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
本文主要是对微带功分器的研究,给出了功分器的设计实例,并且运用工具软件进行仿真与优化，得到最优结果。本课题的具体内容是采用微带平面电路结构设计一个工作在C波段、频率：3--4GHz、驻波：〈1.2、传输损耗：<5.5dB、隔离：>20dB、带内波动：〈0.5dB的一分三功分器，并作出版图。
2. 功率分配器基本理论
2.1 功率分配器的分类情况
a、按路数分为：2路、3路和4路及通过级联形成的多路功率分配器。
b、按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
c、根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
d、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。
2.2 常用的功率分配器间的区别
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：
a、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。
b、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[1]。
2.3 功分器的基本原理
2.3.1四分之一波长变换器
微带功分器的分支电路通常是用四分之一波长阻抗变换器，它是一种有用而实际的阻抗匹配电路。
阻抗匹配的基本思想如图2-1所示，它将匹配网络放在负载和传输线之间。
Z。虽理想的匹配网络是无耗的，而且通常设计成向匹配网络看去输入阻抗为
然在匹配网络和负载之间有很多次反射，但是在匹配网络左侧传输线上的反射被消除了。这个过程也被认为是调谐。阻抗匹配或调谐的原因是很重要的，原因如下所述：
（1）当负载与传输线匹配时（假设信号源是匹配的），可传送最大功率，并且在馈线上功率损耗最小。
（2）对阻抗匹配灵敏的接收机部件可改进系统的信噪比。
（3）在功率分配网络中（如天线阵馈电网络），阻抗匹配可以降低振幅和相位不平衡。
只要负载有非零实部，就能找到匹配网络。
图2-1 阻抗匹配网络
四分之一波长变换器对于匹配实数负载阻抗到传输线，是简单而有用的电
路。如下图所示，若主传输线的特性阻抗为0Z ，终端接纯电阻性负载L Z ，但0Z Z L ≠，则可以在传输线与负载之间接入一特性阻抗为01Z 、长度4λ=l 的传输线段来实现匹配。
图2-2 4λ波长变换器
设此时0T 面上的反射系数为Γ，则
(2-1)
上式取模值为
(2-2)
在中心频率附近，上式可近似为
(2-3) 当θ = 0时，反射系数的模达到最大值，由式(2.-3)可以画出Γ 随θ 变
化的曲线，如图2-3所示。Γ随θ (或频率)作周期变化，周期为π。如果设Γ
Γ=-Z Z Z Z L L
002cos θ()Γ=-++Z Z Z Z j Z Z l
L L L 0002tg βΓ=+-?? ????????????11200212Z Z Z Z L L sec θ 匹配网络
为反射系数模的最大容许值，则由4λ阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的频率范围（Δθ）。由于当θ 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
图2-3 4λ波长变换器在设计频率附近的Γ的近似形态
当
时 (2-4)
通常用分数带宽q W 表示频带宽度，q W 与m θ有如下关系
(2-5) 当已知L Z 和 0Z ，且给定频带内容许的 m Γ 时，则由式（2-5）可计
算出相对带宽q W 值；反之，若给定q W 值，也可求出变换器的
m Γ，计算中m θ取小于2π的值。
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的带宽
能够满足要求。但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就必须采用多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。
2.3.2功分器的原理
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
端口网络。
任意多分路单节的功分器的电路拓扑结构如图 2-4 所示：
ΓΓ=m ()θm m L m L Z Z Z Z =--arccos 21020ΓΓ()W f f f q m m m =-=-=--=-210210224θθθπθθππ
θ
图2-4功分器的电路示意图
其中（a ）为多路普通功分器的示意图，信号源与负载内阻均为：
0Z R R L S ==；若为 N 等分，则 n Z Z Z === 21，各段长度均为： 4λ。这种功分器不能做到信道之间有隔离，也不能做到各端口的完全匹配。
图（b ）为混合型N 路功分器，不同之处在于各路输出端口均有一隔离电阻
R 与公共结点相连。可以使输入功率分成大小不相等的N 路输出，且各输出端口同相位。若在输出端口反射，则波将在支线交叉口再分配。由于各段长度为4λ。则往返的电长度为π，彼此相消，从而实现各输出端口之间的相互隔离。
一分三功分器是一个四端口网络，其S 参数为：
