设计仿真微带功分器
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器（power divider）是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件，广泛应用于无线通信系统和射频设备中。
功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步，本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。
首先，功分器的设计需要满足一定的性能指标，如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。
根据设计需求选择适当的功分器结构，常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。
下面以微带功分器为例，介绍功分器的设计与仿真过程。
Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构，它由一个输入端口和多个输出端口组成，通过微带线和分支线来实现功率的分配。
设计过程分为以下几个步骤：1.确定设计频率和阻抗：根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。
常见的阻抗有50Ω和75Ω，具体选择根据实际需求决定。
2.计算微带线参数：根据设计频率和阻抗，计算微带线的宽度和介质常数。
可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。
3.确定功分比：根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上，可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。
4.布局设计：根据计算得到的微带线参数和分支线长度，将功分器的布局设计在PCB板上。
5. 仿真验证：使用仿真软件（如ADS、Sonnet、HFSS等）对功分器进行仿真验证。
在仿真过程中，需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。
6.优化调整：根据仿真结果对功分器进行优化调整，如调整微带线的长度、宽度等。
7.PCB制作和测试：完成优化后的功分器设计后，进行PCB制作，并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。
以上就是功分器的设计与仿真过程。
在实际的设计过程中，需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。
同时，合理选择仿真软件和工具也是非常重要的，能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。
总结起来，功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。
准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能，最终得到满足需求的功分器产品。
CH6微带无源器件设计与仿真
1 R V2 1 V3 R
0 0 j 1 2Z 0 j 2Z0 V3 0 I 3''
②
V2
'' I2
V3
③
(2)传输线支路传输矩阵：
j 2Z 0 1 1 0 Z0
三、Wilkinson功分器设计与仿真
EM Setup
三、Wilkinson功分器设计与仿真
Set substrate: Use defined or create new
Set freq. following introductions!
三、Wilkinson功分器设计与仿真
Simulate:
二、Wilkinson功分器的基本特性
等效传输线电路：
② ①
②
③
① ③
（忽略了T接头影响）
目的：分析计算散射矩阵，由散射矩阵得到其特性。 分析方法：直接分析方法
奇偶模分析方法【Pozar,pp.274-277,自学】
1.直接分析--- ①输入时
V2
要求1：①输入,②③接匹配时 ② ①匹配,功率平分,无耗。
2Z 0
/4
Z0
2Z 0
/4
1.直接分析--- ②输入时
I2
V2
②
Zin 2
①
V3
I 2 I 2'
2Z 0
1 V2 Z0 V 2 Z0 I2
②匹配
S22 0
③
I 3' I 3
'' I3
I3 0
③电流为零，隔离。
S32 0
根据互易对称性： ③
应用ADA进行微带功分器的仿真设计
废粥科学SI L I C O NL L E Y一缓应用A D S进行微带功分器的仿真设计钟福如田敏李栓明张卫东(石河子大学信息科学与技术学院新疆石河子832003)[摘要]介绍微带功率分配器的基本设计理论和AD S的使用方法，并给出一个810--990M H z---路功分器的计算机仿真验证步骤．仿真结果说明应用A D S进行设计有效性和可行性。
[关键词]微带功率分配器A D S软件中图分类号：T N454文献标识码：A文章编号：1671--7597(2008)1020136一01一、引膏在射频微波电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦含元件的性能将影响整个系统的通讯质量。
