全带宽波导功分器的研究与设计
波导功分器
波导功分器波导功分器是一种用于无线通信系统中的无源器件，它可以将输入的电磁波功率平均分配到多个输出端口上。
波导功分器常用于天线系统、雷达系统、卫星通信系统等领域，起到了重要的功分作用。
波导功分器的工作原理是基于波导结构中的电磁波传输特性。
波导是一种由金属壳体包裹的空心管道，能够将电磁波限制在管道内传播。
波导功分器通常由多个分支波导和一个主波导组成。
输入电磁波信号通过主波导传输到分支波导上，然后再平均分配到各个输出端口上。
波导功分器的设计需要考虑多个因素，如频率范围、功分比、插入损耗、驻波比等参数。
频率范围是指波导功分器能够工作的频率范围，通常由所选材料和波导尺寸决定。
功分比是指输入功率在各个输出端口上的分配比例，常见的功分比有平均功分和非平均功分两种。
插入损耗是指功分器在信号传输过程中引入的能量损耗，应尽量降低以确保信号质量。
驻波比是指波导功分器在工作频率下的驻波情况，应尽量保持在较低水平，以减少信号反射和损耗。
波导功分器的制造过程需要采用精密的加工工艺和材料选择。
一般来说，波导功分器的制造分为金属加工和组装两个阶段。
金属加工主要包括波导管的切割、焊接和打磨等工艺，以及金属壳体的制作。
组装阶段则是将各个部件进行组装，并进行测试和调整，确保波导功分器的性能符合设计要求。
波导功分器在无线通信系统中具有广泛的应用。
在天线系统中，波导功分器可以将输入的射频信号平均分配到多个天线上，提高无线信号的覆盖范围。
在雷达系统中，波导功分器可以将雷达发射的脉冲信号分配到多个接收通道上，实现多目标的同时检测。
在卫星通信系统中，波导功分器可以将卫星发射的信号分配到不同的地面站，提高通信系统的容量和可靠性。
总结起来，波导功分器是一种重要的无源器件，可以将输入的电磁波功率平均分配到多个输出端口上。
它在无线通信系统中具有广泛的应用，起到了功分的作用。
波导功分器的设计和制造需要考虑多个参数和工艺，以确保其性能符合要求。
通过合理的选择和使用，波导功分器能够有效地提高无线通信系统的性能和可靠性。
功分器的设计制作与调试
功分器的设计制作与调试一、设计制作功分器的原理功分器，也称为功率分配器，是一种用来分配输入功率到多个输出端口的无源器件。
在无源器件中，当我们需要将输入功率按照一定比例分配到多个输出端口时，功分器就可以起到很好的作用。
标准的功分器是一个三端口元件，包括一个输入端口和两个输出端口。
功分器的输入功率将被均匀地分配到两个输出端口上，且输出端口之间相互隔离，不会有能量交流。
设计制作功分器的步骤如下：1.确定功分器的工作频率范围：功分器的设计需要根据具体的应用需求来确定工作频率范围。
功分器的频率范围可以从几百兆赫兹到几十吉赫兹不等。
2.选择功分器的阻抗：功分器的阻抗需要与输入输出系统的阻抗相匹配，通常选用50欧姆。
3.设计功分器的结构：功分器的结构大致可以分为两种，一是二分支结构，二是平衡树状结构。
a.二分支结构是指将输入驻波器通过阻抗转换，分为两个并行的输出通路，使得输入功率均匀地分配到两个输出端口。
b.平衡树状结构则是通过铁氧体等元件来实现功分，具有更高的功分精度和更宽的工作频率范围。
4.确定工艺流程：根据功分器的结构和应用需求，确定制作工艺，如集成电路制作技术或者微带线技术等。
5.制作功分器：根据确定的工艺流程，进行制作。
制作功分器的材料通常采用高频电路工艺中的常见材料，如铝、金、铜等。
6.调试功分器：将制作好的功分器与测试仪器连接，通过测试仪器测量功分器的性能指标，如功分精度、输入输出阻抗等。
调试功分器的步骤如下：1.通过测试仪器测量功分器的插入损耗：将功分器的输入和输出端口连接到测试仪器上，通过测试仪器测量功分器的插入损耗，即输入功率与输出功率之间的损耗。
2.测量功分器的测量精度：通过测试仪器测量功分器的功分精度，即两个输出端口之间的功分误差。
3.测量功分器的输入输出阻抗：通过测试仪器测量功分器的输入输出阻抗，保证功分器的阻抗与输入输出系统的阻抗相匹配。
4.优化功分器的性能：根据测试结果，对功分器的结构和参数进行优化，以提高功分器的性能指标。
超宽带微波功分器的研制
超宽带微波功分器的研制超宽带微波功分器是一种关键的微波器件，主要用于超宽带信号的分配和传输。
由于超宽带信号具有宽带宽、高速度和低延迟等特点，因此在通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛的应用前景。
本文将围绕超宽带微波功分器的研制展开讨论，介绍相关的理论知识和技术，并探讨实验设计和数据分析。
超宽带微波功分器的基本原理和相关技术超宽带微波功分器的主要原理是利用微波传输线、微波元件和波导等元件，将输入的超宽带信号分成多个输出信号，并对输出信号进行相位和振幅的调整，以保证输出信号的质量和稳定性。
超宽带微波功分器的主要技术包括微波理论、功率谱密度分析、计算机辅助设计等。
微波理论是研究超宽带微波功分器的基础，通过对微波传输线、微波元件和波导等元件的电磁场分布和传输特性进行研究，可以更好地了解超宽带微波功分器的性能。
功率谱密度分析技术则可以对超宽带信号的频谱分布进行分析，以便更好地了解信号的特性和进行信号处理。
计算机辅助设计技术可以借助计算机软件对超宽带微波功分器进行设计和优化，提高设计效率和准确性。
超宽带微波功分器的实验设计与数据分析实验设计：确定实验目标：本实验主要目标是研制一款超宽带微波功分器，要求其具有宽带宽、高功率、低损耗等优点，并能够实现多种输出信号形式的灵活转换。
选择实验材料：根据实验目标，选用合适的微波传输线、微波元件和波导等元件，并借助计算机辅助设计软件进行设计和优化。
设计实验方案：根据实验目标，制定详细的实验方案，包括实验步骤、操作流程和数据采集与分析方法等。
同时，对实验过程中可能出现的各种问题进行预测和解决方案的制定。
数据分析：数据处理：对实验过程中采集到的各种数据进行处理和分析，包括数据的清洗、整理、归纳和可视化等，以便更好地了解超宽带微波功分器的性能和特性。
结果分析：根据处理后的数据，对超宽带微波功分器的性能进行评估和分析，包括相位精度、振幅稳定性、频率带宽、插入损耗等方面的评估。
同时，对实验过程中出现的问题进行分析和总结，提出改进措施和方案。
功分器设计
摘要摘要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或多路较小的功率信号。
