功分器

功分器、耦合器、电桥、双工器原理与分析

本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。

1功分器

1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。

2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。

功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递

减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 3）主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。

以下对各项指标进行说明:

l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。（因功分器输出端阻抗不同，应使用端口

阻抗匹配的网络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗）

耦合器和三功分器图示

分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转

换成dBm＝10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－

25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB

l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相

比所减小的量）。插入损耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功

分器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。

插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D的损耗，假设3功分

是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝5.3dB-4.8dB=0.5dB.

微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为0.1dB左右。由于插损

不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：

3.5dB/5.5dB/6.5dB等来表示二/三/四功分器的插损。

l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。

隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，

及CD间的损耗。

l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15

的；微带功分器则每个端口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。

l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W平均功率。

l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～2000MHz和800～2500MHz频段l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：

0.2~0.5dB。

2耦合器

1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的称为直通端和耦合端)

2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。

从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体耦合器内部是2条金属杆,组成的一级耦合.

微带耦合器内部是2条微带线,组成的一个类似于多级耦合的网络.

3主要指标：耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度。

以下对各项指标进行说明:

l 耦合度：信号功率经过耦合器，从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。（一般都是理论值如：6dB、10dB、30dB等）

耦合度的计算方法：如上图所示。是信号功率C-A 的值比如输入信号A为30dBm 而耦合端输出信号C为24dBm 则耦合度＝C-A＝30-24＝6dB，所以此耦合器为6dB耦合器。因为耦合度实际上没有这么理想，一般有个波动的范围，比如标称为6dB的耦合器，实际耦合度可能为：5.5~6.5之间波动。

l 隔离度：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离；一般此指标仅用于衡量微带耦合器。并且根据耦合度的不同而不同：如：5－10dB为18～23dB，15dB为20～25dB，20dB（含以上）为：

25～30dB；腔体耦合器的隔离度非常好所以没有此指标要求。

计算方法：如上图指的是图中的淡蓝色曲线上的损耗，使用网络分析仪将信号由B输入，测C

处减小的量即为隔离度。

l 方向性：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值，由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB以上基本没有方向性，所以微带耦合器没有此指

标要求，腔体耦合器的方向性一般为：1700～2200MHz时：17～19dB，824～960MHz时：

18～22dB。

计算方法：方向性＝隔离度－耦合度

例如6dB的隔离度是38dB，耦合度实测是6.5dB，则方向性＝隔离度－耦合度＝38－

6.5=31.5dB。

l 插入损耗：指的是信号功率经过耦合器至输出端出来的信号功率减小的值再减去分配损耗的值所得的数值。一般插损对于微带耦合器则根据耦合度不同而不同，一般为：10dB以下的：

0.35~0.5dB,10dB以上的：0.2~0.5dB。

计算方法：由于实际上耦合器的内导体是有损耗的，如上图所示以6dB耦合器为例，在实际测试中假设输入A是：30dBm，耦合度实测是：6.5dB，输出端的理想值是28.349dBm（根据实测

的输入信号，和耦合度可以计算得出），再实测输出端的信号，假设是27.849dBm,那么插损

＝理论输出功率－实测输出功率＝28.349-27.849=0.5dB；

l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，各端口要求则一般为：1.2~1.4；

l 功率容限：指的是可以在此耦合器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带耦合器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～200W平均功率。

l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～2000MHz和800～2500MHz频段

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

功分器,耦合器,合路器的区别

耦合器与合路器作用正好相反。耦合器用于接收端，合路器用于发射端。耦合器将接收到的无线信号分为几路给不同的接收机，合路器则将几路从不同发射机过来的射频信号合为一路到天线发射。 耦合器有4端口的，也有3端口的。其实这两个在原理上和结构上是一样的，之所以出现3端口的耦合器是因为在4端口耦合器的其中一个耦合端加了个负载，这样就变成三端口了。 以4端口耦合器为例，每个端口的名称为：RF-INPUT射频信号输入端，RF-OUTPUT 射频信号输出端，COUPLED FORWARD前向耦合端，COUPLED ERVERSE后向耦合端。 再以15dB四端口耦合器为例： 0dBm信号从RF-INPUT输入，其它每个端口得到的功率为： RF-OUTPUT -1.2dBm COUPLED FORWARD -15dBm COUPLED ERVERSE -35dBm 0dBm信号从RF-OUTPUT输入，其它每个端口得到的功率为： RF-INPUT -1.2dBm COUPLED FORWARD -35dBm COUPLED ERVERSE -15dBm 0dBm信号从COUPLED FORWARD输入，其它每个端口得到的功率为：COUPLED ERVERSE -1.2dBm RF-INPUT -15dBm RF-OUTPUT -35dBm 0dBm信号从COUPLED ERVERSE输入，其它每个端口得到的功率为：COUPLED FORWARD -1.2dBm RF-OUTPUT -15dBm RF-INPUT -35dBm 在通信系统中： 合路器主要用作将多系统信号合路到一套室内分布系统。 在工程应用中，需要将800MHZ的C网和900MHz的G 网两种频率合路输出。采用合路器，可使一套室内分布系统同时工作于CDMA频段和GSM频段。 又如在无线电天线系统中,将几种不同频段的(如145MHZ与435MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根馈线与电台连接,这不仅节约了一根馈线,还避免了切换不同天线的麻烦。

