一种宽带功分器的设计
宽带功分器设计
功分器设计步骤： 1、选好基片： FR-4，介电常数4.6，厚度0.8mm, 铜箔厚0.018mm
2、建立电路模型
90
0
2’、设计向导建立电路模型
仿真计算
m2 freq=1.800GHz dB(S(1,1))=-21.023
0 -10
dB(S(3,1)) dB(S(2,1)) dB(S(1,1))
4、印制板设计
5、测试和调试
1、注意正确装配； 2、重点调试输入输出端口的驻波； 3、注意适当改变输入输出端口的阻抗。
6、分析总结
1、设计结果与测试结果的差异； 2、分析主要原因；
3、提出改进意见。
3、功分器的应用： 相控阵雷达中、中继通信、信号检测等
4、功分器的基本要求
1）频率不变，按一定比例进行功率分配；
2）各输出端口要相互隔离； 3）各输入输出端口要完全匹配。
两等分功分器
单节两等分功分器
Z 50 Z1 2 Z 0
RAB 100
功分器技术指标
1、工作频率：1.5~2.5GHz 2、插损 ≤ 1 dB 3、隔离度≥ 20dB 4、幅度不平度≤ 1dB 5、相位不平度≤3° 6、输入输出驻波 ≤ 1.5 7、接头:SMA-50-K
m1 freq=2.000GHz dB(S(2,1))=-3.056 m1 m3 freq=2.200GHz dB(S(1,1))=-20.490 m3 m2
-20 -30 -40 -50 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
freq, GHz
优化仿真
3、电磁场仿真
题目二、宽带功分器设计
1、功分器：将某一输入功率按一定比例 分配到各支路中的微波器件。
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。
一种宽带一分三Wilkinson功分器设计
设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０５．０１４一种宽带一分三Wilkinson功分器设计樊帆，申靖轩，戴剑（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）摘要：针对传统一分三Wilkinson功分器带宽较窄、占用面积较大的问题，基于70 μm GaAs工艺，研制了一种混合π型等效电路和微带线结构宽带一分三Wilkinson功分器。
该功分器的工作频率范围为5～18 GHz，电路尺寸为2 mm×1.3 mm，输入、输出端口的回波损耗均大于20 dB，插入损耗小于6.7 dB，隔离度大于20 dB，幅度不平衡度在±0.5 dB以内，相位不平衡度在±4°以内。
经仿真验证，该功分器性能指标优异，能被很好地应用在射频系统中。
关键词：一分三功分器；宽带Wilkinson功分器；π型等效电路A Wideband One Minute Three Wilkinson Power Divider DesignFAN Fan, SHEN Jingxuan, DAI Jian(The 13th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Shijiazhuang 050051, China)Abstract: In order to solve the problem of narrow bandwidth and large occupation area of traditional one-minute three-Wilkinson power divider, a hybrid π-type equivalent circuit and wideband one-minute three-Wilkinson power divider with microstrip line structure are developed based on 70μm GaAs process. The frequency range of the power divider is 5 to 18 GHz, the circuit size is 2 mm×1.3 mm, the return loss of the input and