功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。
功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。
现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点，而微带技术具有小型化低功耗的优点，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，设计了一个Wilkinson 功分器，并使用基于矩量法的ADS 软件设计、仿真和优化计算相关数据参数，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。
关键词：功分器，ADS，优化参数IABSTRACTABSTRACTPower divider is referred to as power divider, in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power divider is reciprocity structure, power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits.Now the design of RF and microwave system is more and more complex, the circuit requirements are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit，the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter, the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design，using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design.small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design，and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption. Therefore,I learned the basic principle of power divider, combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider, and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization, and produced a good performance of Wilkinson power divider.Key words: power divider,ADS,optimization parametersII目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概况 (1)第2章研究理论基础 (2)2.1 功分器的理论基础 (2)2.2 功分器技术基础 (4)2.2.1 什么是功分器 (4)2.2.2 功分器的重要性 (4)2.2.3 Wilkinson功分器的优点 (4)2.3 wilkinson基本工作原理： (5)2.4 Wilkinson功率功分器的基本指标 (6)2.4.1.输入端口的回波损耗 (6)2.4.2插入损耗 (7)2.4.3输入端口间的隔离度 (7)2.4.4功分比 (7)2.4.5相位平衡度 (7)第3章ADS的介绍 (8)3.1 ADS趋势 (8)3.2线性分析 (9)3.3电磁反正分析 (10)3.4仿真向导 (10)第4章功分器的原理图设计仿真与优化 (12)4.1 等分威尔金森功分器的设计指标 (12)4.2 建立工程与设计原理图 (12)4.2.1 建立工程 (12)4.2.2 设计原理图： (13)4.2.3 基板参数设置 (16)4.2.4 基板参数输入 (18)4.2.5 插入V AR (19)I I I目录4.2.6 V AR参数设置 (19)4.2.7 V AR微带线 (19)4.3 功分器原理图优化仿真 (21)4.4 功分器优化版图生成 (24)4.5 功分器优化 (24)4.6 功分器的版图生成与仿真 (31)第5章结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)外文资料原文 (39)译文 (41)I V第1章引言第1章引言1.1 功分器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。
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。
功分器的设计(最新整理)
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变为，这样使分支线长度变长，但作4λ43λ用效果与线相同。
在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-14λ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变为，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。
每个支路通过传输线与4λ43λ2λ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 ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为。
环路各段归一23g λ4g λ化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为。
这种形式的功率分配器0Y 具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。
