宽带一分三功分器的设计
功分器工作原理(图文)
功分器工作原理(图文)
时间：2015-08-14 来源：天线设计网TAGS：功分器无源器件
随着无线通信技术的快速发展, 各种通讯系统的载波频率不断提高, 小型化低功耗的高频电子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。
在射频电路和测量系统中, 如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦合元件[的性能将影响整个系统的通讯质量。
功分器工作原理
传输线结构的功率分配器[ 5] 如图1(a)所示,输入端口特性阻抗为Z0 , 两段分支微带线电长度为λ/4 , 特性阻抗分别为Z02和Z03, 终端分别接负载R2 和R3 。
首先做以下3 条假设:
(1) Port1 无反射;
(2) Port2 ，3 输出电压相等且同相;
(3) Port2 ， 3 输出功率比值为任意指定值1 /k2。
根据上面3 条可得：
由传输线理论有：
设R2 =kZ0 , 则Z02, Z03, R3 的计算公式为：
取k =1 , 即得到3 dB Wilkinson 功分器的各参数值为:R2 =R3 =Z0 , Z02=Z03= √2Z0, 为了增加隔离度在Port2 , 3 之间添加了一个电阻R =2Z0 , 其结构如图所示。
通过上述分析得到3 dB Wilkinson 功分器的所有元件的参数值, 接着就可以进行设计了。
Wilkinson 功分器的设计
Wilkinson 功分器的指标参数
描述3 dB Wilkinson 功分器的关键指标[有3 个：
由对称关系可知, 端口1 , 3 间的耦合度等于端口1 , 2间的耦合度。
在理想情况下, 中心频率处的回波损耗和隔离度应该接近负无穷大,耦合度应该尽量接近3 dB
实物展示：。
功分器的设计与仿真
签名：
日期： 2015 年 5 月 29 日
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Keywords: wideband, Wilkinson divider,
odd-even,
第一章 绪论..................................................................................................................... 1 1.1 背景和意义............................................................................................................... 1 1.2 功分器的产生和发展............................................................................................... 2 1.3 国内外的研究进展................................................................................................... 2 1.4 本文的主要任务及结构........................................................................................... 2 第二章 功分器理论......................................................................................................... 4 2.1 功分器的技术指标................................................................................................... 4 2.2 功率分配器的原理................................................................................................... 5 2.2.1 二功分器的端口示意图................................................................................... 5 2.2.2 二等分功分器................................................................................................... 5 2.2.3 宽频带等分功分器........................................................................................... 8 2.3 功率分配器的分类................................................................................................. 13 第三章 功分器的设计与仿真....................................................................................... 15 3.1 功分器的设计要求................................................................................................. 15 3.2 功分器的设计方案................................................................................................. 