高频功率放大器的设计及仿真

东北大学秦皇岛分校电子信息系 综合课程设计 高频功率放大器的设计及仿真 专业名称电子信息工程 班级学号5081112 学生姓名姜昊昃 指导教师邱新芸 设计时间2011.06.20~2011.07.01

课程设计任务书 专业：电子信息工程学号：5081112学生姓名（签名）： 设计题目：高频功率放大器的设计及仿真 一、设计实验条件 Multisim软件 二、设计任务及要求 1.设计一高频功率放大器，要求的技术指标为：输出功率Po≥125mW，工作 中心频率fo=6MHz，η>65%； 2.已知：电源供电为12V，负载电阻,RL=51Ω，晶体管用2N2219，其主要参 数：Pcm=1W,Icm=750mA,V CES=1.5V, f T=70MHz,hfe≥10，功率增益Ap≥13dB（20倍）。 三、设计报告的内容 1.设计题目与设计任务（设计任务书） 2.前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 4.结束语（设计的收获、体会等） 5.参考资料 四、设计时间与安排 1、设计时间：2周 2、设计时间安排： 熟悉实验设备、收集资料：2 天 设计图纸、实验、计算、程序编写调试：4 天 编写课程设计报告：3 天 答辩：1 天

1.设计题目与设计任务（设计任务书） 1.1 设计题目 高频功率放大器的设计及仿真 1.2 设计任务 要求设计一个技术指标为输出功率Po≥125mW，工作中心频率fo=6MHz η>65%的高频功率放大器。 2. 前言（绪论） 我们通过“模电”课程知道，当输入信号为正弦波时放大器可以按照电流的导通角的不同，将其分为甲类、乙类、甲乙、丙类等工作状态。甲类放大器电流的导通角为360度，适用于小信号低功率放大；乙类放大器电流的导通角约等于180度；甲乙类放大器电流的导通角介于180度与360度之间；丙类放大器电流的导通角则小于180度。乙类和丙类都适用于大功率工作。 丙类工作状态的输出功率和效率是上述几种工作状态中最高的。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。 可是若仅仅是用一个功率放大器，不管是甲类或者丙类，都无法做到如此大的功率放大。 综上，确定此高频电路由两个模块组成：第一模块是两级甲类放大器；第二模块是一工作在丙类状态的谐振放大器，它作为功放输出级，最好能工作在临界状态。此时，输出交流功率达到最大，效率也较高，一般认为此工作状态为最佳工作状态。 3. 系统原理 3.1 高频功率放大器知识简介 在通信电路中，为了弥补信号在无线传输过程中的衰耗要求发射机具有较大的功率输出，通信距离越远，要求输出功率越大。为了获得足够大的高频输出功率，必须采用高频功率放大器。高频功率放大器是无线电发射设备的重要组成部分。在无线电信号发射过程中，发射机的振荡器产生的高频振荡信号功率很小，