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。
w波段超宽带基片集成波导功率分配器的设计
w波段超宽带基片集成波导功率分配器的设计本文介绍了一种基于w波段超宽带技术的基片集成波导功率分
配器的设计方案。
首先，对超宽带技术的特点和应用进行了简要介绍。
然后，通过对波导功率分配器的原理和设计要求进行分析，提出了一种基于基片集成技术的功率分配器设计方案。
该方案采用基片集成波导和分支器来分配功率，并且通过优化分支器的结构和参数，实现了较好的功率均衡和通带特性。
最后，通过仿真和实验验证了该设计方案的可行性和有效性。
该设计方案具有结构简单、集成度高、功率分配均衡和通带特性好等优点，适用于w波段超宽带信号的分配和控制。
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分类号 UDC 注 1
密级
学位论文
全带宽波导功分器的研究与设计
（题名和副题名）
王昕
（作者姓名）
指导教师
王清源 电子科技大学
教授 成都
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 硕士 专业学位类别
工程硕士
工程领域名称
电子与通信工程
提交论文日期 2015.04 论文答辩日期
2015.05
学位授予单位和日期 电子科技大学 2015 年 6 月 27 日
电子科技大学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA
专业学位硕士学位论文
MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE
论文题目全带宽波导功分器的研与设计专业学位类别学
号
作者姓名
指导教师
工程硕士 201222040515
The structure of this paper is divided into five chapters, the first chapter is about the research background and development status. In chapter two , we will introduce the theoretical analysis of the characteristics of the power dividers and the odd-even mode analysis method is also presented in this paper. In the end, we will analyze the theoretical of power divider and the broadband transmission theory.In the third chapter,we will simulate two traditional waveguide power dividers, finally put forward and designed a new type of broadband H-E plane waveguide power divider, it can work in ka-band with the relative bandwidth of 36.14%, the phase of the two output ports are same, the product has been processing test. In the fourth chapter,combining the ridge waveguide and multistage impedance matching theory, through to the initial power divider model to explore and improve, finally designed a new full bandwidth E-H plane waveguide power divider. the working range is from 26.4 GHz to 40 GHz ,has realized the full bandwidth transmission. Its insertion loss in passband is lower than -0.25 dB, the phase of the two output ports are difference of 180°, eventually processing power
III
目录
目录
第一章 绪论..................................................................................................................... 1 1.1 课题的研究背景及其意义................................................................................. 1 1.2 国内外发展动态................................................................................................. 1 1.3 本论文的主要研究工作及结构安排................................................................. 7
答辩委员会主席
评阅人
注 1：注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
RESEARCH AND DESIGN OF THE FULLBAND WAVEGUIDE POWER DIVIDERS
A Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
II
ABSTRACT
