波导空间功率分配_合成器的分析与仿真设计
第27卷 第6期桂林电子科技大学学报Vol.27,No.6 2007年12月JournalofGuilinUniversityofElectronicTechnologyDec.2007
波导空间功率分配/合成器的分析与仿真设计
朱祖武,曹卫平,李哲
(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林 541004)
摘 要:提出了一种新型毫米波波导内空间功率分配/合成器结构,并通过CST软件分析了该结构中的物理参数对结构性能的影响,最后仿真设计了一最优化的Ka波段空间功率分配/合成器,结果表明在设计频带范围内,分配/合成器具有较小的插入损耗和回波损耗,可以应用于毫米波空间功率合成放大器的设计中。关键词:空间功率分配/合成器;波导-微带过渡;双对鳍线中图分类号:TN63 文献标识码:C 文章编号:1673-808X(2007)06-0465-03
Analysisandsimulationdesignofa
waveguide-basedspatialpowerdivider/combiner
ZHUZu-wu,CAOWei-ping,LIzhe
(SchoolofInformationandcommunicationEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China)
Abstract:IntroducedanovelKa-bandwaveguide-basedspatialpowerdivider/combinerstructure,analyzedsomefactorswhichaffecttheperformanceofthedivider/combinerusingCSTtools,andsimulateddesignawaveguide-basedspatialpowerdivider/combinerworkedinKaband.Theresultshowsthatthedivider/combinerwithalowinsertionlossandReturnLossinthedesignband,itcouldbeusedinthedesignofmillimeterwavespatialpowercombiningamplifier.Keywords:spatialpowerdivider/combiner;waveguide-to-microstriptransition;antipodalfinline
随着军用和民用通信的发展,对宽带,大功率的放大器需求与日俱增。在毫米波通信雷达系统中,由
于工艺的限制,单个功率源提供的功率完全不能满足
通信系统的需求,为此,提出了一种空间功率合成的方案,将功率在空间中分配成多路分别进行放大然后
再合成输出。空间功率合成技术中发展较快的是基于
波导的空间功率合成技术,该技术采用托盘技术,实
现多路功率的分配与放大,可以大大地提高波导的功率输出,同时也具有良好的散热特性和比较高的合成
效率,使用广泛。波导内空间功率合成放大器设计中
一个关键技术就是无源空间功率分配/合成器的设计。功率分配/合成器的性能好坏决定了整个功率放
大器设计的成败,设计过程中一般要求分配合成网络
在完成功率分配合成功能的同时,也具有比较低插入
损耗和回波损耗,同时在设计范围内没有谐振现象产生。根据以上要求,本文将设计一Ka波段的功率分配/合成器,对电路结构和物理尺寸参数对电路的性能
影响都将作分析介绍。
1 结构与原理
波导内空间功率合成放大器设计方案:对波导宽
边进行多层剖分,将标准波导切分成相同的多层托盘
结构,在托盘上实现功率的分配,放大合成。同时采用
