等分威尔金森功分器的设计
摘要
本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端
口的回波损耗：C
11>20dB，频带内的插入损耗：C
21
<3.1dB,C
31
<3.1dB，两个输出端
口间的隔离度：C
23
>25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。
关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化
ABSTRACT
In this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required.
Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization
目录
第1章引言 (1)
1.1 功分器的发展概述 (1)
1.2本次设计的主要工作 (3)
第2章功分器的技术基础 (4)
2.1基本工作原理 (4)
2.2 功分器的技术指标 (6)
第3章 ADS介绍 (8)
3.1 ADS发展概述 (8)
3.2 ADS 的仿真设计方法 (9)
3.3 ADS的辅助设计功能 (10)
3.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接 (15)
3.5 ADS应用结论 (15)
第4章功分器的原理图设计、仿真与优化 (16)
4.1等分威尔金森功分器的设计指标 (16)
4.2建立工程与设计原理图 (16)
4.3基本参数设置 (16)
4.4功分器原理图仿真 (19)
4.5功分器的电路参数的优化 (26)
第5章功分器版图的生成与仿真 (28)
5.1功分器版图的生成 (28)
5.2功分器版图的仿真 (34)
第6章结论 (37)
参考文献 (38)
致谢 (35)
外文资料原文 (36)
译文 (44)
主要符号表
1P ...................................................1端口的输入功率 2P ...................................................2端口的输出功率 3P ...................................................3端口的输出功率 0Z ..................................................输入端口特性阻抗 02Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 03Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 2R .................................................2端口接的负载电阻 3R .................................................3端口接的负载电阻 2U .....................................................2端口输入电压 3U .....................................................3端口输入电压 2in Z ....................................................2端口输入阻抗 3in Z ....................................................3端口输入阻抗 r P ..........................................................反射功率 i P ..........................................................入射功率
11S .....................................端口2匹配时，端口1的反射系数 21S .........................端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数 31S .........................端口3匹配时，端口1到端口3的正向传输系数 11C ..........................................................回波损耗 21C ..........................................................插入损耗 31C ..........................................................插入损耗 23C ...........................................................隔离度
第1章引言
1.1 功分器的发展概述
功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达、多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。
对于高效率应用场合，对功率分配器的主要要求是：
插损较小，各路幅度和相位一致性要好，以保证较高的分配与合成效率；
两支路之间的隔离度要好，平滑度高，当其中的一路出现故障时不至于影响另一路的正常工作或影响很小，以提高设备的安全系数和可靠性；
宽频带，即在超宽的频带内达到所要求的性能；
电路形式简单，容易调整，且体积小，以便于设备的小型化和实现批量生产；
有足够的功率容量，以满足大功率分配合成的需要。
当功率分配/合成器的工作频率较低时，其理论分析与实际研制都能达到较高的效果，但随着频率升高，特别是在10GHz以上，则会带来许多的问题：要求加工精度更高，微带线的损耗增加，微带不连续模型不够精确，隔离电阻尺寸可以与波长相比拟，不再是一个纯电阻，且波长变短使分配/合成器的体积减小带来微带间的耦合等等。
随着我国军事装备发展的突飞猛进，对频率高端，尤其是2GHz～10GHz宽频带内高可靠微波功分器的应用也越来越广，需求量迅猛增加。特别是在微波测量和电子对抗系统中，为提高装备的实用性和多信号捕捉能力，往往选用宽带体制来作为系统方案，此时对功分器提出了全频带带宽覆盖的要求。
功分器是微波接收、发射及频率合成系统中不可缺少的部件，无论是微波通信、雷达、遥控遥感、电子侦测、电子对抗还是微波测量系统中，都有将信号等功率分配的要求，讲信号等功率分配为多路，再分别进行处理，是非常普遍的应用。在发射系统中，将功分器反转使用，就是功率合成器，在中、大功率发射源中，对整个系统性能有着重要的影响。尤其是在多通道侧向系统中，更是决定着系统性能的关键部件，对幅度的一致性、相位的一致性指标有着严格的要求，这样才能保证系统的测量精度。
微波功分器除了幅度、相位一致性要求外，对功分器的插入损耗还有着较高
的要求，以避免过大的损耗降低信号强度。同时，为保证各路之间的不受串扰的影响，隔离度指标也相当的重要，在微波测量系统中尤其如此。此外，在微波发射源中作为微波功率合成器使用时，对微波功分器的承受功率还有更高的要求。