现在的许多产品设计都可能在设计中期修改指标或增加功能等，这就要求我们的设计更加灵活。
自从20世纪40年代M i T辐射实验室发明和甥造了种类繁多的波导型功分器和耦合器后，在20世纪50年代中期和60年代又发明了多种采用带状线或微带技术的耦合器[1]。
其分析设计方法到六十年代中期为止，都主要以手工计算为基础。
对特定的微波网络模型，逐步从数学上来阐明其性质，但是由于没有微波网络的分析模型，设计人员一般采_}}j烦琐的试凑法。
可以想象，每一次的参数优化都需要在实验室由实际的模型来完成，整个过程漫长复杂。
20世纪70年代开始计算机的普及和仿真软件的出现。
使得模型的设计町由专门的厂家来和设计公司完成。
这样，在预估计电路性能方面，即使只是基本熟悉计算机使用的工厂技术人员也可以准确而迅速地获得微波电路的优化设计参数，这却是那些只熟悉电路理论而不懂得借助于计算机进行试验设计的人员办不到的[2]。
所以当今的微波平面结构元件和集成电路设计已经很少求助于电磁场分析，而使用微波C A D和网络分析仪[1]。
在微波设计软件中最为出名的就是A D S，A D S(A dva nc ed D es i gn S yst em)是美国安捷伦公司所拥有的电子设计自动化软件；A D S功能十分强大，包含时域电路仿真(S PICE一1i ke S i m ul a t i on)、频域电路仿真(H ar m oni c B al a nce S i m ul at i on)、三维电磁仿真(E M Si m ul at i on)、通讯系统仿真(C om m uni cat i on S ys t em S i m ul a t i on)和数字信号处理仿真设计(D SP)；支持射频和系统设计工程师所开发的所有类型的R F设计。
奇等分微带功分器的仿真设计
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ４８ ７
Ｊ １２ ｏ ｕ． ０ ８
Ｇ ｚ带宽 １Ｇ ｚ幅度一致 性 ≤０ ５ｄ 相位 一致 性 Ｈ； Ｈ； ． Ｂ； ≤１ ； ≤０ ７ｄ 隔离 度 ≥ ２ Ｂ 。Ｉ Ｌ ． Ｂ； ０ｄ 。
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｖ ｌ ｅ ｉｎ ｓｒ ｃ ： ｏ ｅ ｄ ｓｇ ｍ ｅｈ ｄ ｏ ａ ｏ ｄ ｔ ｏ ｆｒ ｎ ｄ ｎｕ ｅ — ｄｖ ｄ ｄ ｏ ｒ ｉ ｉｅ ｉ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｍｂ ｒ ｉｉ ｅ ｐ ｗｅ ｄ ｖｄ ｒ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．Ａｎ ｏｔ ｓ ｆ ｄ ｓｇ ｅ ｅ ｉｎ ｒ２．１，ｈ ａ ｅ ｔｍ ｉｒ ｗａ ｅＥＤＡ ｏ ｔ ｒ ｏ ｕ ｅ ｙ Ａｎ ｏ ｏ ｐ ｒｔｏ ｔ ｅ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ ｖ ｓｆ ｗａ ｅｐｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｓ ｆ ｃ ｒ ｏ ａｉ ｎ，ｉ ｅ ｏ ｄ ｓｇ ｎ ｉ ｓｕｓ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ａ ｏ ｅ— ｄｖ ｄ ｄ — ｔ —ｔ ｒ ｅ ｐ ｗｅ ｉ ｉ ｒｃ ｎ ｅ ｅ ｔ１ ｉｉ ｅ ｏ ｈ ｅ ｏ ｒ ｄ ｖｄｅ ｅ ｔ ｒ ｄ ａ ０ＧＨ ｚ ｔ ａｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｍｅｈｏ Ｔｈ ｄ ａ ｅ ｕ ｔｃ ｎ ｉｍ ｓｔ ｅ ｏ ｖ ｌｄ ｔ ｈ ｔ ｄ． ｅ ｉ ｅ ｌｒ ｓ ｌ ｏ ｆｒ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｔ ｉ ｔ ｏ ． ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｃ ｏ ｖ ｅ ｉｅ； ｄ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ｍｉｒ ｗａ ｅ ｄ ｖｃ ｏ ｄ ｎ ｍｂｅ ｒ—ｄ ｖｄ ｄ ｐｏ ｒｄ ｖｄ ｒ ｔ ｐ ｇ ａ ｉ ｔ ｔ ｒ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｄ ｓｇ ｉ ｉｅ ｗｅ ｉ ｉｅ ；ｏ ｏ ｒｐｈｃ ｓｒ ｕ ｅ；ｉ ｌｔｏ ｅ ｉ ｕｃ ｎ
该 一 分 三 功 分 器 的设 计 指 标 为 ： 心 频 率 １ 中 ０
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器是一种被广泛应用于射频和微波通信系统中的无源分配器件。
它能够将输入功率平均分配到多个输出端口上，同时保持较高的功率分配均匀度和良好的阻抗匹配特性。
功分器的设计与仿真是确保其性能和可靠性的关键步骤。
下面将介绍功分器的设计过程以及在仿真中所需要考虑的内容。
1.功分器设计的基本原理功分器的基本原理是将输入功率平均分配到多个输出端口上。
常见的功分器结构包括两分、三分和四分结构。
