功率分配器设计

功率分配器设计

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。

功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。

一、滤波器的数学原理

理想功率分配器具有以下3个特点：

●端口1无反射

●端口2.3输出电压U2和U3幅度和相位相等

●端口2.3输出功率比值为任意给定值1/k2

根据上面条件，可以得到（11.1）式子：

由传输线理论中提到的四分之一波长传输线阻抗变换理论，可以得到功率分配器两端分支线的特性阻抗为输入端传输线特性阻抗与负载阻抗的几何平均值，它们由式子（11.2）表示：

假设R2=kZ0，代入到（11.1）和（11.2）中，可以得到其他3个参量的值，得到（11.3）：

根据上式（11.3）可以计算出两段分支线的特性阻抗和输出端口的负载阻抗分别为：

通过计算，可以得到输入端口的匹配条件，输出端口的匹配条件以及输入输出端口完全隔离的条件，当这些条件同时满足时，隔离电阻和支线的特性阻抗的关系应为：

二、功率分配器的主要技术参数

●通带内各端口反射系数

●通带内量输出端口间的隔离度

●通带内传输损耗

●通带内功分比

●通带内相位平衡度

本设计将一个频率功分器，它的设计指标如下所示。

●工作频率0.9-1.1GHz；

●中心频率1GHz；

●通带内端口反射系数小于-10db；

●端口2和端口3之间的隔离度小于-10db；

●端口1和端口2的传输损耗小于3.1db；

三、设计原理图

把输入端口与两路分支线连接起来，并在两路分支线之间插入隔离电阻TFR，如下图所示。

在功分器的所有部分都完成之后，把他们都连接起来构成一个完整的功率分配器。

其中微带线的参数设置如图内Msub所示，有这些决定电路元件参数后在两个微带线两端接上仿真元件Term，并通过图内S参数决定。功分器中的平行耦合线和普通微带线的参数大小可根据变量VAR来决定。

进行优化时使用S优化控件（Optim）设置如下图所示。

完成设置的优化控件如下图所示。

四、仿真结果

根据上面的步骤可以得出以下仿真图。

如图所示，滤波器的S11的值在带同内相对比较小满足本设计的指标要求。

五、版图

根据原理图可生成以下的版图。

而根据版图生成的仿真图如下图所示。

六、总结

刚刚开始做设计的时候以为其实能把在课堂上学到的知识运用到设计上来是一件很容易的事情，但是在设计的时候我就发现其实和我想的是有很大的差距的。在整个设计过程中从开始到结束都是那么坎坷，回忆一下，总结主要为以下的几点：

1、软件使用不熟悉。在设置参数的时候和设计原理图的时候才发现原来对这个软件熟悉程度不高，很多都要使用菜单栏里的功能，没有很好地利用在快捷栏上的按钮，再设计的过程中让进度拖慢了很多，效率比较低。以后再次遇到这样的问题时，应该先提前了解这个软件的功能和快捷的使用方法，缩短设计制作时候的时间。

2、在参数设置和填写的时候出现问题。因为之前提前有预习过和模拟了一次实验，但是在本次作品制作的时候还是遇到了相同的问题，第一次设置好参数之后的优化和仿真的时候结果很不理想，EF值偏差过大，经过检查才发现实际上还是有很多的漏洞和没有注意的地方，最后只能一点一点地和参数对照修改，经过大概三次的修改后，EF值终于达到了预计的结果。

3、设计作品时参数设置有偏差。原来以为只要按照书上的公式和设置就可以了，但是再设计仿真的时候发现有很大的偏差，后来只能上网查资料并与同学交流后慢慢调整，最后才能达到预期中的效果。