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。