超小型化多级Wilkinson功分器设计技术研究

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微带威尔金森超宽带功分器研究的开题报告

微带威尔金森超宽带功分器研究的开题报告简介微带威尔金森超宽带功分器是一种广泛应用于超宽带无线通信系统中的微带功分器。

它可以对电信号进行宽带分配，并且具有小尺寸、低成本、高性能等特点。

因此，该功分器逐渐得到了越来越多的关注和研究。

本文将就微带威尔金森超宽带功分器的研究进行讨论，主要包括研究背景、研究目的、研究内容、研究方法、预期成果等方面内容。

通过本篇开题报告，旨在为我们后续研究的开展提供指导和帮助。

背景超宽带通信是新一代无线通信技术，以其巨大的信息传输容量和良好的抗干扰能力，已经广泛地应用于通信、雷达、医疗和军事等领域。

而功分器作为超宽带通信系统中的重要元器件，其性能对通信系统的有效性和可靠性起到了至关重要的作用。

微带威尔金森功分器是一种可实现超宽带频段的微带功分器，通过对电信号的频段进行分配，实现对信号的处理。

同时，该功分器具有小尺寸、低成本、高性能等特点，因此受到了广泛的研究和应用。

研究目的本文旨在通过对微带威尔金森超宽带功分器的研究，探究该功分器在超宽带通信系统中的应用，研究其性能和特点，提高其性能和稳定性，为超宽带通信系统的发展提供有力保障。

研究内容1.综述微带威尔金森功分器的发展历程和现状，对国内外研究现状进行调研。

2.设计符合超宽带频段的微带威尔金森功分器，研究其电路结构、参数和功能。

3.基于ADS软件对所设计的功分器进行仿真分析，考察其性能和稳定性。

4.采用微波实验平台对设计好的功分器进行实验，验证仿真结果，分析实验结果。

5.分析研究结果，总结微带威尔金森超宽带功分器在超宽带通信系统中的应用前景和发展趋势。

研究方法本文采用的研究方法主要包括文献调研、仿真分析、实验验证等方法。

通过对微带威尔金森超宽带功分器相关文献的调研和分析，明确功分器的特点和发展趋势。

仿真模拟则是通过ADS软件对所设计的功分器进行模拟，评估其性能和稳定性。

实验验证则是用微波实验平台对所设计好的功分器进行实验，验证仿真结果。

基于微带Wilkinson功分器的功率合成电路的研究

基于微带Wilkinson功分器的功率合成电路的研究
随着半导体材料和工艺的不断发展，微波/毫米波功率半导体器件的输出功率量级越来越大，L 波段功率晶体管的脉冲功率已达千瓦量级; X波段功率砷化镓场效应管连续波达到几十瓦，脉冲功率达到500W。

但限于半导体的物理特性，单个固态器件的输出功率仍是有限的。

采用芯片合成、电路合成及空间合成等功率合成技术将多路固态器件输出功率进行同相叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。

1968年Josenhans最先提出芯片级功率合成的概念。

随后，20世纪70年代末期，Rucker先在X波段实现了多芯片的电路功率合成，再将其扩展到40 GHz。

1999年，KohjiMatsunag、IkuoMiura和Naotaka lwata用MM IC 多芯片合成技术，通过4个独立的MM IC设计制作了Ka频段的功放芯片，在26. 5～28. 5 GHz的频率范围内获得了3 W的连续波输出功率。

本文开展了基于微带W ilkinson功分器的功率合成电路的研究，实现了一种Ku波段的1 W 功率放大器。

在卫星通信等应用中，所需的功率放大器的功率量级在数十瓦到数百瓦之间。

显然，本文这种功率水平的放大器尚不能直接作为卫星通信等的功率放大器，但可以作为行波管等大功率放大器的驱动器而得到广泛应用。

而作为2n 路功率合成的基础，本文所涉及的功率合成技术更可以为相关技术领域提供重要的参考价值。

一种带状线Wilkinson功分器的设计制作

一种带状线Wilkinson功分器的设计制作HU Yue;WU Zhilin;SHI Yu;LIU Lan;WEN Jie;LIU Lele【摘要】针对微波射频器件小型化的需求,文中采用ADS与HFSS联合仿真设计的方法,设计并制作了一种宽带小型化带状线一分二Wilkinson功分器.使用带状线结构取代传统的微带线结构,并引入“蛇形布线”和“翻折结构”,利用过孔进行垂直互连.采用PCB板叠压的形式实现带状线结构和隔离电阻的装配.此结构在很大程度上减小了功分器的物理尺寸,并拥有优良的电性能.测试结果表明,功分器在1 ～3 GHz的工作频带内,插入损耗＜0.7 dB,隔离度＞18 dB,驻波在1.4以下.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2018(031)012【总页数】5页(P52-56)【关键词】Wilkinson功分器;带状线;宽带;小型化;ADS;HFSS【作者】HU Yue;WU Zhilin;SHI Yu;LIU Lan;WEN Jie;LIU Lele【作者单位】;;;;;【正文语种】中文【中图分类】TN626在微波射频系统中，功分器将输入功率按一定的比例进行分配，同时也可逆向使用，用作功率合成器，是最常用的无源微波射频器件。