15 3.3 功分器的 ADS 设计............................................................................................... 15 3.3.1 参数计算......................................................................................................... 15 3.3.2 原理图的绘制................................................................................................. 16 3.3.3 手动调谐......................................................................................................... 19 3.3.4 仿真结果......................................................................................................... 20 3.4 功分器的 HFSS 设计.............................................................................................. 21 3.4.1 软件介绍......................................................................................................... 21 3.4.2 端口激励和隔离电阻设置............................................................................. 21
功分器设计
摘要摘要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或多路较小的功率信号。
功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。
功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。
现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点，而微带技术具有小型化低功耗的优点，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，设计了一个Wilkinson 功分器，并使用基于矩量法的ADS 软件设计、仿真和优化计算相关数据参数，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。
关键词：功分器，ADS，优化参数IABSTRACTABSTRACTPower divider is referred to as power divider, in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power divider is reciprocity structure, power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits.Now the design of RF and microwave system is more and more complex, the circuit requirements are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit，the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter, the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design，using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design.small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design，and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption. Therefore,I learned the basic principle of power divider, combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider, and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization, and produced a good performance of Wilkinson power divider.Key words: power divider,ADS,optimization parametersII目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概况 (1)第2章研究理论基础 (2)2.1 功分器的理论基础 (2)2.2 功分器技术基础 (4)2.2.1 什么是功分器 (4)2.2.2 功分器的重要性 (4)2.2.3 Wilkinson功分器的优点 (4)2.3 wilkinson基本工作原理： (5)2.4 Wilkinson功率功分器的基本指标 (6)2.4.1.输入端口的回波损耗 (6)2.4.2插入损耗 (7)2.4.3输入端口间的隔离度 (7)2.4.4功分比 (7)2.4.5相位平衡度 (7)第3章ADS的介绍 (8)3.1 ADS趋势 (8)3.2线性分析 (9)3.3电磁反正分析 (10)3.4仿真向导 (10)第4章功分器的原理图设计仿真与优化 (12)4.1 等分威尔金森功分器的设计指标 (12)4.2 建立工程与设计原理图 (12)4.2.1 建立工程 (12)4.2.2 设计原理图： (13)4.2.3 基板参数设置 (16)4.2.4 基板参数输入 (18)4.2.5 插入V AR (19)I I I目录4.2.6 V AR参数设置 (19)4.2.7 V AR微带线 (19)4.3 功分器原理图优化仿真 (21)4.4 功分器优化版图生成 (24)4.5 功分器优化 (24)4.6 功分器的版图生成与仿真 (31)第5章结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)外文资料原文 (39)译文 (41)I V第1章引言第1章引言1.1 功分器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。