【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

Ku波段一分八宽带功分器开发及实现

Ku波段一分八宽带功分器开发及实现 [摘要]利用Wilkinson功分器的工作原理，仿真设计了一款Ku波段1分8微带线功分器，并通过产品实测验证，该功分器在14～18GHz的范围内性能优良，各端口匹配和幅相一致性良好，带内起伏小，与仿真结果吻合较好。 [关键词]Ku波段；宽带功分器；一分八 功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的多路输出的一种多端口微波网络，广泛运用在雷达、多路中继通信机等微波射频电路中。同时功率分配器也可以逆向用作功率合成器，所以也可称为功率分配/合成器。在微波技术和制造工艺不断发展的条件下，近年微带功分器作为高频段低功率的功率分配/合成器的主要形式广泛应用。本文即在Ku波段支持下，研究可实现一分八功能的宽带功分器。具体分析如下： 1背景分析 近年来有源相控雷达系统广泛应用，同时随雷达系统的工作频率越来越高，阵列单元间距越来越小，微带形式的功率分配/合成器是小型化微波模块的首选设计方式。 由于微带板材料在高频段相对插损越来越高，所以在设计中需要通过仔细的理论分析和仿真计算预先优化好功率分配器性能，以降低后期制造和调试的难度。 对于微波模块中使用的微带功分器的主要要求是各端口驻波较小、各路插损较小、各路幅相一致性好、通道间隔离度好以及与设计一致的工作带宽 2微带功分器原理 一个二等分功分器如图所示，其输入线和输出线特性阻抗都是ZO，输入和输出口之间的分支线特性阻抗为Z1，线长为λg/4。 对功分/合成器的主要要求有：当（2）、（3）口接匹配负载时，在输入的（1）口无反射，反之，对（2）、（3）口也如此。（2）、（3）两输出口功率按一定比例分配，以及（2）、（3）两输出口之间相互隔离。 从图中可直接看出：由于（2）及（3）两路结构上对称，故功率是平分的。 跨接在A、B两点上的电阻R是为了得到（2）（3）两口之间相互隔离的作用。 由于单级变换的功分器无法达到Ku波段4GHz的带宽要求，所以必须采取

宽带射频功率放大器设计

?阻抗变换器和阻抗匹配网络已经成为射频电路以及最大功率传输系统中的基本部件。为了使宽带射频功率放大器的输入、输出达到最佳的功率匹配，匹配电路的设计成为射频功率放大器的重要任务。要实现宽带内的最大功率传输，匹配电路设计非常困难。本文设计的同轴变换器电路就能实现高效率的电路匹配。同轴变换器具有功率容量大、频带宽和屏蔽好的特性，广泛应用于VHF/UHF波段。常见的同轴变换器有1:4和1:9阻抗变换，如图1所示。但是实际应用中，线阻抗与负载不匹配时，它们的阻抗变换不再简单看作1:4或1:9.本文通过建立模型，提出一种简化分析方法。 1 同轴变换器模型 同轴变换器有三个重要参数：阻抗变换比、特征阻抗和电长度。这里用电长度是为了分析方便。当同轴线的介质和长度一定时，电长度就是频率的函数，可以不必考虑频率。 1.1理想模型 理想的1:4变换器的输入、输出阻抗都匹配，每根同轴线的输入、输出阻抗等于其特征阻抗Z0，其等效模型如图2所示。

其源阻抗Zg与ZL负载阻抗变换比为： 图2和公式（1）表明：变换器的阻抗变换比等于输入阻抗与输出阻抗之比。 同轴变换器的输入阻抗等于同轴线的输入阻抗并联，输出阻抗等于同轴线的输出阻抗串联。 1.2通用模型 由于特征阻抗是实数，而源阻抗与负载阻抗一般都是复数，所以，就不能简单的用变换比来计算。阻抗匹配就是输入阻抗等于源阻抗的共轭，实现功率的最大传输。特征阻抗为Z0，电长度为E的无耗同轴线接复阻抗的电路如图3所示。 由于源阻抗与同轴线特征不匹配，电路的反射系数就不是负载反射系数。 由于同轴线是无耗的，进入同轴线的功率就等于负载消耗的功率。那就可以把电路简化只有一个负载Zin，又因为Zg与Zin都是复数且串联，就可以把Zg中的虚部等效到Zin中，最后得到反射系数为： 其中：

功分器,耦合器-无源器件基础知识

无源器件基础知识 作者：佚名文章来源：internet点击数：348 更新时间：2006-8-1 ⒈ 功率分配器 功率分配器的任务是把射频功率按一定比例分成两路或多路。通常采用的功率分配器是T型接头或T型接头的变形，其类型有波导型、同轴线型、带状线型或微带线型等。图1.1是典型的微带三端口功率分配器。 图1.1 三端口功率分配器 当信号从端口1输入时，功率从端口2和端口3输出，只要设计恰当，两输出可按一定比例分配，并保持同相，隔离电阻R中没有电流，不吸收功率。若端口2或端口3稍有失配，则有功率反射回来，被电阻R吸收，从而保证两输出端有良好的隔离，并改善输出的匹配。 功率分配器的主要技术指标要求是：功率分配比、工作频带、两输出端的隔离度，输入电压驻波比，功率容量等。 ⒉ 定向耦合器 ⑴分类 定向耦合器的类型很多，按其耦合输出方向分类，有同向定向耦合器（图2.1-a ）和反向定向耦合器（图2.1-b）。 图2.1 同向和反向定向耦合器