divider is compact and the test results are as such as the simulation results.The power divider can be used in the occasion that the input is not in the same plane with the output port. Keywords: Power divider, multistage impedance matching, ridged waveguide ,full bandwidth, compact
Major: Author:
Advisor: School :
Electronic and Communication Engineering Xin Wang
Pro f. Qingyuan Wang School of Physical Electronics
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
作者签名：
日期： 年 月 日
论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。
本论文结构上分为五章，第一章对功分器的研究背景和发展现状进行了介绍， 在章节的末尾概括了本论文的主要工作。第二章基于理论对功分器的特性进行分 析，介绍了奇偶模分析方法，详细分析了多级阻抗和脊波导理论。第三章中先对 传统二等分波导功分器进行仿真优化，最后提出并设计了一款新型 宽带 H-E 面波导功分器，该功分器工作在 ka 波段，相对带宽达到 36.14％，输出 端口的相位一致，该产品已经加工测试。第四章在前面的思想上，结合脊波导和 多级阻抗匹配理论，通过对初始功分器模型的探讨和改善，最终设计了一款新型 全带宽 E-H 面波导功分器。该功分器输入端口和输出端口呈 90°分布，在 26.4 GHz-40 GHz 的频率范围内实现了全带宽传输，其通带内的插入损耗为±0.25 dB， 输出端口相位相差 180°，最终加工的功分器结构紧凑，在矢网上测试结果与仿真 结果基本吻合，该功分器可以用于输入和输出端口不在一个平面的场合。
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
作者签名：
导师签名： 日期： 年 月 日
摘要
摘要
功分器件是一种重要的微波无源器件，广泛用于相控阵雷达、天线馈线系统 以及功率放大器等微波设备。功分器主要用来对功率进行分配和合成，也可用作 功率调配器和双工器的输入端。功分器可以分为波导腔体和微带两大类，其中波 导腔体功分器波导以其低损耗、高功率容量和较宽的传输带宽等优良特性倍受青 睐，但它有着体积过大，加工成本较高，不便于集成等缺点，现阶段也朝着小型 化方面发展。微带功分器有着成本低廉、小体积、性能稳定易于与其他有源电路 集成的优点，广泛应用在微波系统集成和小型化领域，但传输功率的不足和插入 损耗过大也影响着它的应用。功分器性能好坏区分指标主要包括，功分器输入端 口反射系数、输出端口之间的功率幅度平衡度、插入损耗、隔离度、各输出端口 之间的相位差、器件大小等技术指标。
关键词：功分器，多级阻抗匹配，脊波导，全带宽，紧凑型
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Power divider is a kind of significant microwave passive components, which are widely used in microwave equipment, such as phased array radar, antenna feeder system and power amplifier. Although power divider is mainly used for the power distribution and synthesis, it is also used as a power tuner and the input terminal of the duplexer. Power divider can be divided into two major categories of waveguide cavity and microstrip, the waveguide cavity power divider is wide popularity for its low loss, high power capacity and transmission bandwidth and so on, but it also has some shortcomings,including its volume is too large, high cost to process, not easy integration. Microstrip power dividers with low cost, small volume, stable performance, easy to integrate the advantages of other active circuit, widely used in the field of system integration and miniaturization of microwave, but the lack of transmission power and the insertion loss too big also affects its application.The important working parameters of power divider include input port reflection coefficient, the phase between output ports, the insertion loss in work-band, the isolation of ports, the size of device and other technical indicators.At present, the research of waveguide power divider has achieved fruitful results.