其中，两分结构包含一个输入端口和两个输出端口；三分结构包含一个输入端口和三个输出端口；四分结构包含一个输入端口和四个输出端口。
功分器的设计要满足以下几个基本要求：-分配均匀度：要求各输出端口上的功率分配尽可能均衡。
-阻抗匹配：要求输入端口和各输出端口的阻抗匹配，以减小功分器对系统整体的影响。
-衰减损耗：要求功分器的损耗尽可能小，以确保输入功率能够尽量传递给输出端口。
2.功分器设计的流程-确定工作频率：确定功分器所工作的频率范围。
-选择功分器结构：根据应用需求和系统限制选择合适的功分器结构，比如决定是采用两分、三分还是四分结构。
-确定端口阻抗：根据系统要求和端口特性，确定功分器的输入端口和输出端口的特性阻抗。
-计算功分器的设计参数：通过理论计算和仿真工具，计算出功分器的长度和宽度等关键参数。
-优化和调整参数：根据仿真结果，优化和调整功分器的设计参数，以满足系统要求。
-确定材料和工艺：根据功分器的设计参数和要求，选择合适的材料和工艺。
-制备并测试样品：根据设计要求制备功分器样品，并进行实验测试，优化设计。
3.功分器的仿真内容功分器的仿真是设计过程中十分重要的一步，可以通过仿真工具来验证设计效果和参数。
在功分器的仿真中，需要考虑以下内容：-功分器的S参数：通过仿真计算和分析功分器的S参数，包括S11、S21等参数，以评估功分器的性能和阻抗匹配特性。
-功分器的功率分配均匀度：通过仿真计算和分析各输出端口上的功率分配均匀度，以评估功分器的性能。
微带不等分功分器设计与仿真
微带不等分功分器设计与仿真一、摘要功分器全称功率分配器，英文名Power divider，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
二、设计目的和意义三、设计原理功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
功分器也叫过流分配器,分有源,无源两种,可平均分配一路信号变为几路输出,一般每分一路都有几dB的衰减,信号频率不同,分配器不同衰减也不同,为了补偿衰减,在其中加了放大器后做出了无源功分器。
功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，通常有二功分、四功分、六功分等等。
功分器的工作频率是950MHz－2150MHz，卫视烧友想必对功分器是再熟悉不过了。
以上三个器件的用途和性能是完全不同的，但在日常使用中往往容易把名称混淆了，使得人们在使用中容易产生困惑.*接收系统中的多台卫星接收机，共用一面天线，几面天线共用一台卫星接收机，以及两台以上卫星接收机和两面以上天线共用，它们之间的连接除了依靠电缆之外，主要是靠切换器的组合编程来实现的。
功分器是接多个卫星接收机用的.如果一套天线要接多个卫星接收机就要用功分器.根据所接接收机的多少选用功分器.如果接两接收机就用二功分器.接四接收机就用四功分器。
功率分配器可以采用定向耦合器和分路器两种方法实现。
但定向耦合器的结构较复杂 , 其功率分配的比值又往往与频率有关 , 无法满足宽带功率分配的要求。
Wilkinson功率分配器的仿真
实验一Wilkinson 功率分配器的仿真2013级电信2班20131305047 王庭哲一、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HFSS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、实验原理在微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，通常使用功率分配器。
图1即为一个典型的带有负载是一分二微带型功率分配器电路图。
图1 微带功分器电路图当信号从端口1输入时，功率从端口2和端口3输出，只要设计恰当，输出可按一定比例分配，并保持电压同相，电阻R上无电流，不吸收功率。
若端口2或端口3稍有失配，则有功率反射回来，为电阻所吸收。
从而保证两输出端有良好的隔离，并改善输出端的匹配。
设端口3和端口2的输出功率比为k2，即同时由于端口1到端口2与端口1到端口3的线长度相等，故端口2的电压V2与端口3的电压V3相等，即V2=V3。
又因为端口2和端口3的输出功率与电压的关系为将式(2)代入式(1)中，得式中：Z2和Z3为端口2和端口3的输出阻抗，若选择可满足式(3)，为了保证端口1匹配，应有同时，考虑到则所以为了端口2与端口3隔离，即端口2或端口3的反射波不会进入端口3或端口2，可选在实际情况下，输出端口的阻抗也是Z0，因此，采用四分之一波长阻抗变换器，在端口2和端口3各加一段传输线，特性阻抗分别为如果是等功率分配器，则P2=P3，k=1，于是有三、实验步骤（一）HFSS建模过程1.新建工程power divider并设立参数2.绘出底板参数如图3.绘出地板4.在底板上添加微带线5.添加隔离电阻隔离电阻参数6.添加端口7.添加空气盒子盒子参数隔离电阻微带线地板空气盒子端口（从上至下分别为1,2,3）仿真设置四、实验结果及分析1.由一图可以看出曲线S(2,1)接近3dB，即S（2,1）基本满足要求2.由图二可知三个端口的匹配状况S(1,1) S(2,2) S(3,3)在理想状况下反射系数应为0即负无穷dB。
微带功分器的仿真和优化
%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.