按其传输线类型分类，可分为波导定向耦合器、同轴线定向耦合器、带状线或微带线定向耦合器等。常用传输线类型如图2.2所示。 按其耦合强弱分类，可分为强耦合定向耦合器和弱定向耦合器。通常称0dB、3dB等定向耦合器为强耦合器；20dB、30dB等定向耦合器为弱定向耦合器；而直径分贝值为中等耦合定向耦合器。按其承受功率分类，可分为小功率定向耦合器和大功率定向耦合器。 按其输出相位分类，有90°定向耦合器。 图2.2 常用传输线截面图 ⑵定向耦合器的技术指标 耦合度 设图2.1-b的定向耦合器中端口1的归一入射电压为a1，端口4耦合输出的反射波电压为b4，则输出电压与入射电压之比，叫电压耦合系数，即 而功率耦合系数是 若用分贝表示，则得分贝耦合系数是

一种宽带功分器设计与分析

2010年11月第6卷第4期 系统仿真技术 Syste m S i m u l ation Tec hno l ogy N ov .,2010 V o.l 6,N o .4 中图分类号:TN 821 文献标识码:A 一种宽带功分器设计与分析 苏 畅,李迎松,刘乘源,杨晓冬,姜 弢 (哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨 150001) 摘 要:为了解决全球卫星定位系统中圆极化天线的馈电问题,基于威尔金森功分器理论和宽带移相器理论,介绍了1种用于全球卫星定位系统的微带功分器。利用H FSS(高频结构仿真器)对关键的参数进行分析和评估,从仿真结果可以看出,所设计的功分器隔离度高,体积小,驻波比低,且具有移相功能,可以用在GPS(全球卫星定位系统),GALLEO ( 加利略 定位系统),GLON SS(俄罗斯的 格鲁纳斯 定位系统)和我国自己的COM PA SS 全球卫星定位系统中作为宽带圆极化天线和天线阵列的馈电网络。关键词:功分器;移相器;全球卫星定位系统;北斗 Desi gn and Anal ysis of aW i deband Power D ivi der SU Chang,LI Yingsong,LIU Chengyuan,YANG X i a odong,JANG Tao (Coll ege of Infor m ati on and C o mm un i cati on E ngi neerin g ,H arb i n Engi n eeri ng Un i versit y ,H arb i n 150001,Ch i na) Abstract :A w i d eband pow er d iv i d er based on w ilkinson pow er div i d er and w ideband sh ifter w as pre sented fo r circularly po larized antenna fed net w o rk used i n G loble Po siti o n i n g Sy ste m.The key para m e ters o f t h e pow er div i d er w as ana lyzed and esti m ated by using e l e ctr om agnetic so lver ,H FSS (H i g h Frequency S tructure Si m ulato r).Fr om the results ,the pow er d iv i d er had higher iso lation ,s m a ll e r size ,low er V S W R (V o ltage Standing W av e Rati o ),and had a sh ifter .Therefo re ,the pr o po sed pow er div i d er can be used in GPS (G l o bal Position Sy ste m ),GALLE O,GLONSS and COM PA SS as a fed net w ork used i n circularl y po larized antenna and antenna array in G lob l e Po sitioni n g Sy ste m.Key words :pow er div i d er ;sh ifter ;g loble po sitioning sy ste m;COM PASS 基金项目:科技部中小企业技术创新基金资助项目(08C26212301759);哈尔滨市科技创新人才专项基金资助项目(2009RFKXG 010) 1 引 言 在微波电路中,为了将一路能量分成两路或者 多路,需要使用功率分配器。特别是近些年来,随着微波和毫米波的迅速发展,小型化、低剖面、易于和微波电路集成等优点已经成为国内外学者和工程技术应用广泛关注的热点之一。而微带电路由 于体积小、重量轻、便于和微波电路集成等优点,已经广泛地应用在星载、弹载和卫星导航系统中,如全球卫星定位系统GPS ,GALLE O,GLONSS 和我国自己的COM PASS 全球卫星定位系统[1-6]。随着深空通信的迅速发展,对小型圆极化天线和多模通信天线的需求在不断增加。 为了解决圆极化天线的设计问题和单一系统覆盖空白及定位精度低的问题,需要开发1种