近年来随着我国国民经济和科学技术的发展，电子信息尤其是无线通信日新月异，3G还没普及，4G已经崭露头角，功率分配器不仅应用在射频功率的分配和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中，采用阵列天线的技术是提高探测距离是较为理想的选择，阵列天线的关键技术——功分器的研制就相当重要。无线电发射设备中，为了保证足够远的传输距离，待传输信号须经过一系列的功率放大直至获得足够大的功率再送至发射天线。采用功率合成技术将多路固态器件输出功率进行同向叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。
随着无线通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化低功耗的高频电子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。单波传输使得系统的增益达不到实际的要求，从而必须实现多波传输，也就是将功率进行分配，即产生了功率分配器，简单功分器。本文设计仿真的是最简单最经典的威尔金森功分器，在射频电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量，而微带功分器在实践应用中显得更为突出。
随着我国军事装备的迅猛发展，对功分器的带宽覆盖提出了更高的要求。在全频带范围内，要满足功分器的各项性能指标，具有相当大的难度。目前，国内能够生产此类宽带微波功分器的单位不多，一般均为研制配套件或根据用户定制少量生产，未构成产品系列，其结果是研制周期长、成本高、实用性不强。
微波功分器的产品从上世纪70年代国外就早已有之，早期产品多用于微带线威尔金森结构，基本属于窄带应用，经过四十多年的发展，随着工艺水平的提高和传输线理论的进一步完善，在该领域已经有了很大的突破。目前，国外的产品以PULSAR、NADAR、Merrimac、TMI、M/ACOM、MCS等公司为代表，已经形成了从窄带到快带，从双路到多路的完整的产品线，其中以PULSAR的公司的产品以产品齐全，质优面广著称。PULSAR的快带微波功分器产品主要以带状线工艺为主，可以提供较高的性能指标。
国内生产微波功分器的厂家主要有亚光厂和泰格微电子研究所，尤其是亚光厂在该领域已经有较为齐全的产品系列，占据了国内很大一部分军品市场。已经研制出了YGG系列产品采用SMA阴头结构，是国外产品的主流封装形式，采用了单节或多节微带线Wilkinson结构，基本上为窄带和倍频程产品，已大批供应市场。但目前的产品主要根据用户要求定制，系统化、标准化程度还不够高，可靠性也还需加强，电性能指标也还有继续提高的余地，同时在产品上还应向宽频带
高隔离、低损耗的方向发展，并解决由此产生的各种工艺问题。
1.2本次设计的主要工作
本文主要讨论关于等分威尔金森功分器的设计仿真过程，具体工作包括以下几部分：
（1）查阅书籍，了解功分器的基本原理；
（2）根据功分器的设计指标，利用ADS进行功分器原理图的设计、仿真与优化；
（3）由于原理图仿真和实际误差较大，需要进一步采用矩量法进行功分器版图的仿真；
第2章 功分器的技术基础
2.1基本工作原理
功率分配器可以等效为将输入功率分成相等或不相等的几路输出功率的一
种多端口微波网络。在理想情况下，功率分配器各输出端口的输出功率之和等于输入端口功率。但实际上，由于功率分配器的存在损耗，各个输出端口输出信号的幅度和相位不可能完全一致，这就会造成输出各路功率比理想情况要小，也就是说输出端口的输出功率之和小于输入端口的输入功率。因此，在设计功率分配器时一定要做到个输出端口输出信号幅度和相位一致性高，损耗小；并且各端口间应当具有足够的隔离作用，使得各路互不影响。
功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入频率为1P ，而其它两
个输出端的输出功率分别为2P 及3P 。理论上，由能量守恒定律可知321P P P +=。若32P P =并以毫瓦分贝()dbm 来表示三端口之间的关系，则可以写成：()()()db dbm P dbm P dbm P 3132-==
当然32P P 并不一定要等于,只是相等的情况下最常使用在电路中。因此，功
率分配器大致上可分为等分型()32P P =及比例型()32KP P =两种类型。
威尔金森功分器的功能就是将输入信号等分或不等分地分配到各个输出端
口，并保持相同的输出相位。环形器虽然有相似功能，但威尔金森功率分配器在应用上具有更宽的带宽。
微带型威尔金森功分器的电路图结构如图2-1所示。其中，输入端口特性
阻抗为0Z ；两段分支微带线电长度为4λ，特性阻抗分别为02Z 和03Z ,终端分别接负载2R 和3R 。
图2-1 功分器的电路结构
功分器各个端口特性如下:
·端口1无反射
·端口2和端口3输出电压相等且同相
·端口2、端口3输出功率比值为任意指定值21k
由这些条件可以确定02Z ,03Z 及2R ,3R 的值。
由于端口“2”，“3”的输出功率和输入电压的关系为
222221R U P = 3
23321R U P = （2-1） 因为 232P P k =
, （2-2） 则 3
23222222R U k R U = （2-3） 又因为 32U U = （2-4）
可得 322R k R = （2-5）
若取 02kZ R = （2-6）
则 k
Z R 03= （2-7） 由条件端口1无反射，即要求由2in Z 与3in Z 并联而成的总输入阻抗等于0Z 。由于在中心频率处2πθ=，则2022R Z Z in =,3
033R Z Z in =,均为纯电阻，所以
032111Z Z Z in in =+ （2-8）
如以输入电阻表示功率比，则 2202232
0323321k Z R R Z Z Z P P in in === （2-9）
联立（2-8）、（2-9）可解得：
()20021k k Z Z += ()3
2
0031k k Z Z += （2-10） 由于2U 和3U 等幅、同相，故在端口“2”，“3”间跨接一电阻R 并不影
响功分器的性能。但当“2”，“3”两端口外接负载不等于2R ,3R 时，来自负载的反射功率便分别由“2”，“3”两端口输入，此时该三端口网络变为—功率合成器。为使“2”，“3”端口彼此隔离，须在期间加一吸收电阻R 起隔离作用。
隔离电阻的值为
??? ?
?+=k k Z R 10 （2-11） 隔离电阻R 通常用镍镉合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。当1=k 时，
上面的结果化为功率等分情况。还可以看出，输出线是阻抗02kZ R =和k Z R 03=匹配的，而不与阻抗0Z 匹配。
2.2 功分器的技术指标
1.输入端口的回波损耗
输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率r P 和输入功率i P 之比来
计算：
11112010S Log P P Log C i
r -=???? ??-=
2.插入损耗 输入端口的出入损耗根据输出端口的输出功率与输入端口1的输入功率i
P 之比来计算：
212212010S Log P P Log C i -=???
? ??-= 313312010S Log P P Log C i -=???
? ??-= 3.输出端口间的隔离度
输出端口2和输出端口3间的隔离度根据输出端口2的输出功率2P 和输出
端口3的输出功率3P 之比来计算：
312132232010S S Log P P Log C -=???