过渡结构实现波导模式与微带线模式之间的转换[1]。为了毫米波频段的大功率输出,必须实现更多路数的
功率分配合成。波导内功率分配合成放大器主要通过
两种方法来实现更多路数的分配合成:增加波导内托盘的数目和增加单个托盘上的分配合成路数。考虑到
Ka波段标准波导的物理尺寸,本文采用在单个托盘上实现两路功率分配合成的方法来实现多路功率分收稿日期:2007-11-20作者简介:朱祖武(1984-),男,江西高安人,硕士研究生,主要研究方向为微波射频电路和天线。配合成。
传统的波导内空间功率分配/合成网络采用鳍线
过渡[1-2]来实现波导和微带线之间的模式变换,该结构
简单,但是其存在接地的问题,不易安装和调节。文献[3-4]中提出了一种新型的双对鳍线分配/合成结构,
该结构很好的解决了接地的问题,本文主要分析和设
计该电路结构,并做简单改进,整个电路结构如图1所
示。整个结构中,可以分为三大部分:介质基片的阻抗变换器,波导和微带线之间的过渡器,两路功率分配/
合成器。工作过程如下:信号从Ka波段标准波导BJ320
输入,通过一个介质阻抗变换器实现充满空气的波导阻抗到部分介质填充的波导区域(即鳍线过渡开始的
区域)的阻抗变化,它可以使回波损耗降低2～3dB.介
质基片的阻抗变换结构具有多样性[5],本文采用凸状
结构。接着是双对鳍线过渡,将波导中的TE模旋转90°变换成微带传输准TEM模式,同时也将高阻抗变
成微带的50,从而能很好的与MMIC连接。结构中
的双对鳍线渐变线采用余弦平方渐变的方式,该渐变线可以提供20～25dB的回波损耗。两路微带线主要
是用来连接MMIC,一般的MMIC的输入输出端口为
50,所以两路微带线也都设计为50.信号通过两
路分别放大以后再合成并转换为波导的TE模式,通过波导输出。
图1 双对鳍线过渡结构图
本结构相对于文献[3]中的结构,进一步简化了
电路结构,通过调节其它物理尺寸,减少了调节谐振
的金属片,同样达到了抑制谐振的目的。
2 参数对电路的性能影响分析
设计该结构电路,为了满足回波损耗和插入损耗
的设计要求,必须对以下几个参数进行优化:对鳍
线长度L,L越长,回波损耗越低,插入损耗越大,工
程上一般选取1.1-1.5;防止谐振块长度L1,L1越大,谐振频率往低端移动; 介质过渡的长和宽
w1,w2,尺寸一般为四分之一波长;!分配合成金属
面距离边界距离d1.以上几个参数对电路性能都具有一定的影响,前三个参数对电路性能的影响在文献[3]中已经作介绍,下面将对d1的影响通过CST仿真
结果来分析得出。
由于波导为标准的BJ320波导,过渡结构的宽度
已经确定,两路传输线为50传输线,因此分配合成金属面距离边界距离d1决定了两路传输线之间的距
离,d1越大,两路传输线距离越小,信号耦合越强,影
响越大,同时,两传输线间距越小,不利于有源电路
MMIC的安装,此外,d1的大小对系统的回波损耗也有影响。通过CST仿真软件对其进行分析。先确定其
它几个参数,然后固定这几个参数,调谐d1,观察回波
损耗的变化情况。选取:L=10mm,L1=7mm,w1=
w2=2.5mm,d1分别选取d1=0.1mm,0.2mm,0.3
mm,其对应的的回波损耗如图2所示。
图2 调谐d1回波损耗结果
从调谐d1的结果可以看出,d1对回波损耗的影
响为:d1越大,其高端的回波损耗越好,随着d1的减
小,低端的回波特性逐渐改善。综合考虑d1对整个系
统的设计需要,既要减小每路信号之间的干扰,又要
使系统在设计频带范围内具有比较小的回波损耗,因
此在设计的时候,必须根据设计需要折中考虑。
3 合成/分配器的仿真设计
经过上述分析,我们对双对鳍线结构中各个物理
参数对系统性能的影响有了了解,下面设计一Ka波段
的两路空间功率合成器。设计要求:工作频率:32～40
GHz,回波损耗S11<-10dB,插入损耗S21>-1dB.