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

功分器耦合器电桥原理与分析

功分器、耦合器、电桥原理与分析 2010-05-21 13:00 本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。 1功分器 1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。 2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是 几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。 （因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测 得与理论值接近的分配损耗） 耦合器和三功分器图示 分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话， 每份功率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝ 10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－ 25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率

通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损 耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分 器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。 插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝ 5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为 0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整 个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等 来表示二/三/四功分器的插损。 l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。 隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。 l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端 口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。 l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W 平均功率。 l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～ 2000MHz和800～2500MHz频段 l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。 2耦合器 1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的 称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。

功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能要点

功率放大器设计的关键：输出匹配电路的性能 对于任何功率放大器（功率放大器）设计，输出匹配电路的性能都是个关键。但是，在设计过程中，有一个问题常常为人们所忽视，那就是输出匹配电路的功率损耗。这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器，以及其他耗能元件中。功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。 因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件，所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。输出匹配的具体电路不同，损耗也不一样。对于设计者而言，即使他没有选择不同技术的余地，在带宽和耗散损失之间，在设计方面仍然可以做很多折衷。 匹配网络是用来实现阻抗变化的，就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统，RF设计者们在这上面下了很大的功夫。对于功率放大器，阻抗控制着传送到输出端的功率大小，它的增益，还有它产生的噪声。因此，功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。 损耗有不同的定义，但是这里我们关心的是在匹配网络中，RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。这些损耗掉的功率是没有任何用途。依据匹配电路功能的不同，损耗的可接受范围也不同。对功率放大器来讲，输出匹配损耗一直是人们关注的问题，因为这牵涉到很大的功率。效率低不仅会缩短通话时间，而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。 例如，一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时，效率是55%，能够输出34dBm 的功率。在输出功率为最大时，功率放大器的电流为1.3A。匹配的损耗在 0.5dB到1dB的数量级，这与输出匹配的具体电路有关。在没有耗散损失时，功率放大器的效率为62%到69%。尽管损耗是无法完全避免的，但是这个例子告诉我们，在功率放大器匹配网络中，损耗是首要问题。 耗散损失 现在我们来看一个网络，研究一个匹配网络（图1a）中的耗散损失。电源通过无源匹配网络向无源负载传输功率。在电源和负载阻抗之间没有任何其他的限制。把匹配网络和负载合在一起考虑，电源输出一个固定量的功率Pdel到这个网络（图1b）。输出功率的一部分以热量的形式耗散在匹配网络中。而其余的则传输到负载。Pdel是传输到匹配网络和负载（图 1c）上的总功率，PL是传输到负载的那部分功率。 了解了这两个量，我们就可以知道，实际上到底有多大的一部分功率是作为有用功率从电源传输到了负载，其比例等于PL/Pdel。 这是对功率放大器输出匹配的耗散损失的正确测量，因为它只考虑了实际传输

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...

