T型功分器的设计与仿真.
功分器设计--基本理论
参考接地线
3端口 图5-36 Wilkinson功分器
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
奇--偶模分析
它归结为两个简单电路之和，在输出端分 别用对称和反对称源来激励并进行分析。
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为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，凑成对称电路结构， 输出端具有的信号源如图 5-37。该网络相当于中间平面是对称的，归 一化值为 1 的电阻代表匹配源阻抗， 1 端源电阻为两个归一化值 2 的并 联组合，隔离电阻以两个 r/2 的串联组合。 /4 线具有的归一化特性阻 抗为z，并联电阻具有归一化值为 r。下面证明对等分功分器，这些值 应为z 2和r = 2。 现在对图5-37的电路定义两个 独立的激励模式：偶模Vg2 = Vg3 = 1V，奇偶Vg2 = –Vg3 = 1V。然后，将这两种模式相叠 加，其有效激励为Vg2 = 2V， Vg3 = 0，由此，可获得此网络 的S参数。下面我们分别讨论 这两种模式激励的情况。
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
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（2）奇模 奇模激励时，Vg2 = –Vg3 = 1V，所以V2 = –V3， 在图5-37电路的中间有电压零点。因此，我们可以用一个接 地平面来切开此电路，给出图5-38（b）的网络。向端口2看 去的阻抗为r/2，若r/2=1,则匹配S22=0。由于平行连接传输线 长为/4，而且在端口1处短路，所以看上去在端口2为开路点， 没有功率送到端口1，S12=0。由对称性有S33=0，S13=0。
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功分器设计
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波导功分器，即T形分支(E-T、H-T) 微带功分器，即Wilkinson功分器
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波导T形分支（E-T、H-T）
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功分器的设计制作与调试42页PPT
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
功分器的设计制作与调试
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化实验目的:理解和分析T型波导分支内部电磁场分布及优化方法。
实验内容：1.建立一个T型波导模型，利用HSFF软件求解，分析，观察T型导波的场分布情况。
2.使用HFSS进行T型波导功分器的优化设计实现，进行参数分析扫描，利用HFSS的优化设计功能实现3端口输出功率为2端口输出功率的2倍、3倍。
然后用重新设计端口激励端，使端口端2为激励端，端口3的输出为端口1的2倍。
实验原理：T型波导功分器又叫T型波导分支器，它能将波导能量从主波导中分路接出，它是微波功率分配器件的一种。
此次设计H面T型分支，使得从1端口输入的功率可以平均的分配给端口2、3，使得2、3端口的TE10波为等幅同向。
同时，通过设置隔片改变各端口的功率分配。
进行扫频设置，观察S参数曲线和电场分布。
实验步骤及结果：一、新建工程设置1．运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。
然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为TeeModal。
2．选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，单击OK按钮。
3．设置长度单位从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】，打开SetModelUnits对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。
此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。
二：创建T形波导模型1．创建长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModelerOptions对话框，选择Drawing选项卡，确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框，然后单击确定按钮。
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。
HFSS微波仿真实验,实验报告六合一
肇庆学院 12通信2班杨桐烁 2实验一 T形波导的内场分析和优化设计实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。
2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。
实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、 HFSS13.0 或更高版本软件3、截图软件T形波导的内场分析实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。
其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。
正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。
通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。
实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程、选择求解类型、设置长度单位2、创建T形波导模型：创建长方形模型、设置波端口源励、复制长方体、合并长方体、创建隔片3、分析求解设置：添加求解设置、添加扫频设置、设计检查4、运行仿真分析5、查看仿真分析计算结果内场分析结果1、图形化显示S参数计算结果8.008.258.508.759.009.259.509.7510.00Freq [GHz]0.130.250.380.500.630.75Y1TeeModalXY Plot 1ANSOFTCurve Infomag(S(P ort1,P ort1))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort2))Setup1 : Sw eep1mag(S(P ort1,P ort3))Setup1 : Sw eep1图形化显示S参数幅度随频率变化的曲线2、查看表面电场分布表面场分布图3、动态演示场分布图T 形波导的优化设计实验原理利用参数扫描分析功能。
分析在工作频率为10GHz 时，T 形波导3个端口的信号能量大小随着隔片位置变量Offset 的变化关系。
利用HFSS 的优化设计功能，找出隔片的准确位置，使得在10GHz 工作频点，T 形波导商品3的输出功率是端口2输出功率的两倍。
功分器设计仿真开题报告
