全带宽波导功分器的研究与设计
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

前言研究的背景与意义人类进入二十世纪以来,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个领域企业及家庭。
无论哪个频段工作的电子设备,都需要各种功能的元器件,既有如电容、电感、电阻、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日显重要。
功分器的产生与发展在微波电路中,为了将功率按一定的比例分成两路或者多路,需要使用功率分配器。
功率分配器反过来使用就是功率合成器,所以通常功率分配/合成器简称为功分器。
在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器,而且功率分配器常是成对的使用,先将功率分成若干份,然后分别放大,再合成输出。
1960年,Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N端口功分器。
以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。
最初它的原始模型是同轴形式,此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展,工程中大量使用的是微带线形式,大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。
和其他的微带电路元件一样,功率分配器也有一定的频率特性。
当频带边缘频率之比f1/f2=1.44时,输入驻波比(VSWR)<1.22时,输入驻波比(VSWR)下降到1.42,两端口隔离度只有14.7dB。
威尔金森功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用。
为了进一步加宽工作带宽,可以用多节的宽频功率分配器,即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目。
目前常见的微波功分器是采用微带线或腔体波导等结构的分布参数功分器。
腔体波导功分器插损小、平衡度好,但隔离度较差,制作工艺较复杂,微带功分器制作简单,但相对带宽较小。
威尔金森功分器设计与仿真

威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器(Wilkinson Power Divider)是一种常用的微波功分器,广泛应用于无线通信和雷达系统中。
它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口,并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。
本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中,RF in为输入端口,RF out1和RF out2为输出端口,Z0为特征阻抗,Z1和Z2为等效阻抗,Z3为耦合阻抗。
在设计过程中,首先需要确定特征阻抗Z0的数值,一般为50欧姆。
然后,根据所需的功分比例,计算等效阻抗Z1和Z2的数值。
最后,选择合适的耦合阻抗Z3,使得整个电路达到最佳的工作性能。
2.威尔金森功分器的仿真方法首先,打开ADS软件并创建一个新的工程。
然后,在工程中添加一个新的设计,选择“Schematic”类型。
在Schematic设计界面中,依次添加所需的元件,包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。
其中,传输线用于连接输入端口和输出端口,阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配,耦合器用于实现信号的均匀分配。
接下来,设置传输线的特性阻抗和长度,以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。
通过调整这些参数,可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
完成电路设计后,可以进行仿真和优化。
选择“Simulation”菜单,设置仿真参数,如频率范围和步长。
然后,运行仿真并得到结果。
根据仿真结果,可以评估电路的性能,并进行优化。
如果需要改变功分比例或工作频率范围,可以调整各个元件的数值,并重新运行仿真。
最后,完成电路设计和优化后,可以进行PCB布局和封装设计。
根据实际需求,选择合适的材料和尺寸,并进行布局和封装设计。
总结:本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。
通过合理选择和调整各个元件的数值,可以实现所需的功分比例和工作频率范围。
Ku波段10路矩形波导功分器设计

has distinct influence on whole systems. For pursuing better performance,a ten-way cascaded rectangular
waveguide power divider is proposed,which exhibits good consistency in both magnitude and phase at ou--
数大于二时,
一分二级联的
实
。 论 的 10路功分器
更高一级系统的
子 模 块 ,综
系统的
指 标 ,对 此 1 0 路
功分器的
出 了 较 高 要 求 。 ,输 入 端口的
波 、各输出 间的幅度一
和 一致
面的要求尤为严格。
ห้องสมุดไป่ตู้
1 设计方案 本文 论 的 1 分 1 0 功 分 器 ,无法仅使用多个
二 功分器级 成 ,
摘 要 :功分器是各种微波系统中的重要组成部件,其特性直接影响到整个 系统的性能。 为了改善功分器的指标,提出了
一种1 0 路级联型矩形波导功分器,该功分器在1 0 个 输出端口获得 了良好的幅度一致性,同时具有不错的回波损耗。借助三 维仿真软件设计了一个 应用在K u 频段的1 0 路功分器,对其尺寸进行了优化,并进行了加工和测试。测试结果与仿真结果吻
、天 馈 线 系 统 、混频器以及功率放大器
多种微波设备和系统中都有着广泛的 [ W ] 。
高 频 率 、高功率的 环 ,波导以其低损
耗 、高 功 率 容 量 的 优 良 特
。 种波导
功 分 器 中 ,一 分 二 功 分 器 的 使 用 最 为 普 遍 ,简单的分
功分器的设计与仿真

U D C:D10621-408-(2015)0544-0 编 号:2011022006
成 都 信 息 工 程 大 学 学 位 论 文
宽带 Wilkinson 功分器的设计
论文作者姓名: 申请学位专业: 申请学位类别: 指导教师姓名 (职称) : 论文提交日期:
叶建梅 电子信息科学与技术 工学学士 夏运强 2015 年 5 月 22 日
关键词:宽带, Wilkinson 功分器, 奇偶模,仿真
I
The Design of the Broadband Wilkinson Power Dividers
ABSTRACT
Power divider divide one power into two or multiple branches .Traditional Wilkinson power divider bandwidth is very narrow,and often can not meet the application broadband systems.In order to improve the above problems, the article describe wideband power divider’s design. This article aims to research and analysis related components and working principle of power dividers. It describes the use of odd-mode analysis method of a Wilkinson N-way power divider .This Wilkinson power divider’s design have a wideband of 0.8 ~ 2.5GHz.The power divider requires its insertion loss less than 1dB, isolation greater than 20dB and the voltage standing wave ratio (VSWR) less than 1.5.It focuses on the power divider’s design parameters calculation and optimization process.Then using ADS software principle and HFSS simulation of electromagnetic obtained debugging parameters , finally made the PCB in CAD and processed into a kind. In terms of software simulation results under ideal conditions on the test results or physical design diagram show the power divider met the target requirements.Since the required operating frequency is within ISM band, it can be used for wireless LAN, Bluetooth, ZigBee and other wireless networks.
波导窄壁缝隙耦合等路径功分器设计