? ??-= 4.功分比
当其他端口无反射时，功分比根据输出端口3的输出功率3P 与输出端口2
的输出功率2P 之比来计算：
2
32P P k = 5.相位平滑度
在做功率合成应用时，功分器输出端口的相位平滑度直接影响功率合成的效
率。
第3章 ADS介绍
3.1 ADS发展概述
现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期却越来越短，传统的设计方法已经不能满足微波电路设计的需要，使用微波EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
目前主流的电磁仿真软件主要基于以下三种方法：
距量法()
MoM:ADS、Ansoft Designer、Microwave Office
有限元法()
FEM:Ansoft HFSS、ANSYS、EMDS
时域有限差分法()
FDTD:CST Microwave Studio
目前，国外各种商业化的射频和微波EDA软件工具不断涌现，首推的是Agilent公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS Designer软件。ADS(Advanced Design System),是美国安捷伦（Agilent）公司所开发的电子设计自动化软件，功能强大，仿真手段丰富多样，包含时域电路仿真（SPICE-Like simulation）、频域电路仿真（Harmonic Balance、Linear Analysis）、三维电磁仿真（EM Simulation）、通信系统仿真（Communication System Simulation）和数字信号处理仿真设计（DSP）等，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。ADS 软件支持射频和为微波色设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC,是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件。ADS软件版本有ADS2009、ADS2008、ADS2005A、ADS2004A等。
此外，Agilent公司还和多家半导体厂商合作建立了ADS Design Kit及Model File,以供设计人员使用。使用者可以利用Design Kit及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估及MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计。除了上述仿真设计外，ADS软件也提供了辅助设计功能，如Design Guide以范例及指令方式示范电路活系统的设计流程，而Simulation Wizard 以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能与其他EDA软件，如SPICE Mentor Graphics的Modelsim Cadence的NC-Verilog、Mathwokes的Matlab等进行协同仿真（Co-Simulation）
再加上丰富的元件应用模型库及测量/验证仪器间的连接功能，大大增加了电路与系统设计的方便性，快速性与精确性。
3.2 ADS 的仿真设计方法
ADS软件可以帮助电路设计者进行模拟、射频与微波等电路和通信系统设计，其提供仿真分析方法大致可以分为：时域仿真、频域仿真、系统仿真和电磁仿真。
3.2.1.高频SPICE分析和卷积分析
高频SPICE分析方法提供如SPICE仿真器相同的瞬态分析，用它可分析线性和非线性电路的瞬态效应。但是与SPICE仿真相比，它又有很多优点，例如，在SPICE仿真器中无法直接使用的频域分析模型，如微带线、带状线，可以在ADS的SPICE高频仿真器中直接使用。这是因为ADS在仿真时可以将频域分析模型进行拉氏变化后再进行瞬态分析，而不需要使用者将该模型转化为等效的RLC 电路。因此SPICE高频仿真器除了可以做低频电路的瞬态分析，也可以分析高频电路的瞬态分析，此外SPICE高频仿真器还可以提供瞬态噪声分析的功能，可以在用来仿真电路的瞬态噪声，如振荡器或锁相环的jitter。
卷积分析方法是架构在SPICE高频仿真器上的高级时域分析方法，由卷积分析可以更加准确地用时域的方法分析与频率相关的软件。例如，以S参数定义的元件、传输线和微带线等。
3．2.2.线性分析
线性分析为频域的电路仿真方法，可以对线性或非线性的射频与微波电路进行线性分析。当进行线性分析时，软件首先会先针对电路中的每个元件计算所需的线性参数，如S、Z、Y和H参数，电路阻抗、噪声、反射系数、稳定系数、增益或损耗等，然后再进行整个电路的分析和仿真。
3．2.3.射频电路分析
射频系统分析方法可以让使用者模拟评估系统特性，其中系统的电路模型可以使用行为级模型外，也可以使用元件电路模型进行响应验证。射频系统仿真分析包含了上面介绍的线性分析，谐波平衡分析和电路网络分析等各种分析手段，它们分别来验证射频系统的无源元件和线性化系统模型特性、非线性系统模型和具有数字调频信号的系统特性。
3.2.
4.电磁仿真分析（Momentum）
ADS软件提供了一个平面电磁仿真分析功能——Momentun，它可以用来仿真微带线、带状线和共面波导的电磁特性，天线的辐射特性，以及电路板上的寄生、耦合效应。所分析的S参数结果可直接用于谐波平衡和电路包络等电路分析中，进行电路设计和验证。
3.3 ADS的辅助设计功能
ADS软件除了上述的仿真分析功能外，还包含其他辅助设计功能以增加使用者使用的方便性，同时提高电路设计效率。
3.3.1.设计指南(Design Guide)
设计指南以范例与指令的说明示范电路设计的设计流程，使用者可以利用这些范例与指令，学习如何利用ADS软件高效地进行电路设计。目前ADS所提供的设计指南包括：WLAN设计指南、Bluetooth指南、CDMA2000设计指南、RF System 设计指南、Mixer设计指南、Oscillator设计指南、Passive Circuits设计指南、Phased Locked Loop设计指南、Amplifier设计指南和Filter设计指南。吃了使用ADS自带的设计指南外，使用者也可以通过软件中的Design Guide Developer Studio 建立自己的设计指南。
3.3.2.仿真向导（Simulation Wizard）
仿真向导提供step-by-step的设定界面工设计人员进行电路分析与设计，使用者可以利用图形化界面设定所需验证的电路响应模型。ADS提供的仿真向导包括：元件特性（Device Characterization）、放大器（Amplifier）、混频器（Mixer）和线性电路（Linear Circuit）。
3.3.3.仿真结果显示模板（Simulation & Data Display Template）
为了增加仿真分析的方便性，ADS软件提供了仿真模板功能，它让使用者可以将经常重复使用的仿真设定（如仿真控制器、电压电流源、变量参数设定等）制定成一个模板直接使用，避免了重复设定所需的时间和步骤。结果显示模板也具有相同的功能，使用者可以将经常使用的绘图或列表格式制成模板以减少重复设定所需的时间。除了使用者自行建立的模板外，ADS软件也提供了标准的仿真与结果显示模板以供利用。
3.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接
由于现今电路设计的复杂庞大，每个EDA软件在整个系统设计中均扮演不同的角色，其主要功能和侧重点不同。因此，软件与软件之间、软件和硬件之间、软件和元件商之间的沟通与连接也成为设计中不可忽视的组成部分。ADS软件按提供了丰富的接口，它能方便地与其他设计验证软件和硬件进行连接。
3.4.1.SPICE电路转换器（SPICE Netlist Translator）
SPICE电路转换器可以将由Cadence、Specter、PSPICE、HSPICE及Berkeley SPICE 所产生的电路图转换成ADS格式的电路图进行仿真分析：另外也可以将由ADS产生的电路图转换成SPICE格式的电路图，做布局与电路结构检查(LVS,Layout Versus Schematic Checking)、布局寄生抽取(Layout Parasitic Extraction)等验证。