功分器设计仿真开题报告1. 研究背景功分器（Power Divider），又称功分器，是一种被广泛应用于无线通信系统、射频电路和微波工程中的无源元器件。
功分器的主要功能是将输入信号分为若干个等幅度的输出信号，通常为二分、三分或四分等。
功分器常用于天线分配、信号合并和功率衰减等场合，对于射频电路的设计和优化起到至关重要的作用。
2. 研究目的本次研究旨在设计一种高性能的功分器，并通过仿真分析其参数和性能指标，为实际电路设计提供参考。
3. 研究内容3.1 功分器基本原理功分器的基本原理是基于电磁场的传输线理论。
传输线上的电磁波在传输过程中会发生反射、传播和辐射等现象，在特定的结构和参数设置下，可以实现功分器的基本功能。
传统的功分器结构包括等长线耦合和辐射耦合两种。
3.2 功分器设计流程功分器的设计流程主要包括以下几个步骤：1.确定功分器的工作频段和频率范围。
2.根据功分器的功分比要求和准确性要求，选择适当的结构和耦合方式。
3.根据设计要求，计算功分器的尺寸和参数。
4.使用电磁场仿真软件对功分器进行模拟和优化。
5.根据仿真结果，进一步优化功分器的性能。
6.制作并测试样品，验证设计结果。
3.3 功分器的性能指标功分器的性能指标主要包括：•功分比（Power Division Ratio）：表示输入功率在输出端口上的分配比例。
•插入损耗（Insertion Loss）：表示输入功率与输出功率之间的损耗。
•匹配度（Match）：表示功分器的输入和输出端口与传输线的匹配程度。
•平衡度（Isolation）：表示功分器在一个输出端口上的输入功率对其他输出端口的影响程度。
4. 研究方法本次研究将采用如下方法：1.使用ADS（Advanced Design System）等电磁场仿真软件进行功分器的模拟和优化。
2.通过改变结构参数、优化线路走向等方式，提高功分器的性能。
3.设计并制作实际样品，通过网络分析仪等测试仪器对功分器进行性能测试和验证。
电磁场HFSS实验报告
实验一 T形波导的内场分析实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。
2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。
实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。
其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。
正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。
通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。
T形波导实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\ Insert HFSS Design，在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。
选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。
设置长度单位为in：由主菜单选 3D Modeler\Units ，在 Set Model Units 对话框中选中 in 项。
2、创建T形波导模型：创建长方形模型：在 Draw 菜单中，点击 Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为。
Material（材料）保持为Vacuum。
设置波端口源励：选中长方体平行于 yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择 Assign Excitation\Wave port项，弹出 Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线 (Integration Line) 下的 New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,处，作为端口终点。
无源器件设计仿真和优化
①隔离； ②③输入：①输出和信号，
④输出差信号；
(1)双T
“①④臂隔离”原因：
4臂输入的TE10 模式关于中 轴面T反对称，而1臂中TE10 模式关于中轴面T对称，故 相互不能激励。
1臂（4臂）输入的TE10 模 可以在4臂（1臂）中激励 起高次模，但高次模式不 能传输，不能输出。
信号1－信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
• 若两输入信号等幅，则3臂无输出。
2.波导E-T
求和功能：
信号1 1
信号1＋信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。
3. Set up and Solve the Parametric Analysis
Select Power 11, Power21, Power 31 Click Add Calculation
S
1
1
0
0 1
2 1 0 0 1
0
1
1
0
3 1（H）
(3)魔T的应用
单脉冲雷达
△β=(A+B)-(C+D)
和差网络：
Δ
接收机 ∑=A+B+C+D
Σ
Ⅳ
发射机
ΣⅠ
△α=(A+C)-(B+D)
Σ
C
Ⅱ
Σ
Ⅲ
Δ
D
A
Δ
B
和波束 差波束
A
C
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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
Cl、C2的3、4分段长度相等，而C1的1、2分段长度之和为λ4/1g，这样就使得Cl比C2长λ4/1g，同时，传输线弯角处采用︒45形式，以减小拐角处不连续所引起的反射和幅射。
图3威尔金森功分器设计图
采用介电常数为4.4，厚度为lrn们n的FR4板材来制作功分器。
我们利用TXLine软件来计算各段传输线线的宽度。
TXLine是一款专门用于计算传输线参数的软件，简单实用。
运行界面如图4所示，选择微带线模式(MicrostriP)，中心频率为1.593GHz、介电常数4.4、介质基片厚度1mm、阻抗值先后输入50和35、铜箔厚度0.017mm等参数，就可以计算出微带线的初始宽度。
经过计算，特性阻抗为35Ω和50Ω微带线的初始宽度分别为:3.3mm和1.9rnrn。
计算出传输线的宽度后，我们对馈电功分网络进行布局，根据需要对局部传输线的长度进行小范围调整。
图4TXLine计算微带线宽度
下面我们使用ADs电磁仿真软件对馈电网络功分器进行仿真优化。
利用上节设计所得到的初始尺寸，建立如图4所示的功分器原理图，利用ADS中OPTIM 控件的优化功能，经过数次优化，最终得到的仿真结果如图5所示:
图4 功分器ADS原理图
图5功分器ADS原理图仿真结果
从图5(a)中可以看出，dB(s(3，l))和dB(s(2，l))在通带范围内基本都保持在-3dB，即两个输出端口的信号功率都近似为输入信号的一半，dB(s(1，1)在通带范围内均在-30dB以下，输入端匹配良好;图5(b)为两输出端的相位差，从中可以看出，在通带范围内相位差基本保持在
90左右，满足设计要求。
版图的仿真是采用矩
量法直接对电磁场进行计算，它的仿真结果要比原理图更加精确一些，由原理图生成的版图如图6所示:
图6功分器ADS版图
图7功分器ADS版图仿真结果
从图7中可以看出版图的仿真结果与原理图的相差不大，图7(b)所显示
的两输出端口相位差与原理图相比稍微变差，为 6.
87，可以接受。
综上，版图的仿真结果基本满足了指标要求，如果结果不理想的话，我们可以重新回到原理图中进行再次优化调整，直到满足要求为止。