第三章 微带线功率分配器
第三章 微带线功率分配器
R=2Z0 =100
3.5 微带线三端口功率分配器
宽带微带线wilkinson 功率分配器
微带Wilkinson 功率分配器相于阻抗 变换器
Z1
Z2
//
Z3
K 1 K
2
Z0
Z01 Z02 // Z03
K
K 2
Z 1
0
显然：Z01 Z0 Z1来自单级微带Wilkinson 功率分配器带宽一般为30%左右， 可增加“阻抗变换级”段级数获得宽带性能
3.5 微带线功率分配器
功率分配比与支路阻抗的关系
• Zin2 和 Zin3为在(1)处分别向支路(1)(2)和支路(1)-(3)的输入阻抗：
Zin2 V1
Zin 2 Z022
Z2 ，Zin3
Z
2 03
Z3
Zin3
• 在(1)处分别流向支路(1)-(2)和支路(1)-(3)的功 率比值：
V2
Z2
1
5
Z03 Z0 (1 K 2 )4 K 4
1
R KZ0 K Z0
3.5 微带线三端口功率分配器
作业：
采用输入端增加四分之一波长段的方式，设计
一个宽带二等分功分器，f=10GHz，输入输出阻抗
50 Ω ， 基 片 相 对 介 电 常 数 r=2.2 ， 厚 度 为 0.254mm
，金属(Cu)层厚度为0.017mm，画出结构示意图， 示意图中需简要考虑对不连续性的修正。
• Output connectors are shown connected to the splines in an “in line ” manner
3.5 微带线功率分配器
微带Wilkinson 功分器
功率分配器
定义:功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可将称为合路器。
分类：功率分配器按照路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器根据电路形式可分为：微带线，带状线，同轴腔体分配器概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线，带状线，同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）：同轴腔体功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）：微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
功分器功率分析：我们知道，当从功率分配器的输入端加一功率，由于每一路间的信号是同幅同相的，而且理论上电路是完全匹配的，所以隔离电阻上无功率通过，也就是说不承受功率，所以功分器的功率容量主要根据插入损耗计算出在传输线上损耗的能量，从而计算出能够承受的最大功率即可。
功率分配器的种类和作用
功率分配器的种类和作用
功率分配器是一种电路组件，用于将输入的信号功率分配到多个输出
端口上。
功率分配器的作用是在信号传输过程中，将信号的功率均衡地分
配到多个接收器中，避免信号强度的不均衡对传输带来的影响。
功率分配
器广泛应用于通信、雷达、卫星通信、微波通信、电子对抗、测量仪器等
领域。
功率分配器可以具有不同的传输线结构，包括微带线、同轴线和波导线。
微带线功率分配器因其体积小，重量轻，成本低等优点，广泛应用于
小型通信设备、无人机、雷达系统和卫星通信系统等。
同轴线功率分配器
则使用同轴电缆作为传输线，具有高功率承受能力和低噪声特性，适用于
大功率应用，如航空电子和医疗设备。
波导线功率分配器的频率范围广，
适用于高频率应用，如微波通信和雷达系统。
功率分配器的输出功率平衡度和相位平衡度是其关键性能指标。
输出
功率平衡度是指分配器各输出端口的信号输出功率之间的差异程度，而相
位平衡度是指分配器各输出端口之间相位差的差异程度。
这些指标决定了
功率分配器的可靠性和性能。
因此，制造高性能的功率分配器需要利用最
先进的材料和工艺，并进行精细的实验测试和优化。
总之，功率分配器是现代电子通信系统不可或缺的重要组件。
它不仅
能有效分配信号功率，保持信号质量，还具有稳定和高效的性能，适用于
各种通信系统和应用场合。
随着通信技术的不断发展和改进，功率分配器
的性能和特性也将不断提高和优化，为现代通信系统的发展注入新的动力。
功分器工作原理(图文)
功分器工作原理(图文)功分器是一种常见的电子器件，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
