一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现
V o l. 45 No. 3
574
计算机与数字工程
C om puter &?
D ig ita l Engineering
总第329期
2017年第3期
一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现￥
程光伟胡杰
(西安工业大学电子信息工程学院西安710032)
摘要通过对传统W U k m s o n功率分配器和四分之一波长阻抗变换线进行分析，研究并设计了一种微带线W U km- s o n—分八功分器。对设计的功率分配器进行A D S和H F S S协同仿真，通过比较仿真和测试结果，两者基本一致，在 15. 75G H z?16. 25G H z频率范围内端口驻波比小于1. 4,在16. 25G H z?16. 75G H z频率范围内端口驻波比小于1. 4,端口 隔离度大于21d B，插损小于0. 7d B。
关键词W U k m s o n功分器；A D S; H F S S;隔离度
中图分类号TP391. 9 D O I：10. 3969/j. is s a1672-9722. 2017. 03. 035
Design and Implementation of a l-to-8 Wilkinson Microstrip Power Divider
CHENG Guangwei HU Jie
(School o f E le ctro n ic In fo rm a tio n E n g in e e rin g,X i，an Technological U n iv e rs ity, X i^n710032)
Abstract B y analyzing the tra d itio n a l W ilk in s o n pow er d ivid e r and q u a rte r impedance tra n s fo rm e rs m ic ro s trip W ilk in-son pow er d ivid e r is researched and designed. T h e designed pow er d ivid e r is sim ulated based on A D S and HFSS. B y com-pared sim u la ting and te s tin g, the results o f A D S and H F S S reach consensus. F ro m15. 75G H z to 16. 25G H z frequency range, the p o rt V S W R is less th a n 1. 4. F ro m16. 25G H z to 16. 75G H z frequency range, the p o rt V S W R is less than 1. 4, the iso la tio n is m ore th a n21 dB, in se rtio n loss is less th a n0. 7dB.
Key Words W ilk in s o n pow er d iv id e r, A D S, H F S S, iso la tio n
Class Number TP391. 9
i引言
功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信 号功率分成两路或多路的等分或不等分功率输出 的一种多端口无源微波网络，相反它也可以将多路 信号进行功率合成。在微波系统中，需要将发射功 率按一定的比例分配到发射单元，因此功分器在微 波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影 响着整个系统的能量分配和合成效率。随着技术 的进步，功分器的研究朝着宽频带、小型化、低功耗 方向发展。
W ilkinson功分器是一种常见的功率分配器，因其具有良好的幅度相位特性和简洁的设计，在实 P示工程中有着广泛的应用。本文介绍的一分八W ilkinson功分器是在一分二功分器的基础上通过 级联而成。考虑到各个阻抗变换段的长度和隔离 电阻的安装位置，功分器在四分之一波长阻抗变换 段采用“蛇形”布局，使功分器设计更紧凑。在原理 推导的基础上说明其工作方式，紧接着完成了A D S设计及仿真，并使用H FS S进行了三维电磁 仿真，根据得到的数据制作了实物，最后使用网络 分析仪进行实测，获得的结果与仿真数据比较吻 合。
2 Wilkinson功分器基本原理
简单的二等分功分器属于三端口网络。由于 普通的无耗互易三端口网络不可能达到完全匹配，且输出端口间无隔离，而工程上对信号的隔离要求
收稿日期=2016年9月10日，修回日期=2016年10月29日
作者简介:程光伟，男，副教授,研究方向:通信与电子信息专业领域的教学及研究工作。胡杰，男，硕士研究生，研究 方向:射频功放。
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
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
X波段一分二功分器设计
X 波段一分二功分器设计 1、 根据指标进行理论分析需要的级数，采用威尔金森功分器结构，ADS 原理图 如下： 频率：9-11GHz ，本次主要使用频率：9.5-10.5GHz; 板材：RT5880 2、 对电路进行优化分析，仿真曲线如下： Optim1 UseAllOptVars=y es SP1 Step= Stop=11 GHz Start=9 GHz MSUB MSub1 Rough=0 mm TanD=0.0021T=0.035 mm Hu=5 mm Cond=1.0E+50 Mur=1 Er=2.2H=0.254 mm MSub OptimGoal2 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=10 Max=-30Min=SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,2))" OptimGoal3 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=10 Max=-30Min=SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(3,3))" OptimGoal6 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=500 Max= Min=-3.03SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(3,1))" OptimGoal12 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=500 Max= Min=-3.03SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,1))" OptimGoal15 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=1000 Max=-28 Min=SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(2,3))" OptimGoal1 RangeMax[1]=11GHz RangeMin[1]=9GHz RangeVar[1]="f req"Weight=1000 Max=-30 Min=SimInstanceName="SP1"Expr="dB(S(1,1))" R1=100 {-o} l1=0.3 {o}w1=0.318397 {o}w0=0.479686 {o}w50=0.67667 {o}Eqn Var
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
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