output ports is greater than 20 dB, the insertion loss is less than 6.7 dB, the isolation degree is greater than 20 dB, the amplitude unbalance is within ±0.5 dB, the phase unbalance is within ±4°. The simulation results show that the power divider has excellent performance and can be used well in radio frequency system.Keywords: one minute three power divider; wideband Wilkinson power divider; π-type equivalent circuit0 引 言功率分配器可以将输入信号的功率分配为多个信号输出，或者将多个射频信号功率进行合成，在射频系统中的应用十分广泛，常见于相控阵雷达和天线等设备中[1-4]。
带状线宽带Wilkinson一分四功分器的设计
Ｗ ｌｎ ｎ ｏｅＤｖ ｅ Ｊ．Ｅ ＥＴａｓ ｆｎｏ ｉｏ ａ ｈｏ ｉ ｉｏ ｗｒ ｉｄｒ ］ＩＥ ｒ ａｉ ｓ Ｍｃ ｗｖ Ｔｅ－ ｋ ｓ Ｐ ｉ ［ ｎ ｃｏ ｎ ｒ ｅ
ｒ ｎ ｅｈ ｉｕｓ２ ０ ，４（ ） ２ ８— ８ ． ｙａ ｄＴｃ ｎｑ ｅ，０ ６ ５ １ ：７ ２４
２ ２ 电路 的设计 ．
图 ３ 功分器实物
表 １ 功分器测试结果
本文设计的一分 四功分器要求能将输入功率四
测试指标 传输损耗
总 口驻波
测试结果
等分输出并且传输损耗尽可能小 ， 各输 出口间具有
较高隔离度， 同时各端 口须匹配至 ５１， ０ 其拓扑结构 １
如图 ２ 所示 ， 其基本结构单元为三个二等分 Ｗｉ ｉ ｌｎ ｋ． Ｓｌ Ｏ 功分器 ， ｉ 由于单节阻抗变换器 的工作带宽为窄
［ ］韩淑萍 ， ２ 李铭祥． 高隔离度 一分三功 分器的设 计［ ］ 上 海大学 Ｊ． 学报 ： 自然科学版 ， ０ （ ）５ ９ ５ ０ ２ ４６ ： —６． ０ ５ ［ ］Ｓ ｓ ｈ ， ｉ ｐ ｕ ， ａｄ ｄ ， ． ｕｌ ａｄ Ｂ ｈ ｅ ３ ｒａ ｉ Ｖｍｎｈ ｎ Ｂ ｎ ｕｅ Ｋ ｃａ Ａ Ｄ ａ ｂｎ ｄ ｒ ｉｔｔ Ｓ Ｓ ｊ ｔ １ ３ Ｔ ｅ
２ １ 牟第 ０ ０ １ １期
中图分类号 ：Ｎ ２ Ｔ ６６ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０９— ５２【０ １ １ ０ １ ０ １０ ２ ５ ２ １ ）０— ２４— ２
带状 线 宽 带 Ｗｉ ｉｓｎ一分 四功 分 器 的设计 ｌ ｎｏ ｋ
赵 超
（ 南京信息工程大学 电子与信息工 程学 院， 南京 ２０４ ） １０４
［］清华大学《 １ 微带 电路＞ 编写组． 微带电路 ［ ］ 北京 ： 民邮电出 Ｍ． 人
基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计
基于脊波导到同轴变换的宽带功分器设计介绍了一种宽带单脊波导功分器的设计方法，在实现脊波导到同轴变换的同时实现等功率分配。
设计基于脊波导到同轴变换，采用两级阻抗变换很好地改善了阻抗匹配，提高了传输特性。
仿真结果显示，单脊波导功分器在8.1GHz～13.6GHz频带范围内输入端口回波损耗小于-20dB，插入损耗小于-3.08dB。
标签：单脊波导；波导同轴变换；阻抗变换1 引言波导同轴变换器是各种雷达系统、精确制导系统和微波测试系统中的重要无源连接器件[1]，在微波系统中有着非常广泛的应用。
为了适应宽带应用的需求，宽带波导同轴变换也被广泛研究[2-3]。
相对于矩形波导来说，脊波导有着更宽的工作频带，适用于各种宽带系统中，因此宽带波导同轴变换通常在脊波导的基础上开展设计。
本文基于脊波导到同轴变换，设计了一种宽带单脊波导功分器，能在实现脊波导到同轴变换的同时实现等功率分配，采用两级阻抗变换技术对阻抗匹配进行了优化设计。
2 设计仿真设计选用24JD7500标准单脊波导，同轴部分为50Ω特性阻抗的SMA型同轴接头。