],,,;,,,;,,,;,,,[][44434241343332312423222114131211s s s s s s s s s s s s s s s s S = 由于普通的无耗互易三端口网络不可能完全匹配，且输出端口间无隔离，工程上对信道之间的隔离要求又很高，因此常用混合型的功率分配器，该结构也称为威尔金森型功率分配器，它是有耗的三端口网络，是在毫米波微波大功率系统中应用最广泛的一种形式，其功率分配可以是相等的或不相等的。其不等功率分配器的一个原理性示意图为图2-5。
图2-5 配有隔离电阻的微带功分器结构图
这种功率分配器一般都有消除②、③端之间耦合作用的隔离电阻R 。设主
臂①(功率输入端)的特性阻抗为0Z ，支臂①-②和①-③的特性阻抗分别为02Z 和03Z ，它们的终端负载分别为2R 和3R ，电压的复振幅分别为2U 和3U ，功率分别为2P 和3P 。假设微带线本身是无耗的，两个支臂对应点对地(零电位)而言的电压是相等的，那么，就可以得到下列的关系式：
(2-6) (2-7) (2-8)
又因32U U =，所以有
(2-9) (2-10)
式中的k 是比例系数，k 可以取1(等功率情况)，或大于1和小于1(不等功率情况)。设2i Z 和3i Z 是从接头处分别向支臂①-②和①-③看去的输入阻抗，两者的关系是：
(2-11) 从主臂①向两支臂看去应该是匹配的，因此应有
(2-12)
或 (2-13)
由此得 ： (2-14)
2
2
222R U P =3
2332R U P =223P k P =3222
3R R k P P ==322R k R =3
22i i Z k Z =322323201i i i i i Z k k Z Z Z Z Z +=+=02231Z k k Z i +=()0
221Z k Z i +=4
λ
因为0Z 和k 是给定的，这样2i Z 和3i Z 即可求出。前面己经讲过，
322R k R =，可见，只需选定2R 和3R 中的一个值，则另一个即可确定，为计算方便，通常可选取
(2-15)
根据式(2-14)，(2-15)和式(2-16)即可求出两个支臂的特性阻抗02Z 和03
Z 分别为
(2-16)
(2-17) 现在确定隔离电阻R 的作用及其值大小。倘若没有电阻R ，那么，当信号
由①-②支臂的端口②输入时，一部分功率将进入主臂①，另一部分功率将经过①-③支臂而到达端口③；反之，当信号由①-③支臂的端口③输入时，除一部分功率将进入主臂①外，还有一部分功率将到达端口②，即②、③两端口之间相互影响。为了消除这种现象，加了隔离电阻R 。当信号由主臂①输入时，由于R 两端电位相等，无电流通过，不影响功率分配(相当于R 不存在一样)。若信号由端口②输入，一部分能量经 R 到端口③，另一部分，除经①-②支臂输入主臂①外，还有一部分经①-③支臂到达端口③，但这一部分与经R 到达端口③的信号，由于路程差而使它们的相位差π，从而使它们互相抵消，③端口输出的能量极少；同理，当信号从端口③输入时，端口②的输出能量也极少。若R 的值和位置选择合适，就能得到较好的隔离效果。
为了求出隔离电阻R 的表示式，可以利用图2-5的示意图。图中和公式中
的电压和电流是指其复振幅。设在端口②上接入电压为U 的信号源，这样就会在整个电路中引起电压和电流，设在①、②、③端口处的电压分别为1U , 2U 和
3U ，电流分别为303202'3'2
1I I I I I I I I R 和，，、，、、。因为①-②和①-③支臂的长度L 均为4λ,所以，根据传输线理论可知
对于①-②支臂有
(2-18) (2-19) 对于①-③支臂有 (2-20) k Z R 03=02kZ R =()
2022021k k Z R Z Z i +==32033031k k Z R Z Z i +==02
'202'212sin cos Z jI l Z jI l U U =+=ββ03
303331sin cos Z jI l Z jI l U U =+=ββ02
1
021'22sin cos Z U j l Z U j l I I =+=ββ
(2-21)
另外，根据电路理论可知，在主臂和两个支臂的交接点处有
(2-22)
在隔离电阻R 与端口③的交接点处有
(2-23) 式中 (2-24) 将式(2-22)代入式(2-23)，得
(2-25)
再将式(2-21)和式(2-25)代入式(2-24)，得
(2-26)
或 (2-27) 当②、③端口隔离，即端口③无能量输出(实际上即03=U )时，则由式(2-26)和式(2-27)可得
(2-28)
再根据式(2-27)，(2-28)和式(2-29)，得
(2-29)
在实际的微带电路中，隔离电阻是由蒸发在介质基片上的镍铬合金薄膜或
钽薄膜构成的；在波长较长的情况下，也可用一般的小型电阻焊接在导体带上。
033
0333'3sin cos Z U j l Z U j l I I =+=ββ'301'31'2I Z U I I I +=+=R R I R U I I I -=
-=33303R
U U I R 32-=003302201=++Z U j Z U j Z U 03232031=+--R U R U U Z U j ()03332031=++-U R R R R U Z U j R Z j Z Z j U U 03
02021-=-=k k Z Z Z Z R 2
0003021+==