例如，在相控阵雷达中，功分器被用于将发射功率按照一定的比例分配给相应的T/R组件[1-2]；在测向系统中，功分器被用于将标校信号分配给对应的开关组件。

随着微波射频技术的不断发展，对系统和器件的小型化提出了更高的要求[3]。

微带结构的Wilkinson功分器结构简单，易于集成，但它的功分输出分支线为λ/4传输线，致使功分器在工作频率较低的时候尺寸较大。

同时，单节功分器无法适应宽带的需求[4]，其节数的增加也导致尺寸扩大，制约了小型化的发展。

有学者指出，有关 Wilkinson功分器的研究主要致力于降低整体电路区域大小[5]，可见减小功分器的尺寸对功分器的研究意义重大。

1-3ghz超宽带一分四威尔金森功分器设计的

1-3ghz超宽带一分四威尔金森功分器设计的英文版Design of a 1-3 GHz Ultra-Wideband 1-to-4 Wilkinson Power DividerIn the realm of microwave and millimeter-wave systems, the Wilkinson power divider is a crucial component that enables the efficient distribution of power among multiple ports. This article presents the design of a 1-to-4 Wilkinson power divider operating within the ultra-wideband frequency range of 1-3 GHz.Design Considerations:Bandwidth: The design must exhibit a wideband performance, covering frequencies from 1 GHz to 3 GHz.Isolation: High isolation between output ports is essential to minimize cross-talk and maximize power transfer efficiency.Insertion Loss: Minimizing insertion loss is crucial to maintain high power handling capability.Matching: Good impedance matching is necessary to avoid reflections and maximize power transfer.Design Approach:The Wilkinson power divider is based on the concept of quarter-wavelength transformers, which are used to match impedances and provide isolation between ports. The design involves careful consideration of the transformer's impedance, physical dimensions, and material selection.The transformer's impedance is chosen to match the characteristic impedance of the transmission line, ensuring maximum power transfer. The physical dimensions of the transformer are optimized for the desired frequency range, ensuring broadband performance. The selection of high-quality microwave materials, such as low-loss dielectrics and conductors, is essential to minimize insertion loss and maximize power handling.Results:The designed 1-to-4 Wilkinson power divider exhibits excellent performance within the 1-3 GHz frequency range. It demonstrates high isolation between output ports, low insertion loss, and good impedance matching. This design is suitable for use in microwave and millimeter-wave systems requiring efficient power distribution over a wideband frequency range.中文版1-3 GHz超宽带一分四威尔金森功分器设计在微波和毫米波系统中，威尔金森功分器是一个关键组件，它能够将功率有效地分配给多个端口。

一种新型双频Wilkinson功分器的设计

ｄａ —ｂｄｐｗｒｄｖｄｒｓｍａｅｆｒｅｆａｉｎｕｌｎｏａｅｉｉｅｄｒｃｔ．Ｍｅｕｅｓｔｓｏａｅｔｎｍｉｉｎｃｅｆｉｎｅｉｏｖｉｉｏｓａｒｄｒｕｓｈｗｔｔｈａｓｓｏｏｆｃｅｔｔｅｌｈｔｒｓｉｔａｈｔｏｃｎｒｌｒｑｅｃｅｓｌｓａ３ｄｗｅｔｅｕｎｉｓｉｅｓｔｎ３．Ｂ，ｒｔｒｓｒａｅａ１ｄｄｐｒｉｌｔｎｇｅｔｒａ８ｄａｆｈｅｎｌｓｇｅｔｒｔｎ２Ｂａｔｓａｏｒａｅｎ２Ｂｕｏｈｎｏｏｉｈｔ
ＤｅｉｎｏｖｌＤｕｌｂｎｉｉｓｎＰｏｒＤｉｉｅｓｇｆａＮｏｅａ－ａｄＷｌｎｏｗｅｖｄｒｋ
肋Ｕ】凡ｌ，一ｅ．ｚＧｕ — ｎｏａ
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文献［］４通过在输出端口增加电容和电感实现了相位匹配，但是分立元件的值均固定且精度较低，以难满足实际设计的要求。文献［］过在功分器输入５通端增加开路传输线较好地实现了输出端口隔离，但是尺寸较大（路传输线长度为１２波长）限制了开／，应用。文献［］进了文献［］出的设计，整了６改５提调