利用CST仿真软件建模,将Ka波段标准波导
BJ320剖分成对称的上下两部分,集成两路分配合成
结构的托盘结构放置于波导中间,托盘结构可参见图
1.BJ320波导的物理尺寸为7.112×3.556mm2.对结
构中的性能参数进行仿真优化,最后确定各个参数的
数值:L=10.9mm,L1=7.4mm,d1=0.1mm,w1466 桂林电子科技大学学报 2007年12月=w2=2.5mm.最后仿真得出的和结果如图3所示。
图3 S11和S21的仿真结果图
从结果可以看出,在31～40GHz范围内,S11<
-10dB,插入损耗S21>-1dB,带宽范围达到25%,
并且这个电路的谐振频率在设计频带范围以外。另
外,可以通过CST软件观察整个模型中的场分布和
功率流的情况,如图4所示。从图中可以看出该分配/
合成器很好的实现了从TE模-TEM模-TE模的
转换,同时很好的实现了功率的分配/合成,两路信号
之间的耦合也非常小,达到了空间功率合成器的设计要求。
图4 空间功率合成器中的功率流和场分布情况4 结束语
本文主要阐述了一种两路波导内空间功率分配
合成网络的设计方法,设计出来的电路性能良好,但是要满足大功率信号输出的目的,两路功率分配合成
是远远不够的。因此,可以在该电路的基础上进行分
配合成路数的扩展。按照前面提到的两种方法,可以
采用以下方案进行路数扩展:在标准波导物理尺寸允许的情况下,对波导多层剖分,实现更多托盘的堆
积。对波导尽心尺寸扩展,只要附加一定的模式抑
制措施,就能够实现更多托盘的堆积。 采用T型接头,将信号先通过两路功分,在分别在两个标准波导
内进行功率分配合成,也可以实现多路功率输出。我
们对以上提出的几种路数扩展放案将继续作进一步
的研究。分析设计的一种新型的双鳍线过渡结构,通过利
用CST仿真软件仿真设计了Ka波段的两路空间功
率合成器,经对结构中各个物理参数对过渡结构的性能的影响作分析研究,该过渡器在31～40GHz范围
内,S11<-10dB,插入损耗S21>-1dB,带宽范围达
到25%,很好的实现了场的模式变化和功率分配,可
以直接应用到工程空间功率合成放大器的设计中。
参考文献:[1] JINHOJEON,YOUNGWOOKWON,etal.1.6and3.3Wpower-amplifiermodulesat24GHzusingwaveguide-basedpow-er-combiningstructures[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,20004,8(12):2700-2708.[2] 喻梦霞,徐军,薛良金.毫米波微带波导过渡设计[J].红外与毫米波学报,2003,22(6):473-476.[3] 陈昌明,徐军等.毫米波6W固态集成功率合成放大器研究[J].红外与毫米波学报,2007,26(1):35-37.[4] 刘云刚,徐军等.Ka波段2W功率合成器的研究[J].微波学报,2006,22(5):62-64.[5] 薛良金.毫米波工程基础[M].北京:国防工业出版社,1998.
责任编辑梁王欢
英文编辑陆小明 467第6期 朱祖武等:波导空间功率分配/合成器的分析与仿真设计
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。通过以上步骤，我们可以完成功分器的设计与仿真工作。
恒达微波波导魔T功率分配器 合成器说明书
791.6功率分配器/合成器
【产品简介】恒达微波提供一系列高性能的波导魔T、功分器、合成器产品。在魔T的H臂或E臂接上负载，则可制成魔T功率分配器或合成器。波导魔T具有如下特点：平衡臂两端对称；从E臂输入的信号会在平衡臂两端等幅反相输出，H臂隔离；从H臂输入的信号会在平衡臂两端等幅同相输出，E臂隔离；从平衡臂任一端输入的信号在E臂和H口等分输出，而对应平衡臂另一端隔离。因此魔T具有的对口隔离、邻口3dB耦合及完全匹配的特点，使之在微波领域获得了广泛应用,尤其用在单脉冲雷达和差比较器、雷达收发开关、功率分配/合成、混频器及移相器等场合。【型号描述】波导魔T，波导管型号BJ100，材料为铝（材料为铜时缺省）。
产品类型：波导魔THD - 1
00 WMT A
波导管型号：BJ100恒达微波材料：铝
【产品类型】
类型代码含义类型代码含义
WET波导ET接头WHT波导HT接头
WMTPC波导同相功率合成器WMTPD波导同相功率分配器
WMT波导魔T
WSWC波导90°功率分配器/合成器(窄边耦合)；I\U\XY\YU型
WTWC波导90°功率分配器/合成器(宽边耦合)；I\U\XY\YU型
1.6.1波导ET接头、波导HT接头
这两种器件在微波系统中常用作功率分配/合成元件。波导ET接头可以将E口输入的信号在平衡臂两端等幅反相输出，反之，在平衡臂两端等幅反相输入信号则在E口合成输出；波导HT接头可以将H口输入的信号在平衡臂等幅同相输出，反之，在平衡臂两端等幅同相输入信号则在H口合成输出，但是ET、HT接头是不匹配的器件，只对其E口或是H口进行单端口匹配。