图2
2.设计耦合度为-10dB平行线定向耦合器。特性阻抗50Ω。使用的板材参数为相对介电常数εr =4.25，介质厚度h=1.45mm,敷铜厚度t＝0.035mm。频率为2.386(GHz)。
解：根据耦合度、特性阻抗、板材参数和频率，利用ADS软件可以得到耦合微带线尺寸，如图3所示。
解1： ，其中 是端口1的输入电阻。
功分器传输线长： ， ，由输入电阻计算公式可以得到， 。将此式代入，得到 表达式为：
。（1）
图8是用上式绘得的 的频率响应曲线，图9是第1题中仿真得到的结果。可以看到两者非常一致。
图8
图9
为求得 ,等效电路如下所示，左端为端口2，中间为端口1，右边为端口3.
端口2、3间可以看成两个网络的并联，电阻2 的归一化导纳矩阵为：
S11=(z1-Z0)./(z1+Z0);
plot(f,-20*log10(abs(S11)));
xlabel('Frequency(GHz)');
ylabel('S11(dB)');
对于S41，
由于： ；
；
其中： ；
； ;
所以：
程序如下：
%参数S41
Pe=(Z0-Z0e)/(Z0+Z0e);
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实验 设计仿真微带功分器
一、 实验目的：
１． 掌握微带功分器的原理；
２．
掌握用VOLTAIRE 仿真、优化线性电路；
二、 实验原理：
功分器是一种功率分配元件，它是将输入功率分成相等或不相等的几路功率，当然也可以将几路功率合成，而成为功率合成元件。
在电路中常用到微带功分器，其基本原理和设计公式如下：
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图2.1 二路功分器的原理图
图2.1是二路功分器的原理图。
图中输入线的特性组抗为0Z ,两路分支线的特性阻抗分别为Z 02和Z 03，线长为0e λ/4 , 0e λ/4为中心频率时的带内波长。
图中2,3R R 为负载阻抗，R 为隔离阻抗。
对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。
下面根据上述要求，确定Z 02 、Z 03、R 2、R 3及R 的计算公式。
设2口、3口的输出功率分别为P2、P3 ，对应的电压为V2、V3 .根据对功分器的要求，则有： P 3=K 2P 2
|V 3|2/R 3=K 2|V 2|2/R 2
式中K 为比例系数。
为了使在正常工作时，隔离电阻R 上不流过电流，则应 V 3=V 2 于是得 R 2=K 2R 3 若取 R 2=KZ 0 则 R 3=Z 0/K
因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为： Z in2=Z 022/R 2 Z in3=Z 032/R 3
为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的0Z ，即 Y 0=1/Z 0=R 2/Z 022+R 3/Z 032 若电路无损耗，则
|V 1|2/Z in3=k 2|V 1|2/Z in2 式中V1为1口处的电压 所以 Z in =K 2Z 03
Z 02=Z 0[(1+K 2)/K 3]0.5 Z 03=Z 0[(1+K 2)K]0.5
下面确定隔离电阻R 的计算式。
跨接在端口2、3间的电阻R ，是为了得到2、3口之间互相隔离得作用。
当信号1口输入，2、3口接负载电阻 时，2、3两口等电位，故电阻R 没有电流流过，相当于R 不起作用；而当2口或3口得外接负载不等于R2或R3时，负载有反射，这时为使2、3两端口彼此隔离，R 必有确定的值，经计算R=Z 0(1+K 2)/K 。
图2.1中两路线带之间的距离不宜过大，一般取2～3倍带条宽度。
这样可使跨接在两带线之间的寄生效应尽量减小。
三、 实验内容：
用VOLTERRA 设计仿真一个微带功分器，具体指标如下：
中心频率为：02f GHz =； 耦合度： 2k = 引出线： 050Z =Ω 介质基片： 2.55,1r h mm ε=-
四．设计过程 电路图：
局部放大
1．R2＝kZ0＝2×50＝100
R3＝Z0/k＝50/2=25
Z02=158.11
Z03=39.35
2.微带线的长度确定
所以Z02的宽度为0.21165
其他的宽度求法类似
Z03的宽度3.989
R的宽度0.44836
R2的宽度1.601
R3的宽度4.71
3．调谐与优化
调谐的主要是Z02，Z03，R的长度（注：但不能范围过大，要在四分之一波长的10％内调节）
要保证TL3和TL2之和为四分之一波长，所以设计了全局变量L1和Y
保证在条件L1和Y时，他们之和为四分之一波长
由于P3＝4P2，所以10*㏒(P3/P2)=6dB
即S31和S21之间的差距为6dB左右。
这就设计的两个输出的差，所以用output Equation。
设计优化目标
观察图形可得
符合题目要求总体输出为;
最后，在2G附近，S32＝－37。
83dB S31－S21＝6.01dB。