功分器的设计制作与调试
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2功分器的设计制作与调试
未来发展趋势预测
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高性能需求
随着无线通信技术的不断发展，对功分器等射频 器件的性能要求将不断提高，如更低的插入损耗、 更高的隔离度等。
集成化与小型化
为了满足现代通信设备对体积和重量的要求，功 分器将朝着集成化和小型化的方向发展。
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多功能融合
未来功分器可能不仅具备功率分配功能，还将融 合其他射频处理功能，如滤波、放大等，实现多 功能一体化。
03 设计制作步骤
设计方案选择
定向耦合器型功分器
采用定向耦合器结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具有 较宽的带宽和良好的幅度、相位平衡性能。
威尔金森功分器
基于四分之一波长变换器和隔离电阻的威尔金森功分器，实现输入 信号的等分分配，具有较高的端口隔离度和回波损耗。
Gysel功分器
采用带状线或微带线结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具 有良好的宽带性能和较高的功率容量。
问题2ห้องสมุดไป่ตู้
功分器输出相位偏差较大。
解决方案
检查功分器的传输线长度和布局，确保传输线对称且长 度一致。如有需要，可微调传输线长度以减小相位偏差 。
问题3
功分器插入损耗较大。
解决方案
检查功分器的接口和连接线缆，确保连接紧固且接触良 好。如有需要，可更换低损耗的连接线缆以减小插入损 耗。
05 测试与结果分析
测试方案制定
测试目的
验证功分器的性能参数是否满足 设计要求，包括输入/输出阻抗、 插入损耗、分配损耗、隔离度等。
测试设备
网络分析仪、信号源、负载、同轴 电缆等。
测试步骤
搭建测试系统，连接信号源、功分 器和负载；设置网络分析仪参数， 进行S参数测量；记录并分析测试结 果。
功分器的设计制作与调试
（六） 功分器电路的调试
对照设计的版图检查、测量加工好的电路板上各段微带线 的实际尺寸，并作记录。 将电阻焊到电路板上，并把电路板安装到测试架上。 按下面的测试框图用网络分析仪（型号为Agilent 8714ES） 对功分器的各项指标进行测试（网络分析仪的使用参照仪 器说明书）。功分器有三个端口，当任意两个端口接网络 分析仪时，第三个端口要接匹配负载。
功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带 线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.52 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽 0.79 mm和长度42.9 mm(四分之一波长)。
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。
版图的仿真（续）
为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端 口，做法是点击工具栏上的Port 按钮，弹出port 设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加 端口的地方分别点击加上两个port。 电阻要替换成薄膜电阻 ，在 中选取，否则无法用矩量法进行仿真，注意薄膜电 阻的宽度要和连接的微带线一致，不要忘记在 substrate中的metallization layers中加入薄膜电阻 所在的层。
实验二 功分器的设计 制作与调试
（一） 实验目的
了解功率分配器电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设计， 优化，仿真。 掌握功率分配器的制作及调试方法。
（二） 实验内容
了解功分器的工作原理。 使用ADS软件设计一个功分器，并对其 参数进行优化、仿真。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
ADS功分器的设计和调试
资料仅供参考
微带线计算工具
功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带 线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.52 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽 0.79 mm和长度42.9 mm(四分之一波长)。
资料仅供参考
设置微带器件的参数
这里总共设置了四个优化目标，由于 电路的对称性，S31和S33不用设置优 化。S11和S22分别用来设定输入输出 端口的反射系数，S21用来设定功分 器通带内的衰减情况，S23用来设定 两个输出端口的隔离度。
资料仅供参考
优化目标的设置（续）
资料仅供参考
进行参数优化
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。 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 (见下页图)，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。
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
资料仅供参考
功分器的设计
下图是一个等功率分配器，它由两段不同特性阻 抗的微带线组成，两臂是对称的。我们以这种结 构的功分器为例，介绍一下设计的过程。
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资料仅供参考
功分器的设计（续）
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反供参考
Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试
Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试一.实验目的:1.掌握功分器的原理及基本设计方法2.学会使用仿真软件ADS对功分器进行仿真3.掌握功分器的实际制作和测试方法,提高动手能力力二.实验内容:1设计一中心频率为1Ghz,工作频带0.9Ghz--1.1GHZ的3dB单节Wilkinson 功分器;2 指标要求:带内匹配S11≤-15dB, 功分-3.5dB≤S21≤-2.5Db, 隔离S23≤-15dB;3 微带线基板的相对节点常数ε=2.65,微带线基板的厚度h=3mm,损耗角正切0.003三.实验仪器微波无源试验箱一台,矢量网络分析仪一台,TXLine2001,ADS软件;四.实验过程Ⅰ.原理图设计a、根据实验的指标要求计算微带的尺寸,计算得50Ω的微带线宽度为8.195mm,四分之一波长为50.748mm。
b、打开ADS软件,创建项目,在元件库选择元器件MSUB、V AR、MLIN、MTEE、MSOBND和电阻R=100Ω。
搭建如下图所示的原理图并输入参数:Ⅱ.功分器仿真:a、选择S参数仿真元件面板,设置参数,起始频率0.6GHZ,频率扫描终止值1.4GHZ,步长为0.005GHZ。