单脊波导功分器整体结构如图1所示，其中A为单脊波导，B为SMA 同轴接头，C为两级阻抗变换中的同轴阻抗变换部分，D为两级阻抗变换中的脊波导阻抗变换部分，E为与波导的脊相连接的同轴部分内导体。
而且SMA同轴接头为单脊波导功分器的输入端口1，单脊波导两个端面作为功分器的输出端口2和3。
结构模型中同轴部分内导体外的介质材料选用聚四氟乙烯。
同轴阻抗变换部分、脊波导阻抗变換部分的初始长度取四分之一波长，以此为基础仿真优化。
图2给出了功分器同轴输入端口1回波损耗的仿真结果，图中曲线从上到下依次为没有加载阻抗变换、仅加载脊波导一级阻抗变换、仅加载同轴一级阻抗变换和加载两级阻抗变换的回波损耗。
可见在8.1～13.6GHz频带内，两级阻抗变换后的回波损耗小于-20dB；而且在8.6～13.0GHz频带内，回波损耗小于-26dB，输入端口可获得良好的阻抗匹配。
阶梯阻抗变换宽带功分器设计 - - EEFOCUS
(6-b)
Amplitude (dB)
-10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45
1 2 3 4 5 6
S12 S13 S23
(6-c) (6-d)
7
8
9
10
Frequency (GHz)
A = tg 2θ k1 + tg 2θ k 2
B=
tg 2θ k1 =
图5
输入输出端口耦合参数以及输出端口 之间的隔离度曲线
π wq
tg 2θ k 2 =
8 −1 (3 − 2) cos 2 θ1
R为终端阻抗， 根据奇偶模分析法， 功分器中R 一般取值为2。 Tn 是n阶第一类多项式，其中
ε
式的 Tn (
2
r
=
( R − 1) 2 1 2 4 R Tn (1/ µ0 )
（3）
由上面公式，得出各节阻抗线的归一化阻抗值 为1.116， 1.296， 1.544， 1.793。 再根据微带线准TEM [4] 模综合方法 得出各节阻抗线宽度分别为0.56mm， 0.75mm，1.02mm，1.30mm，1/4波长阻抗线的长度 为11.1mm。
结论本文给出了采用契比雪夫原型的多级阻抗级联的宽带功分器的设计方法并给出了阻抗变换节数的计算公式最后对工程中常用28ghz的功分器进行仿真和加工测试结果表明能够很好的满足工程要求可以为工程上设计宽带功率分配器提供选择
阶梯阻抗变换宽带功分器设计
李庭 孙永志 王伟光
（南京电子设备研究所，南京 210007） 摘 要：本文介绍了采用 λ / 4 阶梯阻抗变换实现宽带功分器方法，在此基础上得出了四级阻抗变换器级联的各段阻抗的计 算公式。设计了 2-8GHz 一分二功率分配器，仿真结果和测试结果都能很好的满足设计要求。 关键词：阶梯阻抗，宽带功分器
一种超宽带功分器的设计
SOFTWARE 软 件2021第42卷 第2期2021年Vol. 42, No.21 原理分析目前的宽带功分器通常采用微带线结构和带状线结构，带状线结构的功分器损耗小，各路信号的一致性好和可靠性高，但是对设计、加工精度和装配精度都有较微带线结构进行设计。
图1 Wilkinson 功分器Fig.1 Wilkinson power divider微带功分器的具体结构形式很多，功分器常用的电路形式主要有三种：Ratrace 型、Vranchline 型和Wilkinson 型，常使用的是Wilkinson 功分器，它是在简单功分器的基础上，其输出端口增加隔离电阻R，变成有耗的三端口网络，从而实现各端口间的匹配以及作者简介：杨晶晶（1986—），女，江苏海门人，硕士，工程师，研究方向：微波电路设计。
一种超宽带功分器的设计杨晶晶 雒寒冰 张红英 沈晓唯 沈亚飞设计研究与应用杨晶晶 雒寒冰 张红英等：一种超宽带功分器的设计输出端口间的隔离，进而改善功分器的性能[3]。
基本的微带Wilkinson功分器的示意图见图1。
由图1所示，输入与输出微带线的特征阻抗是系统阻抗Z0，输入信号从端口1进入，各路分支线的长度均为λ/4，两路信号所经过的电长度是相等的，所以到达端口2和3的输出信号是同电位的，因此，通过隔离电阻的电流为0，隔离电阻上无功率损耗。
当某输出端口如端口3失配时，会有反射波折回：一路经过隔离电阻到达端口2；一路沿分支线到达端口1后再反射回来，沿另一分支线到达端口2。