超宽带功分器的设计

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/5b17605865.html, 超宽带功分器的设计 作者：朱英超杨青慧张怀武 来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期 摘要 首先介绍了宽带功分器的实现方法，然后在Ansoft公司软件HFSS中对功分器建模、仿真，制作出实物：频带范围1-8GHz，尺寸为46.02mm×28mm×10mm，达到了小型化的目的，最后加上隔离电阻，在矢量网络分析仪上进行测试。测试结果表明：功分器在所需要的频带内具有良好的隔离度以及在各个端口均实现了良好的匹配，可以满足实际需要。 【关键词】宽带功分器小型化矢量网络分析仪隔离度匹配 在现代微波毫米波系统中，功分器扮演着重要的角色，其性能的好坏直接影响着整个系统的指标。功分器是一种多端口网络，可以将一路功率信号等分或者按一定比例分配成多路信号，例如在相控阵雷达中，通常需要使用功分器将发射机功率按一定比例分配到天线阵列中。 目前的宽带功分器主要采用微带线、带状线两种结构。带状线结构的功分器具有损耗小、一致性好等优点，但是设计起来比较麻烦。微带线结构的功分器设计相对方便，焊接调试简单，便于和现代板级微波毫米波电路集成，因此我们采用微带线结构进行设计。 1 原理分析 窄带Wilkinson功分器：Wilkinson功分器是目前最常用的一种功分器类型，可以做到在输出端口完全匹配的情况下，具有一定的隔离度。通过在输出端口引入隔离电阻，从而变成有耗网络，因此可以做到全部端口匹配。输入信号从端口1进入，各路分支线的长度是完全相等的，两路信号所经过的电长度是相等的，所以当信号到达端口2和3时，电阻两端是等电位的，没有电流流过电阻，也就不消耗任何功率。此时假如在端口3发生反射，反射回来的功率分一路通过电阻达端口2，另外一路通过端口1重新分配后到达端口2，合理的选择电阻的位置可以使两路信号的相位相差180度，大小相等，方向相反，相互抵消，从而达到隔离的目的。根据奇偶模分析，可以得到隔离电阻的取值为：2Z0。 2 仿真设计与加工 一般设计超宽带功分器时首先根据功分器的带宽确定功分器的阶数，然后查表得到每节归一化阻抗换算成微带线的长度跟宽度。得到初始数据后，在ADS或者CAD中建模导出DXF 文件，带进HFSS里仿真。 本文设计1～8GHz二等分超宽带功分器，采用罗杰斯4003基板，基板的介电常数为 3.55，损耗正切为0.0027，厚度为20mil，微带线采用铜，铜的厚度为0.5盎司，表面采用沉金

超小型化多级Wilkinson功分器设计技术研究

超小型化多级Wilkinson功分器设计技术研究传统的功分器通常采用分布参数结构,该结构虽然可有效保证器件插入损耗性能的优越性,但其尺寸较大,与波长相比拟,很难满足高集成度系统对器件小型化的要求。为了解决上述问题,设计者通常采用π型或T型集总参数电路对功分器中传输线进行等效,以获得基于集总参数元件的功分器电路等效模型,从而实现功分器的小型化。 但是,由于其等效电路模型带宽的限制,上述小型化思路很难被应用于多级功分器的设计,这也限制了小型化功分器的带宽。鉴于上述情况,为了实现功分器小型化与超宽带性能的统一,以满足未来系统对功分器的需求,本文对超小型化多级功分器设计技术进行了研究,主要工作内容及创新点如下:1.对基于电磁混合耦合的T型传输线集总参数等效电路模型进行研究,仿真结果表明,该模型能够在超宽带范围内实现设计对传输线的良好等效。 在此基础设计上,采用基于电磁混合耦合的T型传输线集总参数等效电路模型对4阶Wilkinson功分器进行等效,给出了一种性能良好、全集总参数的多级功分器电路级模型。2.基于上述所提出的功分器电路级模型,采用薄膜IPD技术,设计了一款工作频段在2G²2GHz的超小型化Wilkinson功分器,电磁仿真结果表明,该功分器在带宽内S₁₁回波损耗小于 -15dB,S₂₁插损小于2.5dB,S₃₂隔离大于15dB,物理面积尺寸为1.7mm×0.9mm（0.068λ₀×0.036λ₀）。 3.对所提出的功分器在系统中的应用技术进行研究,给出了一种具有幅度均衡能力的超小型化功分器架构。该架构基于薄膜IPD技术,在2.1mm×1.8mm （0.084λ₀×0.072λ₀）尺寸内实现功分器与均衡器的

一分四功分器仿真案例

一分四功分器的设计 这个例子教你如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个一分四的微带功分器。 图1 一、开始 1. 启动Ansoft HFSS 点击微软的开始按钮，选择程序，然后选择Ansoft，HFSS13程序组，点击HFSS13， 进入Ansoft HFSS。 2. 设置工具选项 1、设置工具选项 注意：为了与这个例子的后续步骤一致，要对工具选项进行如下设置： 2、选择菜单：Tools > Options > HFSS Options 3、HFSS选项窗口 a、点击常规（General）标签 创建边界时使用数据输入条（Use Wizards for data entry when creating new boundaries）：选勾 复制几何图形的边界（Duplicate boundaries with geometry）：选勾 b、点击确定键。 4、选择菜单Tools 〉Options 〉Modeler Options 。 5、3D Modeler Options模块选项窗口 a、点击Operation 键 曲线自动封闭（Automatically cover closed polylines）：选勾 b、点击Drawing 键 新的原始模型编辑属性（Edit property of new primitives）：选勾 c、点击确定。 3. 打开新工程 1、在HFSS窗口，点击工具条上的，或者选择菜单File > New 。 2、从Project菜单选择Insert HFSS Design。 图2 4. 设置求解类型 1. 选择菜单HFSS 〉Solution Type。 2. Solution Type窗口： 1）选择模式驱动（Driven Modal） 2）点击OK按钮。 图3 二、建立3D模型 1. 设置模型单位 1. 选择菜单Modeler 〉Units 。 2. 设置单位： a. 选择单位毫米（mm） b. 点击确定 2. 设置默认材料