它能够将输入信号分成多个不同频率的输出信号，具有重要的信号处理功能。
本文将详细介绍功分器的工作原理，并通过图文的方式进行解析。
一、功分器的基本概念功分器，全称为功率分配器，是一种被动器件，用于将输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口上。
它通常由微带线、耦合器、隔离器等组成，具有低损耗、高隔离度等特点。
1.1 微带线功分器中的微带线是一种常用的传输线，由导体和绝缘层组成。
它的特点是结构简单、成本低廉，能够在高频率范围内传输信号。
微带线的宽度、长度和介质常数等参数会影响功分器的性能。
1.2 耦合器功分器中的耦合器用于将输入信号分配到不同的输出端口上。
常见的耦合器有平面耦合器、同轴耦合器等。
耦合器的设计需要考虑耦合度、带宽和插入损耗等因素。
1.3 隔离器功分器中的隔离器用于隔离不同的输出端口，防止信号之间的相互干扰。
隔离器通常由衰减器、隔离阻抗等组成。
隔离器的设计需要考虑隔离度、带宽和插入损耗等因素。
二、功分器的工作原理功分器的工作原理基于电磁场的相互作用和传输线的特性。
当输入信号进入功分器时，经过微带线、耦合器和隔离器等组件的作用，信号被分配到不同的输出端口上。
2.1 输入信号的传输输入信号首先通过微带线传输，微带线的特性阻抗和传输损耗会对信号产生影响。
通过合理设计微带线的宽度、长度和介质常数等参数，可以实现对输入信号的传输。
2.2 信号的分配经过微带线后，输入信号进入耦合器，耦合器将信号按照一定的比例分配到不同的输出端口上。
耦合器的设计需要考虑耦合度和插入损耗等因素，以实现对信号的精确分配。
2.3 信号的隔离分配到不同输出端口上的信号经过隔离器的作用，实现信号之间的隔离。
隔离器的设计需要考虑隔离度和插入损耗等因素，以实现对信号的有效隔离。
三、功分器的应用领域功分器作为一种重要的信号处理器件，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
电磁场与微波技术实验教程第3章
蓝色圆为匹配圆逆时针旋转90°(即λ/8)后得到的辅助圆)：
ZL ~ (1) 计算归一化负载阻抗值， Z L Z 0 2 j1
， 在圆
图上找到阻抗点A。 由A点沿等反射系数圆旋转180°， 得 到导纳点B。
第3章 微波电路CAD
第3章 微波电路CAD
2) 反射演示
负载分别设为全反射、 匹配以及任意状态时， 观察传 输线上反射电压(U－)、 反射电流(I－)的形成过程， 比较二 者的相位关系； 比较反射波(U－、 I－)与入射波(U+、 I+)之 间的相位关系， 注意观察传输线末端的反射情况。
第3章 微波电路CAD
3) 驻波演示
， 则归一化输入阻
抗为Z in3 0.5 j0.8 ， 在圆图上找到输入阻抗点Zin。 (2) 短路时的 Z in2 j2 ， 圆图上短路点对应的电长度
为0.18， 即输入阻抗点距离终端0.18λ。 (3) 由输入阻抗点Zin沿等反射系数圆逆时针(向负载方向) 旋转0.18电长度， 即得负载阻抗点Z， 为归一化值， 再乘 以Z0即得负载阻抗ZL。
传输线波形演示及圆图应用
一、 实验目的
(1) 了解传输线上各种波形的形成及传输特点。
(2) 掌握圆图的构成及计算应用。
第3章 微波电路CAD
二、 实验设备
本实验采用传输线理论CAI软件进行。 该软件为实验室 自行开发、 设计的计算机辅助教学软件， 分为传输线波形 演示和圆图应用两大部分。 传输线理论CAI软件主界面如图3.1.1所示。
第3章 微波电路CAD
实验2
Microwave Office软件系统介绍及应用
ADS实验教程ads作业答案1
VSWR=(1+abs(r))./(1-abs(r));
plot(w/(2*pi),VSWR);gridon;
xlabel('频率（Hz）');
ylabel('驻波比');
%-----------------------------------------------------
%画S21频率响应图
%基本参量：f频率，L串联电感，C并联电容；
f=10:10:3000;
w=2*pi*f*1e+6;
L=12.3e-9;
C=2.6e-12;
%电路A矩阵A=[a b;c d];
a=1-w.*w*L*C;
b=i*w*L/50;
c=i*w*C*50;
d=1;
%由A矩阵转化为S参量S21.