1.6.1.1波导ET接头
80【标准产品数据表】
产品型号频率范围(GHz)工作带宽对称性(dB)E口驻波比插损(dB)法兰材料涂覆
HD-3WET0.32-0.49≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化
HD-4WET0.35-0.53≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化
一种0.5GHz~3GHz频段三路波导功率合成器的设计
一种0.5GHz~3GHz频段三路波导功率合成器的设计
吴佳倩;邓友富;卫明
【期刊名称】《通信对抗》
【年(卷),期】2021(40)2
【摘 要】采用同轴空气腔结构设计了一种三路波导功率合成器。采用HFSS软件进行建模仿真优化设计,通过阶梯阻抗变换结构拓展带宽,重点调节端口处同轴线的尺寸,使输入输出端阻抗匹配并实现三路合成。最终对加工出的实物进行测试,在0.5GHz~3GHz频段内输入三端口传输系数接近4.9dB,相应插入损耗低于0.4dB。
【总页数】3页(P15-17)
【作 者】吴佳倩;邓友富;卫明
【作者单位】中国电子科技集团公司第三十六研究所
【正文语种】中 文
【中图分类】TN73
【相关文献】
1.一种Ka频段波导三路功分器设计2.S频段大功率径向波导合成器设计3.Ka频段T型波导功率合成器的改进设计4.一种K频段宽带24路微波功率合成器设计5.Ka频段波导功率分配/合成器的研究与实现
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C波段功率合成网络设计与仿真
Technology Analysis技术分析DCW
77数字通信世界2019.06在固态功率放大器的设计中，当要求的输出功率高于单个模块所输出的功率时，可以通过功率合成网络将几个模块的输出功率叠加起来。输出功率越大所需要的模块数量就越多，合路网络的设计的难度就越高。本文针对C波段千瓦级固态功率放大器的合成需求，设计仿真了一种八合一波导合成网络。采用二进制的合路形式，以魔T作为基本的合路单元。1 波导魔T波导魔T是微波、毫米波电路的重要器件，能进行功率的分配合成，由于其功率容量大、端口驻波好、隔离度高等优点广泛应用于微波通信、卫星通信、电子对抗等系统中。 波导魔T是微波无源电路的重要器件，它是由波导双T加上部分匹配元件构成。波导双T由一个E-T和一个H-T分支合并而成。从波导H-T分支和E-T分支的特性可知，若1口和2口都接匹配负载时，那么1口和2口的输出将是由3口进入的功率平分而得，且两边信号同相位。但是在4口输入的功率，在1口和2口得到两路平分输出，但是得到相位相反的两路信号，这是由于1，2，4端口组成的波导分支为E-T分支，那么由4口进入的信号，在1口和2口得到方向彼此相反的电场的缘故。3臂和4臂的位置彼此垂直，那么它们的电力线也相互垂直，所以当1口和2口都接匹配负载时，或者两边接对称负载时由3口进入的信号不可能到达4端口，反之亦然。所以魔T的3口和4口是彼此隔离的。用普通E-H和H-T接头直接组成的双T接头，由于连接处结构突变，即使双T各臂均连接匹配负载，其各端口的反射也会很大，不能实现魔T特性。因此在工程中实现魔T特性，需要在双T接头中加入调配体，以减少各端口的反射。比较常见的匹配元件有螺钉、膜片和椎体等。2 HFSS仿真2.1 单路魔T仿真首先在HFSS中建立单个魔T的仿真模型，对匹配部件进行优化。为了简化M魔T的结构降低其制作的复杂性以使魔T的生产性更强，这里仅在接头处设置匹配部件。主要匹配部件尺寸参数进行优化，分别是R1、R2、H1、H2、H3、L，通过改变这些参数的优化，分析对它们对魔T性能的影响。通过优化调谐部件的几何尺寸，寻找最优的S参数状态，使用有限元法对仿真模型进行分析，确定最优的几何尺寸。通过观察发现，其中R2的对匹配频带影响较大，R2的值越大匹配频带越想高端偏移。L的值对传输损耗影响较大，L越小传输损耗越大。同时其他参数也对魔T的网络参数有一定的影响。最后得到了仿真模型的S参数曲线。在4.4GHz~5GHz的工作频段内1，2端口隔离度达到25dB以上。各端口回波损耗大于15dB。通过对单个魔T的仿真可以看出，这种结构的魔T，可以满足系统使用要求，且加工方便利于生产。2.2 八合一合路网络仿真完成单个魔T的仿真后，对整个合路网络进行建模仿真。
一种Ka波段基片集成波导功率合成器的设计
第２１卷 Ｖｏ１．２１ 第１８期 Ｎｏ．１８ 电子设计工程 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１３年９月 Ｓｅｐ．２０１３
一种Ｋａ波段基片集成波导功率合成器的设计
彭洋，周志平，姚思洁
（空空导弹研究院河南洛阳４７１００９）
摘要：笔者设计了一种结构简单，容易制造的基片集成波导功率分配器，合成器，该分配器，合成器采用渐变微带线一一