3.4.2.电路与布局文件格式转换器(IFF Schematic and Layout Translator)
电路与布局文件格式转换器是使用者与其他EDA软件连接沟通的桥梁，可以将不同的EDA软件所产生的文件转换成ADS可以使用的文件格式。
3.5 ADS应用结论
随着电路结构的日趋复杂和工作频率的提高，在电路与系统设计的流程中，EDA软件已经成为不可缺少的工具。ADS软件所提供的仿真分析方法的速度、准确与方便性显得十分重要，此外该软件与其他EDA软件以及测量仪器的连接，也是现在的庞大设计流程所必须具备的功能之一。Agilent公司推出的ADS软件以其强大的功能成为现今国内各大学和研究所使用最多的软件之一。
第4章功分器的原理图设计、仿真与优化
本论文用ADS软件设计一个等分威尔金森功分器，并根据给定的指标对其性能参数进行优化仿真。
4.1等分威尔金森功分器的设计指标
等分威尔金森功分器的设计指标：
频率范围：0.9～1.1GHz
频带内输入端口的回波损耗：C
11
>20dB
频带内的插入损耗：C
21<3.1dB,C
31
<3.1dB
两个输出端口间的隔离度：C
23
>25dB
4.2建立工程与设计原理图
4.21.建立工程
（1）运行ADS2008，打开ADS2008主窗口。
（2）执行菜单命令【File】→【New Project】,弹出“New Project”对话框，新建工程“equai_divider”,如图4-1所示。
（3）单击【OK】按钮，弹出原理图设计窗口和原理图设计向导，在原理图设计向导中选择“No help needed”再单击【Finish】按钮打开原理图设计窗口。
图4-1 新工程窗口
4.22.设计原理图
（1）在原理图设计窗口元件面板下拉列表中选择“TLines-Microstrip”元件库，打开微带元件面板，如图4-2所示。
图4-2 “TLines-Microstrip”元件库
（2）原理图设计窗口左边的微带线器件面板中有各种微带电路元件，本设计用到的元件如下：
①：MLIN，一般微带线
②：Mcurve，弧形微带线
③：MTEE，微带T型结
④：MSUB，微带基片
⑤：TFR，薄膜电阻
（3）设计输入端口电路，输入端口的电路连接如图4-3所示。
图4-3 输入端口连接图
（4）设计阻抗变换电路，四分之一波长阻抗变化线部分的连接如图4-4 所示。其中，薄膜电阻TFR为两路分支线之间的隔离电阻，用来增加两个输出端口之间的隔离度。
图4-4 阻抗变化部分连接图
（5）设计输出端口电路，两输出端口的电路为对称的，如图4-5和4-6所示。
图4-5 功分器的上支线
图4-6 功分器的下支线
（6）把输入端口电路，阻抗变换电路和输出端口电路用导线连接在一起，就构成了一个完整的微带型威尔金森功分器，如图4-7所示。
图4-7 微带型威尔金森功分器的电路原理图
4.3基本参数设置
（1）在微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB（微带基板），插入原理图中。
（2）双击原理图中的“MUSB”控件，然后再弹出的对话框中设置参数，如图4-8 所示。
①H=0.8 mm，表示微带线介质基片厚度为0.8mm
②Er=4.3 mm，表示微带线介质基片的相对介电常数为4.3
③ Mur=1，表示微带线介质基片的相对磁导率为1
④ Cond=5.88E+7，表示微带线金属片得电导率5.88E+7
功分器的设计原理
设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法 拟制： 审核： 会签： 批准： 二00六年一月
微带功率分配器设计方法 1. 功率分配器论述： 1.1定义： 功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。 1.2分类： 1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。 1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。 1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。 1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。 1.3概述： 常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下： （1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。 2．设计原理： 2.1分配原理： 微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。 图1：一分二功分器示意图 在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。 2.2阶梯阻抗变换： 在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。其中最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图2）。它
【原创】南京邮电大学 课程设计 Wilkinson(威尔金森)功分器的设计
南京邮电大学电子科学与工程学院电磁场与无线技术Wilkinson功分器 课题报告 课题名称 Wilkinson功分器 学院电子科学与工程学院 专业电磁场与无线技术 班级 组长 组员 开课时间 2012/2013学年第一学期
一、课题名称 Wilkinson（威尔金森）功分器的设计 二、课题任务 运用功分器设计原理，利用HFSS软件设计一个Wilkinson功分器，中心工作频率3.0GHz。 ?基本要求 实现一个单阶Wilkinson等功分设计，带内匹配≤-10dB，输出端口隔离≤-10dB，任选一种微波传输线结构实现。 ?进阶要求 多阶（N≥2），匹配良好（S11≤-15dB），不等分，带阻抗变换器（输出端口阻抗 不为50Ω），多种传输线实现。 三、实现方式 自选一种或者多种传输线实现，如微带线，同轴线，带状线等，要求输入输出端口阻抗为50Ω，要求有隔离电阻（通过添加额外的端口实现） 四、具体过程 1.计算基本参数 通过ADS Tool中的Linecalc这个软件来进行初步的计算。 在HFSS中选定版型为Rogers RT/duroid 5880 (tm)，如具体参数下图
50Ω微带线计算 得到选取微带线宽度约为0.67mm。 70.7Ω微带线计算 得到选取微带线宽度约为0.34mm，由于微带线电长度与其宽度没有必然联系，所以两个分支微带线的长度根据具体情况进行更改。
2.绘制仿真模型 微带单阶功分器
◆微带参数：w50：阻抗为50Ω的微带线宽度；w2：两分支线宽度； l1，l2，l3，l4：各部分微带线长度； rad1，rad2：各部分分支线长度（即半环半径） ◆在本例中，需要调整的调整关键参数为w2，rad1，空气腔参数随关键参数相应调 整即可。 ◆根据计算，此处的吸收电阻值应该为100Ω，但是在实际情况中，选取97Ω。 微带多阶功分器
等分威尔金森功分器的设计与仿真
摘要 摘要 本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端 口的回波损耗：C 11>20dB，频带内的插入损耗：C 21 <3.1dB,C 31 <3.1dB，两个输出端 口间的隔离度：C 23 >25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。 关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化
ABSTRACT ABSTRACT In this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required. Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization
T型功分器的设计与仿真.
