特性
1.结构形式
①. 微带线式功率分配与合成，不存在吸收负载（或吸收功率较小），适于小功率的分配与合成。
②. 带状线式功率合成，适于较大功率的合成。
③. 同轴腔体式功率合成，适于大功率的合成。
2.主要指标
带宽： 87-108MHz
驻波比（阻抗）： λ≤1.1
插入损耗≤0.15dB（介质的损耗。材料不理想，驻波所带来的损耗） Ai = A - Ad
隔离度≥-26dB（定义为射频信号泄漏到其他端口的功率与主端口输入功率之比） Aij = 10Lg（Pi/Pj）
耦合度≥-3dB （定义为主端口输入功率P1与负端口输出功率P2之比的分贝数） C = 10Lg（P1/P2）
三、分配器的原理与特点
分配器是指将输入信号的功率分成相等（不相等）的几路输出的一种多端口微波网络。其分配是通过阻抗变换来实现的。
1. 分配器的原理
功率分配器是通过阻抗变换来实现的。在调频电路中，常用各种形式的阻抗变换器，其中，λ/4传输线阻抗变换器是最简单又最常用的一种。
1） λ/4传输线阻抗变换器
根据特性阻抗匹配原理有：Zin= Z201/R L，其中Zin为匹配后的输入阻抗，Z01为λ/4传输线特性阻抗，R L为负载阻抗，则有：Z1=，其长度为中心频率导引波长的1/4。
2）多阶梯阻抗变换器
为了适应带宽匹配的要求，可由λ/4阻抗变换器组合成多阶梯阻抗变换器。在多阶梯阻抗变换器中，各阻抗阶梯所产生的反射波彼此抵消，于是匹配的频率带宽得以扩展。
2. 分配器的类型与特点
分配器主要有以下几种常见类型，且特点鲜明。
1） 威尔金森分配器
功率二等分器，将射频信号分成大小相等，相位相同的两路。Z0是特性阻抗，λg是信号的波长，R是隔离电阻。
由于P1到P2和P3的线长相等，即U2=U3，又因为P2、P3的阻抗相等，同为Z0，所以P2=P3=P1/2。实际应用中常采用两路功率分配级联，即一分二，二分四，四分八等。
2） 3dB分配器
功率二等分器，采用3dB耦合分配原理将射频信号分成大小相等，相位相差90度的两路，其吸收负载安装在内部。（图4）
它有4个50Ω端口，输入端、输出端1、输出端2和隔离端。两个输出端幅度相等，相位相差90度。隔离端接50Ω负载。
3dB分配器一般用于小功率的分配（如将激励信号分配给两个前级功放），或两个激励器的主备切换，也可用作功率衰减器等。
3） 多路直接功率分配器
图5是 N路直接功率分配器，其各路隔离电阻相等，各阻抗变换结的阻抗值相等，将输入功率一次性N等分，即P1 = P2 = … = PN = P0/N，且相位相同。其阻抗变换结的阻抗值依输入阻抗和隔离电阻的阻值来计算，隔离电阻的功率依分配后功率 PN的大小来确定。
此电路常用于三/四路的功率分配。
4） 多路间接功率分配器
在实际应用中，常会遇到功率分配时先分配几个支路，各支路再进行分配的情况。
图7中，输入信号Z0二等分后，分成Z1和Z2两路。Z1支路三等分，Z2支路二等分（分支路数不等）。这时，Z1支路的三个阻抗变换结（Z3、Z4、Z5）的阻抗相等，Z2支路的两个阻抗变换结（Z6、Z7）的阻抗相等，但各路阻抗变换结阻抗的关系为：Z3=Z4=Z5≠Z6=Z7，由于输入阻抗和负载阻抗相等，所以分配后的功率同相且相等。
直接和间接功率分配方式适合于小功率的多路分配。
四、合成器的原理与特点
合成器的功能与分配器正好相反，即将N路相等（不相等）的功率合成为一路输出的微波网络。其合成也是通过阻抗变换来实现（与分配相同，只不过是其逆向），主要有以下几种常见类型：
1. 3dB合成器
采用3dB合成原理，将两路幅度相等，相位相差90度射频信号合成输出。其也有4个端口，隔离端外接50Ω负载。
其中，W为线宽，T为走线的铜皮厚度，H为走线到参考平面的距离，εr是PCB板材质的介电常数。此公式必须符合0.1﹤（W/H） ﹤2.0及1﹤（εr）﹤15。
微带线广泛应用于射频功率放大器的分配和合成，但功率较小。
2. 带状线式
带状线式与微带线相比，对于同种介质，其阻抗较小，有些损耗，但由于嵌在两层导体之间，故电场分布在两层导体之内，不会向外辐射能量，也不会受到外部辐射的干扰。
①.结构与原理
带状线式是一条置于两层接地金属板之间的金属带，金属带和接地金属板之间为空气或其他介质填充。
3. 同轴腔体式
同轴腔体的“同轴”是指线的各部分都在一个轴线上。其合成器的腔体为轴对称的径向辐射状结构，截面为方形。其具有隔离度高、工作频带宽、通路损耗低和输出功率大等特点。
① 结构与原理
德国R&S公司10kWFM机的3dB合成器是其典型代表。
结构：其内部是两条平行耦合的金属带，外壳是接地金属板，金属带和接地金属板之间为空气或其他介质填充。其中： W 为带状线导体的宽度；t为带状线导体的厚度；s为带状线之间的间距；b 为上下接地板之间的距离，εr是介质的介电常数。
同轴腔体合成器常用于大功率的合成，如10/20kW。
4.合成器的注意事项
在功率和成时，对合成器有下列要求：
① 合成器各端口之间要有较强的隔离特性，即隔离度≧26dB，当一路出现故障时，其余各路仍能正常工作。
② 由于趋肤效应，流过的电流集中在导体表面，故要求在导体表面镀银，以减小合成损耗。
③ 在一定带宽范围内，功率输出要平稳，幅度和相位变化不能太大，同时要保证阻抗匹配的要求。
④ 合成器的功率受两个因素制约，一是介质本身的击穿强度，其与峰值功率有关，要求导体的楞角要打磨光滑。二是介质本身所能承受的最高温度，这与平均功率有关，导体要有相应的厚度。
结束语：分配器和合成器是全固态调频发射机的核心，只有详细了解其原理和特点，会进行相关特性阻抗的计算和测试，才能保证设备的稳定性、实现安全播出。
参考文献
[1]《全固态调频立体声广播发射机操作维护与测试》 赵伟《中国广播电视出版社》
[2]《耦合带状线定向耦合器大功率合成器的设计》 王浩宁、许哲等《原子核物理评论》