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。

威尔金森(wilkinson)功分器设计

此功分器比较简单。

如果只是做仿真，ADS较为方便，如果要做实物或产品的话，HFSS比较可靠。

本人亲测HFSS仿真结果和实物基本一致，ADS差别不一。

多节功分器原理和单节一样，网上有多节等分功分器归一化数据表格，按照表格中的值球的传输线阻抗得到的功分器只需要少许优化即可。

接下来以双节8-11G功分器大致介绍一下设计流程。

如图所示，L0和L3都是Z0阻抗的传输线，一般选择为50Ω，在ADS中可以算出现款和线长，线的长度L0和L3对功分器没太大影响，所以在做的时候可以根据要求增加或减少。

因为是8-11G的，f2/f1<1.5，所以双节的都满足要求，可以用频带宽度比为1.5的功分器，这样的话隔离度更好。

查表得到L1L2归一化阻抗分别是1.1998和1.6070归一化电阻为5.3163和1.8643，得到阻抗和电阻值分别是60、80.33和93、265，注意的是电阻顺序是倒过来的这样分别用微带线计算软件算得两段线的带宽和π/4线长，分别是0.324/6.28和0.653/6.15，这样在HFSS中九可以建立模型仿真，在建模的时候做成参数模型，这样可以调节和优化，电阻直接在合适的地方画一个矩形，右键lumped RLC可以设置。

模型可以做成实际的0.035mm的铜，也可以设置成perfect E，大致都差不多，我做过一个，实测和仿真基本上一致，损耗都在3.2左右，隔离倒是有点差，差了约5db。

有些做成弧形，原理都是一样，个人觉得倒是美观很多。

弧形这个是我对上面功分器改变形状得来的，出来的效果只是差了一点点。

对了，基片背面需要铺地，否则仿真时可能有问题，本人也是兴趣自己做着玩的，不是专业的，有错请指正，有需要模型或交流的可以联系我，最后总结一下。

1、建模的时候最好建立参数模型，可调可优化；2、基板背面最好铺地；3、在仿真的时候波端口向量应该向接地（向下）；4、归一化电阻值顺序和归一化阻抗是相反的；5、输入端的驻波比要好好仿真，容易变差；。

基于宽频比的双频Wilkinson功分器小型化设计

基于宽频比的双频Wilkinson功分器小型化设计李博博; 王梓丞; 郭庆功【期刊名称】《《通信技术》》【年(卷),期】2019(052)003【总页数】6页(P734-739)【关键词】双频; Wilkinson功分器; 小型化; 宽频比【作者】李博博; 王梓丞; 郭庆功【作者单位】四川大学电子信息学院四川成都 610065; 中国洛阳电子装备试验中心河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】TN6260 引言随着通信系统的快速发展，多频通信逐渐成为主流。

功分器作为关键器件之一，广泛应用于通信系统。

对于传统Wilkinson功分器而言，只能工作在某一频率及该频率的奇次谐波上，不能满足通信系统工作在任意双频的需求。

通常，采用超宽带设计来实现任意双频工作[1］，但是需要增加节数，导致尺寸变大，与当前小型化的设计趋势相悖。

因此，设计小型化的可在任意两个或多个频段工作的功分器，具有重要的实用价值。

近年来，双频功分器的设计通常采用如下三种方法：阻抗变换法[2-5］、加载集总元件法[6］和耦合线法[7-8］。

其中，文献[3］在隔离电阻处引入并联的开路微带线实现小型化的双频功分器，且具有2.0～5.0的宽频比。

由于引入的开路微带线与功分器传输线部分平行紧邻，造成了耦合影响，导致频率发生了偏移。

文献[6］采用输出端口阻抗变换和引入RLC集总电路的思路，实现了双频功分器的输出端口分离。

由于它采用了电容、电感等有寄生效应的集总元件，导致其高频性能下降。

文献[7］设计了基于耦合线和隔离枝节的宽频比双频功分器，通过在输出端口外额外引入一对隔离枝节，实现了2.26～10.2的宽频比，但是2.26～2.74频率比时的耦合线间距仅0.01～1 mm，难以插入隔离电阻，且电路面积比传统Wilkinson功分器扩大1倍。

本文采用一种基于耦合线的新型结构，通过三端口阻抗变换法，设计了1.0～6.0宽频比的任意频率功分器。

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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
高效集成,在功分链路层面,为系统链路提供了一种良好幅度均衡解决方案。