T型功分器的设计与仿真 1.改进型威尔金森功分器的工作原理 功率分配器属于无源微波器件，它的作用是将一个输入信号分成两个(或多个)较小功率的信号，工程上常用的功分器有T型结和威尔金森功分器。 威尔金森功分器是最常用的一种功率分配器。图1所示的为标准的二路威尔 金森等功率分配器。从合路端口输入的射频信号被分成幅度和相位都相等的两路信号，分别经过传输线Bl和BZ，到达隔离电阻两端，然后从两个分路端口输出，离电阻R两端的信号幅度和相位都相等，R上不存在差模信号，所以它不会消耗功率，如果我们不考虑传输线的损耗，则每路分路端口将输出二分之一功率的信号。 图1威尔金森功分器 但是这种经典威尔金森等功率分配器有几个缺点: 1、大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大因此电阻的体积也会比较大 2、如果功分器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这样就需要考虑电阻的分布参数。 3、为了提高功分器性能，就要尽量减小Bl和BZ这两段传输线之间的藕合，因此在实际设计时，要求四分之一波长传输线Bl、BZ之间的距离较大，在低频应用时，由于四分之一波长较长，占用面积还是太大了，此外，四分之一波长传输线Bl、BZ的阻抗较高，因此线宽较细，制板的相对误差更大[24]。为克服这些缺点，本文采用了一种改进型的威尔金森等功率分配器，如图2所示
图2 改进型威尔金森功分器 可以看到，它仅由四段传输线组成，没有隔离电阻。传输线A 、Cl 、CZ 的特 征阻抗均为Z0。传输线B 位于A 和Cl 、CZ 之间，它的电长度为四分之一波长， 特征阻抗为Z0/2。从合路端输入的信号，通过传输线B ，被分成幅度和相位相等的的两路信号，分别经过传输线Cl 和C2到达分路端口一和二，在整个结构中，传输线B 起到了阻抗变换的作用。从传输线A 、B 相接处向左看，输入阻抗为Z0。从传输线B 与C1、C2相接处向右看，输入阻抗为Z0/2。利用四分之一阻抗变换器的原理我们知道，传输线的特征阻抗为2/00Z Z ?，即Z0/2。因此，整个电路处于功率分配与合成时，在中心频点处，三个端口都能匹配良好，没有反射。这种改进型的结构克服了标准威尔金森功分器的一系列缺点，同时由于省略了隔离电阻，所以成本降低，也不存在电阻分布参数的问题，与传统威尔金森功分器相比，减少了一段四分之一波长传输线，另外，构成变换器的四分之一波长传输线B 的特征阻抗较低，线宽较宽，能有效降低制板误差。 2功分器的设计与仿真 通过前面的分析，我们知道改进型威尔金森功分器四段传输线特征阻抗之间 的比例关系。由此可得，传输线A 、C1和C2的特征阻抗均为50Ω，而传输线B 的特征阻抗为352/0=Z Ω 为了实现右旋圆极化，经过C2输出的信号要比经过Cl 的相位超前?90，即Cl 要比C2长λ4/1g (λg 为中心频率所对应的介质波长)。设计的功率分配器 如图3所示，传输线段B 的长度约为λ4/1g ，起阻抗变换的作用。传输线段
功分器的设计
功分器现在有如下几种系列[11]： 1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通 信以及450MHz 无线本地环路系统。 2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／ CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。 3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／ CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。 4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。 5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。 这里介绍几种常见的功分器： 一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。 图1-1 威尔金森功分器 二、变形威尔金森功分器 将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。
图1-2 变形威尔金森功分器 三、混合环 混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。早期的混合环 是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。这种形式的 功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。理论上来说，它的带宽可以同威尔金森功分器相比。混合环功分器相对威尔金森功分器的优点在于，在实际应用中它在高频率上的性能更好一些。 图1-3 混合环 对比以上三种功分器，首先对比威尔金森功分器及变形威尔金森功分器， 变形威尔金森功分器性能与仿真结果相差较大，其原因可能有以下几点：加入两个21波长微带线，引入了T 型接头，使微带线产生不连续性；为了保证两21波长微带线之间的距离正好可以焊接电阻，两微带线均倾斜，使焊接电阻处微带不均匀，另外电阻焊接的非对称性影响了功分器输出两端的功分比[9]。 威尔金森功分器和混合环的插损性能较好，可以满足一般功率合成的要求。在隔离方面，威尔金森功分器隔离较好，混合环的隔离要稍差。 从上述三种功分器分析可以得出：要获得具有良好性能的微波毫米波功分 器，需保证一定的加工精度，对加隔离电阻的功分器，要特别注意选择尺寸较小的电阻，焊接时要求电阻两端对称，且从电阻反面焊接，也可以考虑使用薄膜电阻来实现。这三种功分器都可以串联用作多路功率分配/合成器。 1.3 本课题研究内容 4g λ4g λ4 g λ43g λ对称平面
(整理)微带功率分配器设计
微带功率分配器设计 1. 功率分配器论述： 1.1 定义： 功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。 1.2 分类： 1.2.1 功率分配器按路数分为：2 路、3 路和 4 路及通过它们级联形成的多路功率分配器。 1.2.2 功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。 1.2.2 根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。 1.2.3 根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。 1.3 概述： 常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下： （1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。 （2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。 2．相关技术指标： 2.1 概述： 功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。 2.2 频率范围： 频率范围各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工
作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。 2.3 承受功率： 在大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。 2.4 分配损耗： 主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。如理想的两等分功率分配器的分配损耗是3dB，四等分功率分配器的分配损耗6dB，常以S参数S21的dB值表示。 2.5插入损耗： 输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素，及端口不是理想匹配所造成的功率反射损耗，常以S参数S21的dB 值表示。 2.6 隔离度： 支路端口间的隔离度是功分器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度，如两支路端口2和3的隔离度用S23或S32的dB值表示。 2.7 驻波比: 在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅Ｖmax ，形成波腹；在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Ｖmin ，形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。驻波比是驻波波腹处的声压幅值Vmax与波节处的声压Vmin幅值之比。驻波比是表示两端口合理匹配的重要指标，因此每个端口的电压驻波比越小越好。 2．设计原理： 2.1 分配原理： 微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用
功分器