3一般地讲，若两个支臂的间距不太大，外接的隔离电阻引线短，则效果较好，否则隔离性能较差。
在以上的分析中，曾假定②、③端口的负载分别为2R 和3R ，但在实际的应
用中，②、③端口后面要接的一般都是特性阻抗等于0Z 的传输线，而为了保证所要求的功率分配比，则应在端口②与传输线之间、端口③与传输线之间分别加入一段4λ长的阻抗变换器，图2-6是这种情况的示意图。
图2-6 接有阻抗变换段的功分器
设在端口②后变换段的特性阻抗为04Z ，在端口③后变换段的持性阻抗为
05Z ，它们的表示式分别为 (2-30)
(2-31)
对于等功率分配器,则 , ,于是有 (2-32) (2-33)
(2-34) 以上是对中心波长而言所得出的结果。当波长偏离中心波长时，性能会差
些,即频带较窄，若要求频带宽些，则可采用多节的功率分配器。利用微波网络理论可以证明:任何无耗的三端口网络不可能同时实现各端口的匹配和隔离；但是对于加了隔离电阻的三端口功率分配器，即成了有耗网络，因此各端口可以同时得到匹配和隔离。
微带一分三功分器的工作原理与上述分析类似，不同之处仅在于输出路数。
3. 功分器性能参数概念介绍
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、支路端口间的隔离度、输入驻波比等。
k Z Z R Z 00305==k
Z Z R Z 00204==32P P =1
=k 0
32Z R R ==003022Z
Z Z ==02Z r =
3.1输入驻波比
驻波：终端不匹配的传输线上各点的电压和电流由入射波和反射波叠加而形成驻波。
传输线上波腹处电压振幅和波节点电压振幅之比为电压驻波比，用ρ表示。
3.2频率范围
这是各种射频/微波电路的工作前提，功分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，才能进行设计。
3.3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之一，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。
3.4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所带来的损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，而分配损耗为其中一路输出功率与输入功率的比。：
理想等分功分器的分配损耗为（dB ）=10lg （1/N ） (3-2)
N 为功分器路数
N=2 3.0dB
N=3 4.8dB
N=4 6.0dB
N=8 9.0dB
N=16 12.0dB
3.5 隔离度
支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。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。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，各分配支路之间的
衰减量[5]。输入端的输入功率与隔离端的输出功率之比，记为C ，
(3-3) outj
ini P P Lg C 10=
3.6 平衡
幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度相差最大值。相位平衡：指频带内各输出端口之间相对于输入端口相移量的起伏程度。
3.7 S参数
S参数是与电压驻波比（VSWR）直接相关的反射系数。传输系数通常用来表示增益或衰减。S参数从功率的角度表达电路的输入和输出，因此可以用来度量沿50Ω传输线电路元件的传输功率和反射功率。S参数通过将电路端接系统的实际线阻来测量，它是一个具有幅度和相位信息的矢量。s11、s22为反射
功率和入射功率之比，两者同反射系数Γ一样，在Smith圆图中得到广泛应用。因此，任意两端口器件的输入、输出参数及其对的特征阻抗可以从极坐标图中提取。常见的S参数以dB表达，见下表3-1
表3-1 S参数及意义Array
4. 功分器的设计
本节内容是介绍使用ADS软件设计功分器的方法：包括原理图绘制，电路参数的优化、仿真，版图的仿真等。
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、S41是传输参数，反映传输损耗；S11、 S22、 S33、S44分别是输入输出端口的反射系数，由它可以换算出输入、输出端的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，使系统性能下降。S23等反映了三个输出端口
之间的隔离度。在ADS中功分器的电路原理图如图4-3所示。
图4-3 功分器原理图
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VAR图标，把变量控件VAR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)。
在设计时，隔离电阻要选用贴片电阻，其宽度和微带线一致。这里有一个难点，因为选择的隔离电阻尺寸必须很小，这就意味着功分器的两个分支电路必须凑的很近才能与电阻相连，即两支路间的缝隙很小，但这样又会引起输出两支路间的强耦合，破坏了我们所要的功分比。如果加大缝隙，即要加长电阻的尺寸才能焊接在两支路上，这样又会恶化两分支电路间的隔离度以及馈线的反射。因此要反复修正电路，让缝隙的宽度既能避免两支路间发生耦合，又能符合电阻尺寸的要求，同时要避免缝隙过小导致在电阻焊接时产生困难。对参