适当选择电阻以及焊接位置可以使两路信号的相位相差180度，幅度相等，方向相反，相互抵消，从而使输出端口实现隔离[4]。
在二功分器中隔离电阻阻值为2Z0。
Wilkinson功分器具有良好的幅度相位特性而且设计简便，是微波电路设计中常用的部件。
然而单级Wilkinson功分器的带宽较窄，为实现宽频带需求，可使用用多级功分器进行级联，其工作原理与多级阻抗变换类似[5]。
一种宽带功分器的设计
一种宽带功分器的设计作者：王建朝来源：《电子技术与软件工程》2016年第04期摘要本文介绍了功分器的原理，用软件MWOffice对4～5GHz的两路功分器进行设计和仿真，并对实际产品进行测试，符合设计指标。
【关键词】功分器宽频带 MWOffice 微带线1 引言在微波电路中，功率分配器是将输入信号功率分成相等或不等的几路功率输出的一种多端口无源网络，进行功率分配或功率合成，如图1所示，微带线的功率分配器实现简单，在实际工程应用中会得到广泛的应用。
本文设计了一种4～5GHz的两路功分器，并用微波仿真软件MWOffice进行设计仿真。
2 原理和仿真图2是微带三端口功分器原理图。
信号由①端口（所接传输线的特性阻抗为Z0）输入，分别经过特性阻抗为Z02、Z03的两段微带线从②和③端口输出，负载电阻分别为R2及R3。
两段端传输线在中心频率时电长度均为θ=π/2，它们之间没有耦合。
功分器应满足下列条件：（1）②端口和③端口的输出功率比可为任意指定值；（2）①端口无反射；（3）②端口和③端口的输出电压等幅同相。
由这些条件可确定Z02、Z03及R2、R3。
由于②端口、③端口的输出功率与输出电压的关系分别为P2=U22/2R2，P3=U32/2R3，如由条件（1）要求输出功率比为P2/P3=1/k2则U22/2R2k2=U32/2R3按条件（3），由上式可得R2=k2R3。
若取R2=kZ0，则R3=Z0/k。
由条件（2），即①端口无反射，所以要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗等于Z0。
由于在中心频率θ=π/2，Zin2=Z022/R2，Zin3=Z032/R3为纯电阻，则Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032如以输入电阻表示功率比，则P2/P3=Zin3/Zin2=R2/Z022.Z032/R3=1/k2由以上二式可解得Z02=Z0（k（1+k2））½，Z03=Z0（（1+k2）/k3）½由于U2与U3等幅，同相，在②端口和③端口间跨接一只电阻r，并不影响功分器的性能。
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■
…
■
口
Ｆｒｕｑｕ￣ ￣‘ｑ 岫
图 ４：原理 图仿真结 果图
Ｚ０３＝ｚ０（（１＋ｋ２）／ｋ３） 由于 ｕ，与 ｕ 等 幅 ，同相 ，在 ②端 口和
③端 口间跨接 一只 电阻 ｒ，并不影响功分 器的 性 能。当② 、③端 口外接负载不等于 和 时 ，
第一节传 输线的特性 阻抗 Ｚ ＝５９．９９Ｄ，并
取 Ｒ２＝ｋＺ０，则 Ｒ３＝Ｚ 。
不论是 隔离度 还是输入驻波 比都将变差 ，故功 联 的隔离 电阻 Ｒ１＝２６５．８１５Ｑ
由 条件 （２）， 即① 端 口无 反 射， 所 以 分器 的工作 带宽比较 窄。为 了增宽频带可采用
第二节传 输线的特性 阻抗 Ｚ２＝８３．３５ｆ２，并
要 求 由 ｚ砬与 ｚ 并联 而 成 的 总 输入 阻抗 等 多节功分器相级联 。
联的隔离 电阻 Ｒ２＝９３．２１５Ｑ
于 Ｚ０。 由于 在 中 心频 率 ０－－￣／２，Ｚ。ｌｌ２＝Ｚ０２２ ，
以上是理论 分析，下 面介绍 用 ＭｗＯ伍ｃｅ
选择 Ｒ１＝２７０￣，Ｒ２＝１００Ｑ
ｚ ＝ｚ０３ ／Ｉ 为纯 电阻，则
ｚ ｎ２＝ＲＪＺｏ２＝．Ｚｏ３２／Ｒ３＝Ｉ／ｋ２
驻波 ＜１．３。
由 以上 二式可解 得 ｚ０２＝ （ｋ（１＋ｋ２）） ，
输入输 出端 口传 输线的特性阻抗 Ｚｏ＝５０１２
＜＜下转 ９４页
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 电子技术与软件工程 ·９３
如由条件 （１）要求输 出功 率比为 Ｐ ，＝１／ｋ２ 则 Ｕ２２／２Ｒ２ｋ２＝Ｕ３２／２Ｒ３