z=y+3;
plot(f ,z);
运行结果如右图，可以看到
匹配网络是个低通滤波器，
其带宽为1.22G，与节点法
的结果基本一致。
思考题：用2节及3节四分之一波长阻抗变换器实现200欧至50欧的阻抗匹配。要求带宽最宽。
解：先看单节匹配情况。在电子圆图上节点1阻抗为200，节点2为50，单节时匹配路径上最大Q值为0.73
解：用传输线实现ZL至A的移动，应该并联终端开路传输线，并联短路的也可以，但其电长度会大于0.25。用如图（1）所示电子smith圆图，可知并联（终端开路）传输线长度为 (这里的λg不是仅指在波导中的波长，是指在所有传输线中传输的波长)，串联传输线的长度为0.152 。
图（1）
上面得到的是传输线的电尺寸，包括特性阻抗（50欧）及电长度。还需要得到物理尺寸，包括宽度长度（注意不同传输线的物理尺寸不同）。在TXLINE软 件中选择微带传输线，把板材参数设置好。接下来由电参数特性阻抗及电长度求物理参数宽度及长度。
微带功率分配器微带阻抗及隔离电阻值
设计资料微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。
1.2分类：1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。
2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。
传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。
图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
2.2阶梯阻抗变换：在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。
其中最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图2）。
它的特性阻抗Z1为待匹配的阻抗。
(整理)微带功率分配器--微带阻抗及隔离电阻值
设计资料微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。
1.2分类：1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。
2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。
传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。
图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
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3.5 微带线功率分配器
Wilkinson N-way Hybrid power divider
• A coaxial line in which the hollow inner conductor has been
split into n splines of length /4.
• A shorting plate connects the splines at the input end, and resistors are connected in a radial manner between each spline at the outpu电t 子en科d 技an大d 学a 电co子mm工on精程品j学课un院件ct《io微n 波集成电路》讲义
V2 Z2
Z2 K2Z3
V3
Z3
• 在(1)处分别流向支路(1)-(2)和 支路(1)-(3)的功率比值：
P P 2 3V V 1 12 2
2
Z Ziin n3 2Z Ziin n3 2Z Z0 02 3 Z Z3 2K 12
Z 02 K 2 Z 03
✓ 功率分配比与支路阻抗的关系： P3 Z02 Z2 K2 电子科技大学电子工精程品学课院件 《P微2 波集Z成03电路Z》3讲义
隔离电阻R
• 通过求解端口(2)-(3)之间 的传输系数来确定电阻R的 大小
• 并联二端口网络，采用导纳矩 阵分析
y
yR
yT
y11 y21
y12
y22
i=0
y21(y21)R(y21)T0 us
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
3.5 微带线三端口功率分配器
(1)串联电阻y矩阵
K2 Z023 K2 1 Z3
Z2 Z3
V3
Z3
P3 Z02 Z2 K 2 P2 Z03 Z3