波导的过渡结构．并且厚度只有１．２５４ｍｍ。通过ＨＦＳＳ仿真软件，设计了一个中心频率为３５ＧＨｚ的Ｋａ频段的功率分
配器。仿真结果显示此种结构具有极低的插入损耗和较低的回波损耗。
关键词：功率合成；基片集成波导；Ｋａ；ＨＦＳＳ
中图分类号：ＴＮ４５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１３）１８－００５９—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｋａ－ｂａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ
ＰＥＮＧ Ｙａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｚｈｉ－ｐｉｎｇ，ＹＡＯ Ｓｉ－ｊｉｅ （Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｗｉｔｈ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｅａｓｉｌｙ，ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｈａｓ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ－ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｔｈｉｎ．Ａ ｋａ－ｂａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｗｉｔｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｔ ３５ ＧＨｚ ｈａｓ
ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｕｓｉｎｇ ＨＦＳＳ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ．
开槽波导功率合成技术分析
计算机与嬲络创耨生活 通信论坛
开槽波导功率合成技术分析
崔平王斌 （中国电子 ：ｉ技集团公司第５４研究所河北石家庄０５００８１）
［摘要】在毫米波频段实现基于固态微波器件的高功率放大器，功率合成是一项不可或缺的技术。介绍了一种基于开槽 波导耦合微带１分８的功率分配合成网络。这种结构的主要优点是具有较好的集成度，较高的功率合成效率，还可以为功率单 片微波集成电路（ＭＭＩＣ）提供效率比较高的散热。通过软件仿真分析，该结构具有较好的功率分配能力和隔离度。 【关键词】毫米波功率合成开槽波导波导到微带的耦合 中图分类号：ＴＮ７３文献标识码：Ａ文章编号：１００８—１ ７ ３９（２０１１）１４－４３－３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｌｏｔｔｅｄ－—－
ｇｕｉｄｅ ｔｏ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｃｏｕｐｌｉｎｇｗａｖｅｇ ｅ－ｔｏ－ｍｉｃｒｏｓｔｒｉ ｏｕＤ
ＣＵＩ Ｐｉｎｇ ＷＡＮＧ Ｂｉｎ （Ｔｈｅ ５４ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＣＴ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｔ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ．Ａ １一ｔｏ一８ ｔｒａｖｅｌｉｎｇ ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｅｒ／ｃｏｍｂｉｎｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｌｏｔｔｅｄ—ｗａｖｅｇｕｉｄｅ－－ｔｏ— ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐｏｗｅｒ—ｄｉｖｉｄｉｎｇ／ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｉｔｓ ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ—ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈｅａｔ ｓｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ（ＭＭＩＣ）ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｏｕｔｐＵｔ ｐｏｒｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ；ｐｏｗｅｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｓｌｏｔｔｅｄ—ｗａｖｅｇｕｉｄｅ；ｗａｖｅｇｕｉｄｅ—ｔｏ—ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｃｏｕｐｌｉｎｇ
射频功率分配合成。设计与设计
射频功率分配/合成器设计、仿真与测试
一、 实验目的
1.了解功率分配器的原理及基本设计方法
2.掌握威尔金森功分器的结构、工作原理及S参量
3.了解利用ADS进行电路优化仿真的基本步骤及方法
4.掌握利用ADS微带线计算工具LinCalc计算、设计微带线
5.了解利用ADS在电路板级进行电路仿真的方法与步骤
二、基本理论
将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器。
技术指标：
频率范围：分配器的工作频率
承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率
功率分配比：主路到支路的功率分配比
插入损耗：输入输出间由于传输线（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
驻波比：每个端口的电压驻波比
隔离度：支路端口间的隔离程
功分器2P23P31P1Z0Z0Z05Z04RjZ02Z03Z0g / 4③④①②⑤2.1 集总参数功率分配器
1. 电阻式（等功率）
△形和Y形电阻式功率分配器
2. 集总L-C式低通型和高通型功率分配器
2.2 威尔金森功分器
Z0Z0Z0P2P3P1Z0/3P2P3P1Z0/3Z0/3(a)(b)1231231P1CpZ0LsLsCp2P23P31P1LpZ0CsCsLp2P23P3(a)(b)000000212fZCZLps00000022fZCZLsp02Z02ZP11P222 Z0P33g / 4薄膜隔离电阻2R02Pl≈g / 4Z0＝ R02Z＝R0Pl≈g / 4Z0＝ R02Z＝R0Z＝R02P1102210021002s
练习题
设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：
中心频率：2.45GHz
带宽：60MHz
输出端口功率比：2：1
频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB，S22<-20dB ，S22<-20dB
功率分配器的探讨及仿真
第２９卷第５期 ２０１３年１０月 山西大同大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｄａｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖ０１．２９．Ｎｏ．５ ０ｃｔ ２０１３
文章编号：１６７４—０８７４（２０１３）０５—００４１—０３
功率分配器的探讨及仿真
许慧芳
（长治学院后勤与资产管理处，山西长治０４６０１１）
摘要：对功率分配器的产生、发展及国内外的研究状况进行了探讨。结合功率分配器的原理图，并利用仿真
软件进行了系统仿真，对电子系统领域中功率分配器的应用与设计具有一定的指导意义。 关键词：功率分配器；三端网络１２＇；ＡＤＳ软件；仿真
中图分类号：０１７５ 文献标识码：Ａ
２０世纪以来，随着现代电子和通信技术的飞
速发展，信息交流越发频繁，各种各样的电子电汽
设备已经大大影响到各行各业及家庭。无论在哪个
频段工作的电子设备，都需要各种功能的元器件，
既有电容、电感、电阻、功率分配器（简称功分器）
等无源器件，以实现信号匹配、分配、滤波等，又
有有源器件共同作用。微波系统不例外地有各种
无源、有源器件，它们的功能是对微波信号进行必
要的处理或变换。现代无源器件中，微带功分器从
质量及重量上都１３显重要。
ｌ功率分配器简介
１．１ 功率分配器的产生与发展
在微波电子电路中，常常需要将功率按比例分
成二路或多路，这时就用功率分配器实现。功率分
配器是功率合成器的逆过程，故常将功率合成／分
配器称作功分器。在现代微波电子技术中大功率功
率分配器广泛地使用着，并且功率分配器常常是成
对出现在电子线路中，其基本原理是：先将功率分
解成几路，在分别经过放大电路放大、滤波电路滤
波，然后将其合并输出。１９６０年，威尔金森发表
《Ｎ一路混合功率》论文中介绍了一种匹配度高、功
耗低、隔离度高的同相ｘ端口功率分配器，学术界
称之为威尔金森功率分配器。它的初始模型采用同
Ka频段波导内空间功率合成
第四部分 微波毫米波无源器件及电路
1167Ka频段波导内空间功率合成
刁睿 徐锐敏 谢小强 电子科技大学电子工程学院,成都610054，email：screamtodie@