b、插入优化控件Optim和4个目标控件Goal,修改其参数如图1;c、进行仿真,单击Simulate图标,进行仿真,在数据显示窗用矩形表示S 参数曲线图表示,如下图d、生成版图,先将原理图中的TERM、电阻和接地以及优化控件去掉,生成版图后按其实际的大小打印,如下图:Ⅳ.实物制作将打印的功分器版图贴在铜箔上,用刀切割铜箔,切割完成后,将铜箔粘到实验板上,如下图1.粘贴铜箔时要整齐,可先用粘性不太大的胶带粘在刚切好的铜箔上,让后再贴在实验板上;2.粘贴铜箔时要平整,在用万用表的欧姆档进行验证。
有响声表示短路则说明连接好了;Ⅴ. 实物测试及结果。
威尔金森功分器设计与仿真
威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器（Wilkinson Power Divider）是一种常用的微波功分器，广泛应用于无线通信和雷达系统中。
它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口，并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。
本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中，RF in为输入端口，RF out1和RF out2为输出端口，Z0为特征阻抗，Z1和Z2为等效阻抗，Z3为耦合阻抗。
在设计过程中，首先需要确定特征阻抗Z0的数值，一般为50欧姆。
然后，根据所需的功分比例，计算等效阻抗Z1和Z2的数值。
最后，选择合适的耦合阻抗Z3，使得整个电路达到最佳的工作性能。
2.威尔金森功分器的仿真方法首先，打开ADS软件并创建一个新的工程。
然后，在工程中添加一个新的设计，选择“Schematic”类型。
在Schematic设计界面中，依次添加所需的元件，包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。
其中，传输线用于连接输入端口和输出端口，阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配，耦合器用于实现信号的均匀分配。
接下来，设置传输线的特性阻抗和长度，以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。
通过调整这些参数，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
完成电路设计后，可以进行仿真和优化。
选择“Simulation”菜单，设置仿真参数，如频率范围和步长。
然后，运行仿真并得到结果。
根据仿真结果，可以评估电路的性能，并进行优化。
如果需要改变功分比例或工作频率范围，可以调整各个元件的数值，并重新运行仿真。
最后，完成电路设计和优化后，可以进行PCB布局和封装设计。
根据实际需求，选择合适的材料和尺寸，并进行布局和封装设计。
总结：本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
通过合理选择和调整各个元件的数值，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
实验2功分器的设计制作与调试
观察仿真曲线
优化完成后必须关掉优化控件，才能观察仿真的曲线。方 法是点击原理图工具栏中的 按钮，然后点击优化控件 OPTIM，则控件上打了红叉表示已经被关掉。 要想使控件重新开启，只需点击工具栏中的 按钮，然 后点击要开启的控件，则控件上的红叉消失，功能也重新 恢复了。 对于原理图上其他的部件，如果想使其关 闭或开启，也可以采取同样的方法。 点击工具栏中的Simulate 按钮进行仿真， 仿真结束后会出现图形显示窗口。
实验二 功分器的设计 制作与调试
（一） 实验目的
了解功率分配器电路的原理及设计方法。 学习使用ADS软件进行微波电路的设计， 优化，仿真。 掌握功率分配器的制作及调试方法。
（二） 实验内容
了解功分器的工作原理。 使用ADS软件设计一个功分器，并对其 参数进行优化、仿真。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
（五） 电路版图的绘制
仿真完成后要根据结果用Protel软件绘制电路版图， 绘制版图时要注意以下几点
所用电路板是普通的双层板，上层用来绘制电路，下 层整个作为接地。 在绘制版图时受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01mm 即可，线宽和线间缝隙要大于0.2mm。 考虑到加工电路板时的侧向腐蚀问题，微带线的宽度 和长度要适当增加。 版图的大小要符合规定尺寸，功分器的两个输出端口 的间距要符合规定值，以便于安装在测试架上。
观察仿真曲线（续）
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 (见下页图)，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S22，S21，S23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。
功分器的设计制作与调试
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功分器的设计（续）
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。
观察仿真曲线（续）
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 (见下页图)，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S22，S21，S23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。
观察仿真曲线
版图的仿真
如果版图仿真得到的曲线不满足指标要求， 那么要重新回到原理图窗口进行优化仿真， 可以改变优化变量的初值，也可根据曲线与 指标的差别情况适当调整优化目标的参数， 重新进行优化。 在返回原理图重新优化时，要先使刚才打红 上叉的部件恢复有效，然后才能进行优化， 之后重复前面所述的过程，直到版图仿真的 结果达到要求为止。
版图的仿真（续）
为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端 口，做法是点击工具栏上的Port 按钮，弹出port 设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加 端口的地方分别点击加上两个port。 电阻要替换成薄膜电阻 ，在 中选取，否则无法用矩量法进行仿真，注意薄膜电 阻的宽度要和连接的微带线一致，不要忘记在 substrate中的metallization layers中加入薄膜电阻 所在的层。
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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。
通过以上步骤，可以完成功分器的设计制作与调试工作。
总结：功分器是一种用来将输入功率按照一定比例分配到多个输出端
口的无源器件，设计和制作功分器需要确定工作频率范围、选择阻抗、设
计结构、确定工艺流程等步骤。
调试功分器需要通过测试仪器测量功分器
的插入损耗、功分精度、输入输出阻抗等性能指标，并对功分器进行优化，以达到设计要求。