《微波技术课程设计》设计报告 - 张桥

南京航空航天大学

第1页（共6页）2011～2012学年第二学期《微波技术课程设计》设计报告

班号：0409104 学号：040810408 姓名：张桥

功分器的介绍

功分器全称功率分配器,也叫过流分配器,分有源,无源两种,。它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，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。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

功分器的技术指标

功分器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。

1、频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。本次课程设计带宽要求为5Ghz。

2、承受功率。在大功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。

3、分配损耗。主路到支路的分配损耗实质上与功分器的功率分配比有关。如两等分功分器的分配损耗是3dB，八分功分器的分配损耗是9dB。

4、插入损耗。输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素，考虑输入端的驻波比所带来的损耗。插入损耗为1.7dB,所以S21（dB）等参数的有效取值区间应为-10.7dB——-9dB。

5、隔离度。支路端口间的隔离度是功分器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。

6、驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好

功分器的设计过程

本课程设计主要是使用电磁仿真软件设计并仿真一款工作于中心频率为35GHz的金属波导一分八功率分配器。仿真采用的是HFSS仿真软件，设计的三维结构仿真模型如下所示：

图（1）矩形波导八路功率分配器模型

整个模型是对称结构，电磁波由第一层的1端口进入，到达小孔处平均分配，然后由第二层进入第三层，在小孔处再次分别一分为二，由于整个结构是对称的，所以达到一分八平均分配的结果，其原理如下图所示。

图 （2）一分八模型与参数设置情况

各个部分参数如下所示，其中a,b 分别对应波导的宽边和窄边，l 为真空中f=35Ghz 电磁波的波长。设定的各参数大小如下图表格所示：

图 （3）优化前设定的各参数大小

在构建了整体模型后，我仿真的第一步是制作出一分二模型，其结构如图4所示，经设置端口激励、扫频分析得到S 参数如图5示。

2l

2l 2l

3l

4l

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4l 2l

图（4）一分二模型

图（5）S参数随频率变化情况

对一分二模型进行几何修改，经过一系列的合并相减、挖孔，于是得到图1所示的一分八功分器。设置好端口激励后扫频，得到的S参数如图所示。

图6 S11-S91（dB）随频率变化情况

图7 S21-S91的相位（°）随频率变化情况

由图6可知，在35Ghz处，S11取到最小值约-22.5dB,插入损耗52Ghz-35.36Ghz之间满足课设要求，由图7可知，相位平衡度<5°，满足课设要求。

课程设计总结

这次课程设计是使用电磁仿真软件进行一分八平均功率分配器的设计工作，整个模型设计下来我花费了很多时间，付出了不少努力。由于刚开始对软件的不熟悉以及设计过程中考虑不足导致自己耗费了很多不必要的时间和精力，在一次次的失败后我终于摸索着学会了熟练的使用这个仿真软件。本来我打算设计出一个比较有个性的独特模型，但是在一次次的优化结果达不到指定

的指标后，我不得不无奈的选择放弃了最初的那个模型而选择了这个大众化的模型，并且勉强凑合得到了这样的一分八功率分配器。由于对软件的掌握不够熟练以及时间因素，部分参数尚未经过优化，因而未能完全达到设计指标。我会在今后一段时间内认真熟练操作HFSS，把未竟的任务尽力完成。

通过这次仿真设计，我对于专业课的学习有了更加深刻的认识，有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历。它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。最后，这次的课程设计也激发了我对微波器件设计的兴趣。曾经我对我们微波专业是一片迷茫，但是通过这次课程设计，通过亲自制作功分器以及写总结报告时在网上看到的各种各样有关微波方面的小文章，我对微波专业发展方向有了更多的了解。

另外我们在课程设计过程中，还学会了将微波技术课程中学习的理论知识运用于实际。在课设过程中，我们通过分析模型系统的S参数曲线，得到带宽，插入损耗，隔离度等等参数，通过对这些参数的分析，我们去改进模型中的尺寸参数，正是由于实际的操作实践，在对实践中出现的问题的思考，我们才对这些理论知识有了更加深刻的理解。总之，通过本次课程设计过程，我掌握了使用电磁仿真软件设计微波器件、进行仿真的一套很好的方法，并通过实际的操作加深了对方法的理解和掌握,学会了利用学过的理论知识去分析问题，最后找到解决问题的方法。在这次课程设计中，难免也遇到了一些个人能力难以解决的问题，于是积极的跟同学讨论分析得到正确的方法，提高了学习效率，培养了团队协作的精神。