摘要：本文提出了一种Ka频段波导-微带对极鳍线阵列形式的空间功率合成网络。该结构以波导作为输入和输出口，过渡和功率分配一步完成，经三维电磁仿真软件HFSS仿真表明，该合成网络具有宽频带、低插损的优点。
这是获得高效率合成的必备条件之一，具有很大的利用前景。
关键字：毫米波，对极鳍线，空间功率合成
Waveguide-Based Spatial Power combining
at Ka-band
Diao Rui, Xu Ruimin, Xie Xiaoqiang College of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, 610054 email：screamtodie@
Abstract: In this paper, a spatial power combiner at Ka-band using filine arrays of waveguide to microstrip transition is proposed. The input and output port of the network is the waveguide, transiting and power dividing are achieved at one time. By simulating the combiner using HFSS, it is indicate that this model has a wide band and small insert loss, which are the necessary conditions for a high efficiency. The model’s feasibility is validated. Key Words: millimeter wave, finline, spatial power combining 1 引言
一种双脊波导耦合的Ka波段行波同相功率分配／合成器
第３２卷第４期 ２０１３年１２月 通 信 Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ 对 抗 ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ Ｖｏ１．３２ Ｎ０．４ Ｄｅｃ．２０１３ 一种双脊波导耦合的Ｋａ波段行波 同相功率分配／合成器 Ｑｉｎｇ－Ｘｉｎ Ｃｈｕ，Ｚｈｉ—Ｙｏｎｇ Ｋａｎｇ，Ｑｉｏｎｇ－Ｓｅｎ Ｗｕ，ａｎｄ Ｄａ－Ｙｉ Ｍｏ 摘要：介绍了一种基于双脊波导耦合的Ｋａ波段行波功率分配／合成器。设计波导行波功率分配器的难点 在于保持输出同相，这里通过优化等效电路的方法予以解决。合成器采用的新型脊波导耦合器具有低损耗、高 功率容量以及装配简易的优点。最后，仿真、制作和测试了所提出的功率分配／合成器。在中心频率３５ＧＨｚ，１５ｄＢ 回波损耗带宽超过２８％。在３２～３９ＧＨｚ的频段上，幅度不平衡度最大为±ｌｄＢ，且相位差小于±１２。。 关键词：同相输出；功率分配／合成器；脊波导耦合器；行波 １引言 在微波毫米波频段，单个固态器件的输出功率通常 不大，因此，为了获得需要的功率电平，必须将多个单片 微波集成电路（ＭＭＩｃ）进行功率合成［１＿２】。行波功率分配 器第一次提出时采用的是微带结构 。然而，在微波毫 米波频段，由于基于波导的行波功率分配／合成器具有 宽带宽、散热效率高的优点，另外，ＭＭＩＣ被放置在输入 波导的纵向上，波导结构可以合成更多的固态器件，这 让波导行波功率分配／合成器得到了广泛的研究【描】。 在波导行波功率合成器领域，前人已经做了很多十 分出色的研究。文献ｆ４］提出了一种低反射的波导行波 功率分配／合成器，文中介绍了其等效电路以及设计方 法，并且设计了一种四级的ｘ波段双同轴探针结构。文 献【５］介绍了一种Ｋａ波段使用开槽波导的８路行波功 率合成器，该结构在３１．８～３５ＧＨｚ的带宽内合成效率达 到８０％。文献【６】中介绍了一种ｘ波段的平面兼容行波 功率分配／合成器，４路结构有１５％带宽，功率合成效 率接近８０％。 有些与波导分开制作的耦合器，例如平面微带和同 轴，需要利用电子显微镜才能将其放置在波导之上。本文 介绍了一种新型的脊波导耦合器，它具有高功率、低损耗 的优点。金属脊波导耦合器可以当做是波导的一部分来 制作，这样就保证了探针的准确性，并且可以直接用手 工进行装配。另外一个改善就是这种结构克服了波导行 波功率分配器相位不稳定的缺点，实现了同相输出，保证 了合成放大器的稳定性以及优良的抗恶化特性。 图１基于双脊波导耦合器的同相四级行波 功率分配／合成器结构 图１所示是四级同相位行波功率分配／合成器的 结构，通过装配测试该结构，验证了这种设计的效率。基 于空间功率合成技术以及行波功率合成技术的双耦合 器加倍了耦合路数，但插入损耗并未增加，在同样的分 配情况下尤为明显。 ２分配器的设计与仿真 如图１所示，信号从矩形波导输入，然后被平均分 配到８个脊波导耦合器中，均分的功率通过阶梯阻抗匹