负载会产生功率反射 ，这 时 电阻 ｒ可 以起到隔 离② 、③端 口的作用。当两路功分器工作在中
图 ５： 功 分 器 １ａｙｏｕｔ图
按 条 件 （３）， 由上 式 可 得 Ｒ２＝ｋ Ｒ３。若 心频率 时，它的特性是理想的，一旦频率偏移 ，
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ· 电子技术
一 种 宽带功分器 的设计
文 ／王 建 朝
本 文介 绍 了功分 器 的原 理， 用 软 件 ＭＷＯｆｆｉｃｅ对 ４～ ５ＧＨｚ的 两路 功 分 器进行 设计 和仿 真 ，并 对 实际产 品 进行 测试 ，符合 设计 指 标 。
Ｐ
０－￣／２，它们之间没有耦合 。
－
ｋ～
、
●
，
功 分器应满 足下 列条件： （１）②端 口和 ③ 端 口的输 出功 率 比可 为任意 指定值 ； （２） ① 端 口无 反射： （３）②端 口和⑧ 端 口的输 出 电压等幅 同相 。由这些条件 可确定 ｚ 、ｚ 及 Ｒ２、Ｒ３。
关键词 】模拟用 户 测试
前 言
随着 全球 气候 变暖 节能 环保 的形 势越
来越紧迫 ，各 国政府对 电器产 品的能耗 要求 也 越来越重视 。因此越来愈 多的国家对其在本 国 出售 的电器产 品提 出了节 能要求 。而家用 电冰 箱产 品的 能耗约 占家 电总 耗 电量 的 ５０％，在 提高冰箱类制冷产 品的能源效率 迫在眉 睫的情 况下 ＩＥＣ６２５５２．２０１５版发布 了。据统计 中国冰 箱 产量 占世界 总产量 的 １６％ 位居全 球 首位。 ２０１４年 冰箱 总产量 为 ７５８１．９万 台，其 中出 口 ２２９９．２万 台。新标准 的发布势必对 国内冰箱类 制冷器具生产商造成极大 的影响 。
的仿真过程和结果 。
在仿真软件 ＭＷＯｆｉｃｅ中，先输入 阻抗 ，
Ｙｏ＝１／Ｚ０＝Ｒ２／Ｚ０／＋ＲＪＺｏ３
我们要仿 真的功分器 频率为 ４￣５ＧＨｚ，等 算出相应微带线的宽度 。选择好板材 的介 电常
如 以输入 电阻表 示功率 比，则 Ｐ ／Ｐ ＝Ｚｉｎ３／ 功率分配，传输损耗 ＜３．４ｄＢ，隔离度 ＞２０ｄＢ， 数，开始放置微带线 的模型 ，搭建功分器 的电
２ 原理和仿 真
图 ２是微 带三 端 口功 分器 原理 图。信 号
图 ３： 电路 结构 图
由①端 口 （所 接传 输线 的特 性 阻抗为 Ｚｏ）输 入 ，分 别经过特性阻抗 为 ｚ ｚ 的两段微带
目《 ： ／
‘
线 从②和 ③端 口输 出，负载 电阻分别为 Ｒ２及 －
—
＆ 。两段 端传 输线 在 中心频 率 时 电长度 均为
子技术 · Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＩＥＣ６２５５２－２０１５版本 电冰 箱的耗 能检测 方法的研 究
文／余轩 麦健荣 刘华兴 周锦波
国 际 冰 箱 性 能 测 试 标 准 ＩＥＣ６２５５２－２０１ ５已经 发 布 ，该 标 准 在 能耗 测 试 方法 上与 旧版 差异 非 常 大。 旧标 准只 需要 在 ２５℃ 下进 行 测量 ，新标 准则 需要 在 １６℃和 ３２℃两个 环境 温度 下进 行 并分 别 累计 天数 来 计 算年耗 电量。新 标 准还 增加 了总年 耗 电量 的定 义 ， 模 拟 用 户使 用 的装 载试验 ，并 且 年装 载耗 电量 参 与计 算 总年耗 电 量。 由于 标准 对在 进行 装 载测 试 过 程 进 行 了 严 格 的 要 求 ， 为 了 更 加 严 谨 的操作 研 究 了配套 使用 的 开 关 门装载 试验 装 置，并 对新 旧 标 准 测 试 结 果 进 行 了比 对
— —— —— —
【关键词 】功分器 宽频带 ｌｄＷ０ｆｆｉｃｅ微 带线
Ｐ２
Ｐ
２
图 １：功率分配合成
．２ ５６
图 ２：微带三端 口功分器原理 图
１ 引 言
在微 波 电路 中，功率 分配 器是 将输 入信 号功率分成相等或不等的几路功率输 出的一种 多端 口无源网络 ，进行功率分配或功率合成 ， 如图 １所示，微带线的功率分配器实现简单 ， 在 实际工程应 用中会 得到广泛的应用 。本文设 计 了一种 ４～ ５ＧＨｚ的两路功 分器 ，并用微波 仿真软件 ＭＷＯｆｉｃｅ进行设计仿真 。