数的优化需注意：
（1）选择优化设置控件，设置优化方法Random(随机)及优化次数。
（2）选择优化目标控件Goal，设置其参数；这里总共设置了多个优化目标。设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可以进行参数优化了。
(3)优化:点击工具栏中的Simulate按钮就开始进行优化仿真了。在优化过程中会打开一个状态窗口显示优化的结果，其中的CurrentEF表示与优化目标的偏差，数值越小表示越接近优化目标，0表示达到了优化目标，下面还列出了各优化变量的值，当优化结束时还会打开图形显示窗口。
在一次优化完成后，要点击原理图窗口菜单中的Simulate -> Update Optimization Values保存优化后的变量值(在VAR控件上可以看到变量的当前值)，否则优化后的值将不保存。
经过数次优化后，CurrentEf的值为0，即为优化结束。优化过程中根据情况可能会对优化目标、优化变量的取值范围、优化方法及次数进行适当的调整。
5. 观察仿真曲线
5.1调出仿真结果
点击图形显示窗口左侧工具栏中的按钮，放置一个方框到图形窗口中，
这时会弹出一个设置窗口，在窗口左侧的列表里选择S(1,1)即S11参数，点击Add按钮会弹出一个窗口设置单位(这里选择dB)，点击两次OK后，图形窗口中显示出S11随频率变化的曲线。
用同样的方法依次加入其他S参数的曲线。
为了准确读出曲线上的值，可以添加Marker，方法是点击菜单中的
Marker -> New，出现Instert Marker的窗口，接着点击要添加Marker的曲线，曲线上出现一个倒三角标志，点击拖动此标志，可以看到曲线上各点的数值。
5.2观察仿真曲线
经过多次优化后,得到优化后的结果如图4-4所示
图4-4 优化后的S曲
5.3 版图的生成
各S参数达到指标要求后，再进行版图的生成，这里先要设置微带电路的基本参数(即原理图中MSUB里的参数)，方法是点击版图窗口菜单中的Momentum -> Substrate -> Update From Schematic从原理图中获得这些参数，点击Momentum -> Substrate -> Create/Modify可以修改这参数。图4-5为ADS中生成的版图，图4-6为从ADS导入AutoCAD的到的版图。
图4-5 ADS 版图
图4-6 CAD版图
结论
微波器件的分析与设计涉及到的数学知识较多，计算烦琐，而且要用到多种特殊函数，因此需要借助于计算机，这样不仅省时、省力，最主要的是可以比较直观地得到优化结果，这一点已经在本课题设计中很好地体现出来了。ADS 作为微波领域的优秀仿真软件，功能强大，其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟，线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具。
本论文以微波电路CAD软件----ADS为工具，在人工设计的基础上进行仿真和优化，利用这种设计方法摆脱了盲目性的人工调试，大大缩短了研制周期、减少了设计成本，并比较容易达到高指标。
在设计过程中，因为考虑到这是要加隔离电阻的功分器，选择的电阻尺寸必须很小，这就意味着功分器的三个分支电路必须凑的很近才能与电阻相连，即三支路间的缝隙很小，但这样又会引起输出三支路间的强耦合，破坏了我们所要的功分比。如果加大缝隙，即要加长电阻的尺寸才能焊接在三支路上，这样又会恶化各分支电路间的隔离度以及馈线的反射。因此如何选择各支线的间距，是设计中的难点。
对于微带功率分配器我们常用的是功率等分的功率分配器，有很多软件对于功率分配器的仿真都是可以的，常用的有ESSOF，ADS，Microwave Office等，
由于软件仿真的结果是理想化的，而实际由于电阻接头等引起的误差是不可避免的。例如对于各个端口的回波损耗及隔离度，ESSOF，Microwave Office的仿真结果很接近，与实验结果相比较而言，一般仿真结果需要达到28dB，实验出来的才能达到21dB，但仿真结果超过28dB后实验的结果变化并不大，这与电缆、接头等的回波损耗有关系。如果采用的是ADS，由于建模更接近真实，考虑到拐角等，一般情况下回波损耗及隔离度仿真结果与实验结果相差3--4dB 左右，也就是说仿真是24dB而实际就能做到21dB。
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
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
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
【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
(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
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
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...