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
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
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
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
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
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；
微带功分器的设计
微带功分器的设计 时间：2015-08-16 来源：天线设计网作者：admin TAGS：威尔金森功率 分配器无源器件wilkinson 功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络。功率分配器是无源微波器件，反过来就是功率合成器。功率分配器有多种形式，其中最常用的是g/4功率分配器，这种功率分配器称为威尔金森（wilkinson）功率分配器。威尔金森功率分配器由三端口网络构成。 在近代射频和微波电路中广泛地使用着功率分配器。瞬时测频接收机是一种简单而紧凑的接收机，能覆盖很宽的射频频带。实际的IFM接收机是由若干个简单的瞬时测频（IFM）接收机并行组成。这就需要使用一分八功分器进行４个通道的信号分配。一分八功分器可以由几个一分二的功分器级联而成。[天线设计网]这就对一分二功分器在体积、结构、稳定性以及输出端口之间的相位一致性提出了更高的要求。本文用多节阻抗变换器级联的方式来实现宽频带和低损耗，使用ADS软件设计并仿真工作频带在6~18GHZ的宽带微带线功分器。 功分器的设计指标 功分器的技术指标包括： （１）频率范围：６～１８Ghz； （２）插入损耗：≤４dB； （３）驻波比：≤２； （４）隔离度：≥１８dB； （５）相位一致性：≤５°。 功分器的设计 威尔金森功率分配器由三端口网络构成，由于单节λ／４阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此需要采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。本文设计的是一个工作频带在６～１８ＧＨｚ，功分比为１∶１的二路带状线型wilkinson功分器。带宽为３个倍频层，结合多节λ／４阻抗变换器[天线设计网]相级连的形式，阻抗变换器为３节。由于本功分器对结构尺寸和相位一致性要求较高，在此选用介电常数为2.2、层压板厚度为0.254mmRoger5880高频层压材料。结构上采用葫芦状的结构设计。根据各项指标（工作频段、输入输出端口的驻波、输出端口间的隔离度）要求，由宽带功分器设计理论确定功分器具体尺寸，计算出各段λ／４阻抗变换器的特性阻抗，如表１所示，并计算出隔离电阻的阻值如表２所示。
微带功率分配器--微带阻抗及隔离电阻值
设计资料 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
一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现
V o l. 45 No. 3 574 计算机与数字工程 C om puter &? D ig ita l Engineering 总第329期 2017年第3期 一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现￥ 程光伟胡杰 (西安工业大学电子信息工程学院西安710032) 摘要通过对传统W U k m s o n功率分配器和四分之一波长阻抗变换线进行分析，研究并设计了一种微带线W U km- s o n—分八功分器。对设计的功率分配器进行A D S和H F S S协同仿真，通过比较仿真和测试结果，两者基本一致，在 15. 75G H z?16. 25G H z频率范围内端口驻波比小于1. 4,在16. 25G H z?16. 75G H z频率范围内端口驻波比小于1. 4,端口 隔离度大于21d B，插损小于0. 7d B。 关键词W U k m s o n功分器；A D S; H F S S;隔离度 中图分类号TP391. 9 D O I：10. 3969/j. is s a1672-9722. 2017. 03. 035 Design and Implementation of a l-to-8 Wilkinson Microstrip Power Divider CHENG Guangwei HU Jie (School o f E le ctro n ic In fo rm a tio n E n g in e e rin g,X i，an Technological U n iv e rs ity, X i^n710032) Abstract B y analyzing the tra d itio n a l W ilk in s o n pow er d ivid e r and q u a rte r impedance tra n s fo rm e rs m ic ro s trip W ilk in-son pow er d ivid e r is researched and designed. T h e designed pow er d ivid e r is sim ulated based on A D S and HFSS. B y com-pared sim u la ting and te s tin g, the results o f A D S and H F S S reach consensus. F ro m15. 75G H z to 16. 25G H z frequency range, the p o rt V S W R is less th a n 1. 4. F ro m16. 25G H z to 16. 75G H z frequency range, the p o rt V S W R is less than 1. 4, the iso la tio n is m ore th a n21 dB, in se rtio n loss is less th a n0. 7dB. Key Words W ilk in s o n pow er d iv id e r, A D S, H F S S, iso la tio n Class Number TP391. 9 i引言 功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信 号功率分成两路或多路的等分或不等分功率输出 的一种多端口无源微波网络，相反它也可以将多路 信号进行功率合成。在微波系统中，需要将发射功 率按一定的比例分配到发射单元，因此功分器在微 波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影 响着整个系统的能量分配和合成效率。随着技术 的进步，功分器的研究朝着宽频带、小型化、低功耗 方向发展。 W ilkinson功分器是一种常见的功率分配器，因其具有良好的幅度相位特性和简洁的设计，在实 P示工程中有着广泛的应用。本文介绍的一分八W ilkinson功分器是在一分二功分器的基础上通过 级联而成。考虑到各个阻抗变换段的长度和隔离 电阻的安装位置，功分器在四分之一波长阻抗变换 段采用“蛇形”布局，使功分器设计更紧凑。在原理 推导的基础上说明其工作方式，紧接着完成了A D S设计及仿真，并使用H FS S进行了三维电磁 仿真，根据得到的数据制作了实物，最后使用网络 分析仪进行实测，获得的结果与仿真数据比较吻 合。 2 Wilkinson功分器基本原理 简单的二等分功分器属于三端口网络。由于 普通的无耗互易三端口网络不可能达到完全匹配，且输出端口间无隔离，而工程上对信号的隔离要求 收稿日期=2016年9月10日，修回日期=2016年10月29日 作者简介:程光伟，男，副教授,研究方向:通信与电子信息专业领域的教学及研究工作。胡杰，男，硕士研究生，研究 方向:射频功放。