04-室分系统及无源器件相关基础知识

教材 d04认证题目 一、单选题 1、(中级)dB、dBm、dBi、dBc几个单位中有几个是表示相对值的（ C ） A、1个 B、2个 C、3个 D、4个 2、以下哪项技术大量应用于隧道场景的分布系统（ B ） A、光纤分布系统 B、漏缆分布系统 C、射频有源分布系统 D、以上都不对 3、双通道功率不平衡对于MIMO效果影响较大，双通道功率不平衡建议控制在( C )以内。 A、1dB B、3dB C、5dB D、7dB 4、以下说法错误的是（ D ） A、CDMA800 导频功率43dBm B、GSM900 导频功率43dBm C、WCMDA导频功率33dBm D、TD-LTE 导频功率43dBm 5、以下故障申告与分布系统硬件故障相关度较高的是（ A ） A、驻波告警类 B、接入失败 C、乒乓切换 D、信号外泄 6、室内覆盖系统主要哪两部分组成（ B ） A、直放站和无源天馈系统B、信号源和信号分布系统 C、微蜂窝和有源分布方式 D、宏蜂窝和泄漏电缆布放方式 7、（中级）室内分布系统的信号源以下哪些设施中引入（ B ） A、合路器 B、功分器 C、耦合器 D、放大器 8、室内分布系统信号外泄不能高于室外信号强度( B )dB。 A、5 B、10 C、15 D、20 9、（中级）室分系统出现故障时，首先应该（ A ） A、排查信源 B、测驻波 C、测天线口功率 D、信号路测 10、泄露电缆卡具安装时每隔（ B）米安装一个。 A、0.5 B、1 C、2 D、5 11、电梯覆盖中除采用天线方案覆盖外，还可采用（B）。 A、辐射型漏缆 B、耦合型漏缆 C、干放 D、以上都不对 12、目前移动TD-LTE室内分布系统采用的E频段指（ C ） A、1.8G B、1.9G C、2.3G D、2.6G 13、根据铁路规范，隧道内漏缆按照每隔（ B）米设置一处防火卡具。 A、5 B、10 C、20 D、50 14、漏泄电缆需按照《铁路通信漏泄同轴电缆》（TB/T 3201）要求采用无卤、低烟（A）漏泄电缆。 A、阻燃 B、防腐 C、铠装 D、防蛀 15、（中级）对于使用两个单极化天线的双通道室分系统，现场安装条件受限时，同一点位的两付天线间距应不小于( B )米，安装条件允许时应在1.2-1.5米左右。 A、0.5 B、0.6 C、0.8 D、1 16、1 W等于多少dBm（C） A、20dBm B、27dBm C、30dBm D、33dBm 17、（中级）进行POI多系统合路时，一般前几级使用大功率耦合器？ A、前一级 B、前二级 C、前三级 D、前四级 18、室内小区与室外宏基站的切换区域应规划在建筑物的（ C ），避免切换区域落到室内或室外道路区域。 A、内部区域 B、高层区域 C、出入口处 D、外部区域 19、室内覆盖信号应尽可能少的泄漏到室外，要求室内小区外泄的信号强度比室外主小区信号强度低（ C ）。 A、5dB B、15dB C、10dB D、20dB 20、（中级）对于双路分布系统，应保证双路分布系统链路功率平衡，其中TD-LTE双通道功率差应不高于（B）。 A、10dB B、3dB C、6dB D、5dB 21、（中级）在室内分布式系统设计过程中，通常采用（ C ）传播模型进行室内覆盖的链路预算 A、Cost231-Hata B、Asset标准传播模型 C、Keenan-Motley D、自由空间传播模型 22、室内分布系统的信源通过（ B ）引入。 A、功分器 B、合路器或POI C、耦合器 D、直放站