Z 02电子科Z 2 技Z 大0 学K 电2 子 工1 精程品， 学课Z 院件0 《3 微波Z 集3成Z 电0 路1 》+讲K 1 义2
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分配器
3.5 微带线功率分配器
概述
功率分配器概念：
将输入信号分成相等或不等的多路功率 输出网络 功率分配器应用 ✓ 功率分配
• 相控阵雷达将发射功率分配到各天 线单元；
• 共用同一本振的多通道收发系统
✓ 功率合成（功率合成器）
• 高功率合成 • MMIC PA；
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
阻抗关系确定
P3 Z02 Z2 K 2 P2 Z03 Z3
Zin2
V2 Z2
• 选择合适的Z2、Z3，根据要 求的功率分配比为K2，可得
V1
到各分支路特性阻抗：
Zin3
V3
Z3
Z2 KZ0、Z3 K 1Z0
✓ 例如：3dB功分器（等功率分配
Z 02 Z 0 K K 2 1
），K=1，Z0=50欧姆，有：
3.5 微带线功率分配器
微带Wilkinson 功分器
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分
隔离电阻
配器结构与功能
由T/Y型结，特性阻抗为Z02和 Z03的g/4线、电阻R构成的三
端口功率分配网络: (1)为输
入端口， (2)、 (3)为输出
3.5 微带线功率分配器
概述
功率分配器主要技术指标：
功率分配器类型
✓ 支路数 ✓ 功率分配比 ✓ 隔离度 ✓ 损耗 ✓ 驻波 ✓ 功率容量
• 二进制树形，级联型，N-路型 ，……
• 等功率型，非等功率型 • 隔离型，非隔离型
• 波导型，同轴型，微带型…… ……
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
Z 03 Z 0
K 2 1
P2
P3
Z2 Z3 Z0 =50
电子K科3 技大学电子工精程品学课院件 《微Z波02集成Z电03 路 》2讲Z义0 =70.7
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分配器
Z2
不等分功率分配器设计
➢ K≠1，Z2 ≠Z0， Z3 ≠Z0 Z2 KZ0、Z3 K 1Z0
相互抵消。电即子实科现技(大2学)-电(3子)工端精程口品学课隔院件离《微波集成电路》讲义
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分
配器网络分析
功率分配比与支路阻抗的关系
V1
• 设(2)、(3)端口功率分配比：
P3 K 2 P2
P2 V22Z2，P3 V32Z3 • 平衡工作状态，(2)、(3)端口无电压差：
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分配器
输入端匹配要求
Zin2
V2 Z2
• 在输入端(1),支路(1)-(2)
和支路(1)-(3)为并联关系
V1
Z0：=Zin2 // Zin3
Zin3
=
Z022 Z023 Z2 Z3 Z022 Z023
= 1 Z022 K2 1 Z2
yR
1
Z2Z3
R
1 R
1 R
1
R
(2)T形网络y矩阵
V2 Z2
V3 Z3
Z2 K 2 Z3
V2 V3
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
3.5 微带线功率分配器
功率分配比与支路阻抗的关系
• Zin2 和 Zin3为在(1)处分别
向支路(1)-(2)和支路(1)(3)的输入阻抗：
Zin2 V1
Z in 2 Z 0 2 2Z 2， Z in 3 Z 0 2 3Z 3 Zin3
平端衡口工作状态：通过选择不同Z02和Z03的g/4线，并配接合适 的负载R2和R3，实现不同比例的功率分配/功率合成，并使(2)
、(3)端口间无压差，电阻R上无电流
非平衡工作状态： (2)、(3)端口间存在电压差，电阻R上有 电流流过。由(2)口输入的信号分为两路达到(3)端口：一路
Z02 g/4线—Z03 g/4线，一路通过电阻R，并在(3)端口实现
Z 02 Z 0 K K 2 1
Z3
K 2 1
Z 03 Z 0
K3
➢ 采用/4阻抗变换段实现同
一系统端口阻抗 Z0要求
Z
04
=
Z
05
=
Z2 Z0 = Z3 Z0 =
K Z0
1 K
Z
0
电子科技大学电子工精程品学课院件 《微波集成电路》讲义
3.5 微带线三端口功率分配器
微带线wilkinson 功率分配器