前言 研究的背景与意义 人类进入二十世纪以来，随着现代电子和通信技术的飞速发展，信息交流越发频繁，各种各样的电子电汽设备已经大大影响到各个领域企业及家庭。无论哪个频段工作的电子设备，都需要各种功能的元器件，既有如电容、电感、电阻、功分器等无源器件，以实现信号匹配、分配、滤波等；又有有源器件共同作用。微波系统不例外地有各种无源、有源器件，它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换。现代无源器件中，微带功分器从质量及重量上都日显重要。功分器的产生与发展 在微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。功率分配器反过来使用就是功率合成器，所以通常功率分配/合成器简称为功分器。在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器，而且功率分配器常是成对的使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。1960年，Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N端口功分器。以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。最初它的原始模型是同轴形式，此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展，工程中大量使用的是微带线形式，大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。 和其他的微带电路元件一样，功率分配器也有一定的频率特性。当频带边缘频率之比f1/f2=1.44时，输入驻波比（VSWR）<1.22时，输入驻波比（VSWR）下降到1.42，两端口隔离度只有14.7dB。威尔金森功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用。为了进一步加宽工作带宽，可以用多节的宽频功率分配器，即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目。 目前常见的微波功分器是采用微带线或腔体波导等结构的分布参数功分器。腔体波导功分器插损小、平衡度好，但隔离度较差，制作工艺较复杂，微带功分器制作简单，但相对带宽较小。而且以上分布参数功分器仅限于微波波段的窄频带应用，在微波频段以下，小型化、宽带功分器的制作比较困难。 国内研究进展 我国对于微带功分器方面的技术研究报道还比较少，钟哲夫曾在空间合
威尔金森功分器
威尔金森功分器 一、实验目的： 1、了解功率分配器电路的原理及设计方法。 2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。 3、掌握功率分配器的制作及调试方法。 二、实验任务： 1、了解功分器的工作原理。 2、使用ADS软件设计一个功分器，并对其参数进行优化、仿真。 3、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。 4、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。 三、实验内容、实验过程描述： 1、设计指标：通带0.9－1.1GHz，功分比为1：1，带内各端口反射系数小于-20dB ，两输出端隔离度小于-25dB，传输损耗小于3.1dB。 在进行设计时，主要是以功分器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21、S31是传输参数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数。S23反映了两个输出端口之间的隔离度。2、用ADS软件设计 （1）、打开ADS软件 （2）、创建新的工程文件
（3）、打开原理图设计窗口
在原理图所设计窗口中选择微带电路的工具栏 选用微带线以及 连接好的原理图如下
（5）设置微带电路的基本参数 双击图上的控件MSUB设置微带线参数 H:基板厚度(1 mm) Er:基板相对介电常数(4.8) Mur:磁导率(1) Cond:金属电导率(5.88E+7) Hu:封装高度(1.0e+33 mm) T:金属层厚度(0.03 mm) TanD:损耗角正切(1e-4) Roungh:表面粗糙度(0 mm) （6）设置微带器件的参数 双击每个微带线设置参数，W、L分别设为相应的变量或常量，单位mm，注意上下两臂的对称性。 单击工具栏上的V AR 图标，把变量控件V AR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加W，L参数。 中间微带线的长度大约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，各个线宽的初始值可以用微带线计算工具算出，微带线的宽度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。 （7）S参数仿真电路设计 在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏
微带功分器作业-1
功率分配器的设计与仿真 1.功率分配器定义 在微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。功率分配器反过来使用就是功率合成器，所以通常功率分配/合成器简称为功分器。在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器，而且功率分配器常是成对的使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。1960年，Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N 端口功分器。以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。最初它的原始模型是同轴形式，此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展，工程中大量使用的是微带线形式，大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。 和其他的微带电路元件一样，功率分配器也有一定的频率特性。当频带边缘频率之比f1/f2=1.44时，输入驻波比（VSWR）<1.22时，输入驻波比（VSWR）下降到1.42，两端口隔离度只有14.7dB。威尔金森功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用。为了进一步加宽工作带宽，可以用多节的宽频功率分配器，即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目。 目前常见的微波功分器是采用微带线或腔体波导等结构的分布参数功分器。腔体波导功分器插损小、平衡度好，但隔离度较差，制作工艺较复杂，微带功分器制作简单，但相对带宽较小。而且以上分布参数功分器仅限于微波波段的窄频带应用，在微波频段以下，小型化、宽带功分器的制作比较困难。 功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗。支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。 （1）频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。 （2）承受功率。在大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。 （3）分配损耗。主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比
三路威尔金森功分器设计 3 way wilkinson
Three-way planar Wilkinsons Updated November 13, 2011 Click here to go to our main page on Wilkinson splitters Click here to go to our page on N-way splitters Click here to go to our page on the Kouzoujian splitter, a great alternative to the conventional N-way Wilkinson New for June 2010! This page will provide a basic analysis of planar, three-way Wilkinson splitters in 50 ohm system impedance. This is splitter is imperfect, because it is missing an isolation resistor between the two outer ports, however, this is what makes it easy to lay out. We divided the analysis into three "types" which are described below, and ranked according to bandwidth potential. Type 1 splitter The Type 1 splitter is the simplest network possible. The three arms each employ a single quarter-wave impedance transformer. If you were to impedance match port 1 at center frequency, the transformers would all be 86.6 ohms (transforms each 50 ohm leg to 150 ohms, and three 150 ohms in parallel is 50 ohms). Sorry about the crummy schematic, you'd think by now Agilent would provide a means for graphic capture beyond the usual copy-and-past into Powerpoint, then shrink image with PaintShop...