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
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
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
功分器的研究
功分器的研究 电子信息工程专业杨海波 指导老师李俊生 摘要：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。而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。本论文的工作主要是对功分器的相关组件及其原理进行研究和分析。对比了几种常见的微带功分器，并着重利用奇偶模分析法对Wilkinson N路功率分配器进行分析阐述。最后我们设计仿真了一个功分器，并且达到了我们设计制作的要求。 关键词：功分器，功率合成，MO软件，设计与仿真 1 引言 1.1研究的背景与意义[1] 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。 1.2功分器的产生与发展[23] 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。 1.3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，钟哲夫曾在空间合成高功率微波方面做了一些深入探讨，提出每支常规大功率管子供给一个输出喇叭、多支喇叭组成阵列,使辐射场在空间合成高功率微波束，重点研究了各种馈源输出喇叭阵列合成性能。汪海洋曾对高功率合成的关键技术，如锁相源、高功率移相器、功率合成器进行了讨论分析。并结合实验室实际情况，提出了以三端口输出相对论磁控管作为相干高功率微波源进行高功率合成技术研究的方案。理论计算和三维电磁仿真软件HFSS结合，设计了一种高功率微波介质移相器和波导型功率合成器，给出了具体设计参数。国内其他学者对功率合成技术也进行了相关研究。 1.4 本论文的内容和结构 本论文一共由五章组成: 第一章是引言部分，首先介绍了本论文的背景及研究意义，然后阐述了功分器的发
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
威尔金森功分器的设计
综合课程设计实验报告 课程名称：综合课程设计（微波组） 实验名称：威尔金森功分器的设计 院（系）：信息科学与工程学院 2020 年6月12 日
一、实验目的 1. 了解功分器电路的原理和设计方法； 2. 学习使用Microwave office 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、实验原理 Wilkinson 功率分配器 根据微波网络理论，对于三端口网络，匹配、互易、无耗三者中， 只能有两个同时满足。Wilkinson 功率分配器是一个有耗的三端口网络（如 图1.1所示），它通过在输出端之间引入特性阻抗为2Z 0的电阻，实现了 理想的功率分配与功率合成。用于功率分配时，端口1是输入端，端口2 和端口3是输出端；用于功率合成时，端口2和端口3是输入端，端口1 是输出端。 可以制成任意功率分配比的Wilkinson 功率分配器，本实验只考虑等 分（3dB ）的情况，其结构如图1.2所示。由两段微带线与输出端之间的电阻构成，两段微带线是对称的，其特性阻抗为02Z ，长度为/4g ，并联电阻值为2Z 0。 图1.1 Wilkinson 功分器示意图 图1.2 微带线形式的等分Wilkinson 功分器
三、实验内容和设计指标 实验内容 1. 了解Wilkinson功分器的工作原理； 2.根据指标要求，使用Microwave office软件设计一个Wilkinson功分器，并对其参数进行优化、仿真。 设计指标 在介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片上（T取0.036mm，Loss tangent取0.02），设计一个中心频率为f=3.2GHz、带宽为200MHz，用于50欧姆系统阻抗的3dB微带功分器。要求：工作频带内各端口的反射系数小于-20dB，两输出端口间的隔离度大于25dB，传输损耗小于3.5dB。功分器的参考结构如1.3图所示。在设计时要保证两个输出端口之间的距离大于10mm，以便于安装测试接头；同时为了便于焊接电阻，d要为2.54mm左右。 图1.3 Wilkinson功分器的结构 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是传输系数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数；S23（或S32）反映了两个输出端口之间的隔离度。
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