Wilkinson功率合成器与IQ信号功率合成特性分析

Wilkinson功率合成器在同相合成时,两路等幅信号理想叠加,输出功率提升3dB。但IQ信号正交(相位差90°),其合成机制不同,理论解释如下:

正交矢量特性:IQ信号电压矢量正交,合成后幅值为

$$\sqrt{I^2 + Q^2},​$$

功率为

$$I^2 + Q^2, (功率线性叠加)$$

理论总功率应为单路2倍(+3dB)。

隔离电阻作用:Wilkinson合成器的隔离电阻在相位非一致时吸收反射功率。正交信号在合成点因相位差形成驻波,导致部分功率被电阻耗散,抵消叠加增益。

能量守恒:输入总功率

$$P_{\text{in}}=P_I + P_Q,$$

电阻耗散功率为

$$P_{\text{loss}} \approx P_Q​ (正交分量)$$

输出功率则为

$$P_{\text{out}} \approx P_I​,$$

故总功率不变。

结论:正交IQ信号经Wilkinson功率合成器时,隔离电阻耗散正交分量功率,导致输出功率保持单路水平,而非理论3dB增益。

💡 直观通俗解释

想象两个人在同一条路上推车:

  • 如果他们同时朝正前方推(同相),车子加速更快,总力量翻倍(+3dB);
  • 但如果一人向前推,一人向右推(正交90°),车子只会向前走,向右的力被“浪费”了;

Wilkinson功率合成器里的电阻就像“力吸收器”,正交信号中“横向”的功率会被电阻吃掉,只剩一路的功率有效输出,因此总功率不变。

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