设计仿真微带功分器
实验 设计仿真微带功分器 一、 实验目的： １． 掌握微带功分器的原理； ２． 掌握用VOLTAIRE 仿真、优化线性电路； 二、 实验原理： 功分器是一种功率分配元件，它是将输入功率分成相等或不相等的几路功率，当然也可以将几路功率合成，而成为功率合成元件。在电路中常用到微带功分器，其基本原理和设计公式如下： 页 1 图2.1 二路功分器的原理图 图2.1是二路功分器的原理图。图中输入线的特性组抗为0Z ,两路分支线的特性阻抗分别为Z 02和Z 03，线长为0e λ/4 , 0e λ/4为中心频率时的带内波长。图中2,3R R 为负载阻抗，R 为隔离阻抗。 对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。下面根据上述要求，确定Z 02 、Z 03、R 2、R 3及R 的计算公式。 设2口、3口的输出功率分别为P2、P3 ，对应的电压为V2、V3 .根据对功分器的要求，则有： P 3=K 2P 2 |V 3|2/R 3=K 2|V 2|2/R 2 式中K 为比例系数。为了使在正常工作时，隔离电阻R 上不流过电流，则应 V 3=V 2 于是得 R 2=K 2R 3 若取 R 2=KZ 0 则 R 3=Z 0/K 因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为： Z in2=Z 022/R 2 Z in3=Z 032/R 3 为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的0Z ，即 Y 0=1/Z 0=R 2/Z 022+R 3/Z 032 若电路无损耗，则
|V 1|2/Z in3=k 2|V 1|2/Z in2 式中V1为1口处的电压 所以 Z in =K 2Z 03 Z 02=Z 0[(1+K 2)/K 3]0.5 Z 03=Z 0[(1+K 2)K]0.5 下面确定隔离电阻R 的计算式。 跨接在端口2、3间的电阻R ，是为了得到2、3口之间互相隔离得作用。当信号1口输入，2、3口接负载电阻 时，2、3两口等电位，故电阻R 没有电流流过，相当于R 不起作用；而当2口或3口得外接负载不等于R2或R3时，负载有反射，这时为使2、3两端口彼此隔离，R 必有确定的值，经计算R=Z 0(1+K 2)/K 。图2.1中两路线带之间的距离不宜过大，一般取2～3倍带条宽度。这样可使跨接在两带线之间的寄生效应尽量减小。 三、 实验内容： 用VOLTERRA 设计仿真一个微带功分器，具体指标如下： 中心频率为：02f GHz =； 耦合度： 2k = 引出线： 050Z =Ω 介质基片： 2.55,1r h mm ε=- 四．设计过程 电路图： 局部放大
微带不等分功分器设计与仿真
微带不等分功分器设计与仿真 一、摘要 功分器全称功率分配器，英文名Power divider，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量 合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定 的隔离度。功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反 射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带 宽度等。 二、设计目的和意义 三、设计原理 功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出 相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可 也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器的主 要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电 压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。 功分器也叫过流分配器,分有源,无源两种,可平均分配一路信号变为几路输出, 一般每分一路都有几dB的衰减,信号频率不同,分配器不同衰减也不同,为了补 偿衰减,在其中加了放大器后做出了无源功分器。 功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，通常有 二功分、四功分、六功分等等。功分器的工作频率是950MHz－2150MHz，卫视 烧友想必对功分器是再熟悉不过了。以上三个器件的用途和性能是完全不同的，但在日常使用中往往容易把名称混淆了，使得人们在使用中容易产生困惑.*接 收系统中的多台卫星接收机，共用一面天线，几面天线共用一台卫星接收机， 以及两台以上卫星接收机和两面以上天线共用，它们之间的连接除了依靠电缆 之外，主要是靠切换器的组合编程来实现的。 功分器是接多个卫星接收机用的.如果一套天线要接多个卫星接收机就要用
功分器基础知识及市场分析及应用
功分器/合路器基础知识 及泰格功分器产品的性能优势、市场推销分析 本文主要目的之一为针对市场人员的技术培训，有些定义为便于理解并不是很严谨，所有提及概念、计算方法等不能作为产品的通用和专用验收的依据。 本文主要目的另一目的是针对及泰格功分器产品的性能进行分析，指出其优势，并对其应用和市场加以分析，为市场人员的工作提供帮助。 本文中会主要描述以下产品的基本功能，作用和技术指标的定义等。 ● 功分器(功率分配器Power Divider, Power Splitter) ● ) ● 合路器(Combiner) 1. 功分器的原理及一些关键参数说明 功分器是将输入的信号的能量进行分路，并实现多路信号的隔离； 功分器的带宽可以很宽，比如1-12GHz,2-18GHz 等； 分路时可以是等分或不等分； 一般功分器都是等相位(0相位)输出，也就是说功分器的输出相位关系基本是相等的，要求不等输出相位的功分器的一般均只能实现10％左右的带宽。 图1 功分器示意图 理论上，功分器的分路路数可以是无穷多路，很多多路功分器均以2路分路为基础，所以一般为2/4/8/16等2n 分路技术上实现较容易，而3/6/7/9/10/11等技术上实现较难。 Input Output1 相位0o 。。。。。。 Output2 相位0o Output N 相位0o
功分器的国际通用符号 图2 功分器的国际通用符号 1端口输入端（公共端），2和3端口的分配端 本文为理解方便，采用了和实物一致端口画法。 图3 1分8的功分器的实际结构 (1分8功分器设计上是由7个 1分2功分器组成，这7个功分器分为3个层次) 功分器的技术指标 插入损耗(Insert Loss) 图4 功分器的插入损耗 ● 插入损耗为功分器在系统中的实际能量衰减； ● 功分器的插入损耗包含两个部分：功分器的分路损耗和功分器本身对能量的衰减 (损耗)； Output Output
威尔金森(wilkinson)功分器设计
此功分器比较简单。如果只是做仿真，ADS较为方便，如果要做实物或产品的话，HFSS比较可靠。本人亲测HFSS仿真结果和实物基本一致，ADS差别不一。多节功分器原理和单节一样，网上有多节等分功分器归一化数据表格，按照表格中的值球的传输线阻抗得到的功分器只需要少许优化即可。 接下来以双节8-11G功分器大致介绍一下设计流程。 如图所示，L0和L3都是Z0阻抗的传输线，一般选择为50Ω，在ADS中可以算出现款和线长，线的长度L0和L3对功分器没太大影响，所以在做的时候可以根据要求增加或减少。 因为是8-11G的，f2/f1<1.5，所以双节的都满足要求，可以用频带宽度比为1.5的功分器，这样的话隔离度更好。查表得到L1L2归一化阻抗分别是1.1998和1.6070归一化电阻为5.3163和1.8643，得到阻抗和电阻值分别是60、80.33和93、265，注意的是电阻顺序是倒过来的 这样分别用微带线计算软件算得两段线的带宽和π/4线长，分别是0.324/6.28和0.653/6.15，这样在HFSS中九可以建立模型仿真，在建模的时候做成参数模型，这样可以调节和优化，电阻直接在合适的地方画一个矩形，右键lumped RLC可以设置。 模型可以做成实际的0.035mm的铜，也可以设置成perfect E，大致都差不多，我做过一个，实测和仿真基本上一致，损耗都在3.2左右，隔离倒是有点差，差了约5db。 有些做成弧形，原理都是一样，个人觉得倒是美观很多。