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。
一分四功分器设计指标
一分四功分器设计指标一分四功分器是一种电子器件，常用于无线通信系统中的功率分配和合成。
它可以将输入功率均匀地分配到四个输出端口上，同时可以将四个输入功率合成为一个输出功率。
设计一个高性能的一分四功分器需要考虑以下几个指标：1.平衡度：平衡度是衡量器件将输入功率均匀分配到输出端口的能力。
设计时需保证每个输出端口之间的功率差尽可能小，以确保系统的稳定性和性能。
常用平衡度指标为S参数中的插入损耗和匹配度。
2.插入损耗：插入损耗是指输入功率经过功分器后在输出端口的损耗。
设计时需尽量减小插入损耗，以确保更高的功率分配效率和整体系统性能。
3.带宽：带宽是指一分四功分器在不同频率范围内工作的能力。
设计时需要考虑带宽的要求，并选择合适的材料和结构来满足这一要求。
4.相移：一分四功分器在功率合成时需要确保四个输入信号的相位一致性，因此相移是一个重要的设计指标。
设计时需尽量减小相移，以确保合成输出信号的相位准确性。
5.尺寸和重量：一分四功分器通常需要集成到一台设备中，因此尺寸和重量的指标也要考虑。
设计时需选择合适的材料和结构，尽量减小尺寸和重量，以提高整体的系统集成度和便携性。
6.抗干扰性：一分四功分器在无线通信系统中常受到外界干扰的影响，因此抗干扰性也是一个重要的设计指标。
设计时需采取合适的衍射、屏蔽和滤波等技术手段，以提高器件的抗干扰能力。
7.良好的线性度和动态范围：一分四功分器需要处理不同功率水平的输入信号，因此良好的线性度和动态范围也是一个重要的设计指标。
设计时需采取合适的电路结构和信号处理算法，以保证整体系统在不同工作条件下的线性性能和动态范围。
综上所述，设计一个高性能的一分四功分器需要综合考虑平衡度、插入损耗、带宽、相移、尺寸和重量、抗干扰性、良好的线性度和动态范围等多个指标。
合理选择适当的材料和结构，采用合适的设计和优化方法，可以实现一个具有高效率、稳定性和可靠性的一分四功分器。
功分器设计报告
(4)输出端口间的隔离度 端口 3 和端口 2 互为隔离端口，在理想情况下，隔离端口间应没有相互输出 的功率，但由于设计及制作精度的限制，使隔离端口间尚有一些功率输出。端口 3 到端口 2 的隔离度定义为： D 20 lg S 23 （dB）
/ 4
Zo 2Z o Zo
2Z o Zo 2Z o
/ 4
图2
关于这一点，我没有详述，大家可以参考由栾秀珍、房少军、金红和邰佑城 老师编著的《微波技术》这本书，书中对这阐述的非常详细。
三、功分器的基本指标
(1)频率范围 频率范围是各种射频和微波电路工作的前提， 功率分配器的设计结构和尺寸 大小与工作频率密切相关， 必须首先明确功率分配器的工作频率，才能进行具体 的设计工作。尤其是需要指明中心频率及其频带宽度。 (2)输入端口 1 的回波损耗 用 RL1 表示的端口 1 的回波损耗为： RL1 20 lg S11 （dB） (3)输入输出间的传输损耗 定义为输出端口 2 的输出功率 P2 和输入端口 1 的输入功率 P1 之比，记为
姓名：陶伟 班级：电科 09-1 班 学号：2220092322
一、 引言
功率分配器是将输人功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口 微波网络。在微波系统中, 需要将发射功率按一定的比例分配到各发射单元, 如 相控阵雷达等, 因此功分器在微波系统中有着广泛的应用。它的性能好坏直接影 响到整个系统能量的分配、合成效率。功率分配器有多种形式，其中最常用的是 四分之一波长（λp/4）功率分配器，这种功率分配器称为威尔金森（Wilkinson） 功率分配器。 威尔金森功率分配器由三端口网络构成， 其功率分配可以是相等的， 也可以是不相等的。在这里，我介绍的是等功率分配的微带线 Wilkinson功率分 配器。
功分器工作原理(图文)
功分器工作原理(图文)功分器是一种常用的微波器件，用于将一个输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口。
它在通信系统中起着至关重要的作用。
本文将介绍功分器的工作原理，并通过图文的方式详细展示。
一、功分器的基本原理1.1 功分器的输入端口接收来自射频信号源的输入信号。
1.2 输入信号经过功分器内部的分配网络，按照一定的比例被分配到多个输出端口。
1.3 分配网络中的相位差和幅度比决定了信号在各个输出端口上的相对大小和相位关系。
二、功分器的工作方式2.1 当功分器接收到一个输入信号时，它会将信号按照预设的比例分配到各个输出端口。
2.2 分配比例可以根据功分器的设计来调整，通常可以是等功率分配或者按照特定的比例分配。
2.3 功分器的输出端口可以连接到不同的天线或接收设备，实现信号的分配和传输。
三、功分器的应用领域3.1 通信系统中的功分器常用于分配信号到不同的天线或接收设备，实现信号的传输和接收。
3.2 在雷达系统中，功分器可以用于将雷达信号分配到不同的天线阵列，实现目标的探测和跟踪。
3.3 在卫星通信系统中，功分器可以用于将卫星信号分配到不同的地面站，实现通信的覆盖和传输。
四、功分器的特点和优势4.1 功分器具有高频率范围、低插入损耗和高功率承受能力的特点，适用于各种不同的通信系统。
4.2 功分器的结构简单，体积小巧，易于集成和安装在各种设备中。
4.3 功分器的性能稳定可靠，能够长时间稳定地工作在各种环境条件下。
五、功分器的发展趋势5.1 随着通信技术的不断发展，功分器的频率范围和性能要求也在不断提高。
5.2 未来的功分器将更加注重高频率、低损耗、小尺寸和高功率承受能力的特点。
5.3 新型材料和工艺的应用将进一步提升功分器的性能和稳定性，满足不断增长的通信需求。
通过本文的介绍，读者可以更加深入地了解功分器的工作原理和应用，以及未来的发展趋势。
功分器作为通信系统中的重要器件，将继续发挥着重要的作用，推动通信技术的不断进步和发展。