弧形这个是我对上面功分器改变形状得来的，出来的效果只是差了一点点。对了，基片背面需要铺地，否则仿真时可能有问题，本人也是兴趣自己做着玩的，不是专业的，有错请指正，有需要模型或交流的可以联系我，最后总结一下。 1、建模的时候最好建立参数模型，可调可优化； 2、基板背面最好铺地； 3、在仿真的时候波端口向量应该向接地（向下）； 4、归一化电阻值顺序和归一化阻抗是相反的； 5、输入端的驻波比要好好仿真，容易变差；
等分威尔金森功分器的设计
摘要 本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端 口的回波损耗：C 11>20dB，频带内的插入损耗：C 21 <3.1dB,C 31 <3.1dB，两个输出端 口间的隔离度：C 23 >25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。 关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化
ABSTRACT In this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required. Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization
微带功分器的仿真和优化
最优化大作业 ——微带功分器的仿真和优化 班级：B1103491 学号：1110349019 姓名：胡亮 日期：2011-11-16 前言：本文主要是基于微带结构的功分器用ADS仿真并用ADS软件进行优化与matlab优化进行了比较：
第一章 传输线理论 1.求解下图匹配路径的匹配电路参数。若将并容串线方案在介电常数为4.2介质材料厚度为1.586mm ，导体带厚度为0.035mm 微带基板上实现，求各段微带线的宽度及长度值。 解：用传输线实现Z L 至A 的移动，应该并联终端开路传输线，并联短路的也可以，但其电长度会大于0.25。用(如图1)所示电子SMITH 圆图，可知并联（终端开路）传输线长度为0.096g λ(这里的λg 不是仅指在波导中的波长，是指在所有传输线中传输的波长)，串联传输线的长度为0.152g λ。 图（1） 上面得到的是传输线的电尺寸，包括特性阻抗（50欧）及电长度。还需要得到物理尺寸，包括宽度长度（注意不同传输线的物理尺寸不同）。在TXLINE 软件中选择微带传输线，把板材参数设置好。接下来由电参数特性阻抗及电长度求物理参数宽度及长度。 L Z A *S Z
先求并联微带线参数，把特性阻抗填入为50欧，频率为5GHz。并联线的电长度前面求得为0.096,其对应的角度为0.096X3600=34.560,将其填入。按此按钮即可得到微带线宽度为3.296mm，长度为3.1141mm。 同样可得串联微带线的宽度为3.296mm，长度为4.9307mm，如图（3）所示。 图（3） 注意：软件TXLINE 2001—Microstrip中的Electrical Length代表的就是lβ，即电长度乘以360，而不是乘以720。 2.用特性阻抗50Ω的传输线给天线馈电，其驻波比及驻波相位分别是 3.0及10cm，求此天线的输入阻抗。设计匹配电路使天线与传输线达到匹配，并估计
不等分微带功分器设计
本科毕业设计 （2011届） 题目不等分微带功分器设计 学院电子信息学院 专业电子科学与技术 班级 学号 学生姓名 指导教师 完成日期2011年3月
诚信承诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《不等分微带功分器设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年月日
摘要 在无线通讯射频电路中经常会遇到要求射频功率不平衡分配的情况，因此不等分功分器在实际射频电路中有着重要的应用价值。微带线具有体积小、易加工、易集成等优点，而被广泛应用于射频微波集成电路中。因此本毕业设计主要是针对微带线型不等分功分器的研究而展开的。不等分微带功分器相对于等分微带功分器而言，设计难度要更为复杂一点，需要考虑的影响因素要更多一些。本次设计中，通过对Wilkinson微带功分器的研究，提出了不等分微带功分器的设计理论。在此理论基础上，利用Advance Design System射频微波电路仿真软件，设计了两款一分二不等分的微带型功率分配器（功分比例分别为1:2，3:4）。实验和仿真结果一致，并满足设计指标要求，从而论证了不等分微带型功率分配器设计理论的正确性。 关键词：不等分；微带；功分器；ADS软件；射频
ABSTRACT RF circuits in wireless communications requirements often encountered in the power imbalance in the distribution of radio frequency, ranging from sub-splitters so the actual RF circuit has important application value.Microstrip line is small, easy processing, easy integration, etc., which are widely used in microwave integrated circuits in RF.Therefore, this graduation design mainly for microstrip line power splitter sub-ranging research undertaken. Ranging from sub-microstrip power divider relative to the attainment of microstrip power divider, the design is difficult to be more complex, factors to be considered to be more of them.The design, by microstrip Wilkinson power divider on the research,proposed ranging from sub-microstrip power splitter design theory. Based on this theory, the use of Advance Design System RF and microwave circuit simulation software, designed two points of a sub-second range Microstrip power splitter (power divider ratio was1:2,3:4).Experimental and simulation results are consistent and meet the design requirements, which demonstrates the range Microstrip power splitter sub-design theory is correct. Key words: unequal; microstrip; power divider; advance design system software; RF