32 计算缝 隙倾 角 .
端接匹配负载。每一缝耦合相对功率是相同的 ,即
P P f N N
=
…
…
=
牛 一 =P P … 1
由 ( )式得 到 5
苦: M ( 告)
离负载最近的缝隙耦合功率是
R ( 11 l / e VV* 2=尸 一 Y) 1
负载 吸收功 率为
( 6 )
() 7
ReVV"o, ( lI ) 2= G
B
O
图 l 等路 径 功分 器几何 关 系
O八 一科技
波导 窄壁 缝隙 耦合等 路径 功分 器设计
・ 7・ 1
假设 各缝 隙耦合 产生 的 附加相位 一致 .根 据 图 1 几何 关 系有 A N+^ +F +MD=A B E M B+ E+ C 将A N=B E,E C=MD代入 上式 ,即得 ⅣF+F =A M B
工作频率 、功率容量 、损耗等具体指标要求而定。波导窄壁缝隙耦合功分器具有馈电结构
简单 、功 率容量 大 、损耗 低 、工作 频带 宽等优 点 。本 文 将结合 波导 缝 隙天线 的设计 方法 对
波导 窄壁 缝 隙耦 合 功分器 进行设 计 。 由于波 导窄壁 缝 隙耦合 功分 器采用 串馈方 式 。要实 现
.
1 6・
波导 窄 壁缝隙 耦合等 路径 功分 器设计
0八 一科技
波导窄壁缝隙耦合等路径功分器设计
汪波 梅 飞 白珂
( 八 一 电子集 团有 限公 司 四川广 元 6 8 1 ) 零 2 07
摘 要 :本 文介 绍 了波 导 窄壁缝 隙耦 合 等路 径 功 分 器功分 器 的设计 方 法 。采 用等路 径 方 法保 证各 输 出端 口相位一 致 ,文 中给 出 了缝 隙谐振 电导的理 论推 导及 计 算公 式 ,并采 用仿 真软 件 的方法 对缝 隙倾 角和谐振 长 度进行 设计 和优 化 ,大大
威尔金森功分器设计与仿真

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。
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学位授予单位和日期 答辩委员会主席 评阅人
电子科技大学
注 1:注明《国际十进分类法 UDC》的类号。
RESEARCH AND DESIGN OF THE FULLBAND WAVEGUIDE POWER DIVIDERS
A Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
III
目录
目 录
第一章 绪论..................................................................................................................... 1 1.1 课题的研究背景及其意义................................................................................. 1 1.2 国内外发展动态................................................................................................. 1 1.3 本论文的主要研究工作及结构安排................................................................. 7 第二章 宽带功分器设计的理论基础............................................................................. 8 2.1 微波功分器的简介.............................................................................................. 8 2.1.1 功分器的基本网络分析............................................................................ 9 2.1.2 四端口网络的性质................................................................................. 10 2.2 Wilkinson 功分器原理.......................................................................................12 2.2.1 宽带微带二等分功分器......................................................................... 15 2.3 宽带功分器理论............................................................................................... 16 2.3.1 阻抗变换器的原理和应用...................................................................... 16 2.3.2 脊波导原理及应用.................................................................................. 18 2.4 本章小结............................................................................................................ 22 第三章 宽带波导功分器的研究................................................................................... 23 3.1 波导 E-T 和 H-T 分支...................................................................................... 23 3.2 宽带波导二路功分器设计实例....................................................................... 25 3.3 新型 H-E 面波导功分器的设计和测试...........................................................29 3.3.1 H-E 面波导功分器的仿真优化...............................................................29 3.3.2 H-E 面波导功分器的加工测试...............................................................32 3.4 本章小结........................................................................................................... 34 第四章 新型全带宽 E-H 面波导功分器的设计...........................................................36 4.1 E-H 面波导功分器的初步设计与探讨.............................................................36 4.2 全带宽 E-H 波导功分器的设计.......................................................................41 4.3 新型全带宽 E-H 面波导功分器的加工与测试...............................................47 4.4 本章小结........................................................................................................... 49 第五章 总结与展望....................................................................................................... 52 致 谢............................................................................................................................... 53 参考文献......................................................................................................................... 54 攻硕期间取得的研究成果............................................................................................. 56
论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日
II
ABSTRACT
divider is compact and the test results are as such as the simulation results.The power divider can be used in the occasion that the input is not in the same plane with the output port. Keywords: Power divider, multistage impedance matching, ridged waveguide ,full bandwidth, compact
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Power divider is a kind of significant microwave passive components, which are widely used in microwave equipment, such as phased array radar, antenna feeder system and power amplifier. Although power divider is mainly used for the power distribution and synthesis, it is also used as a power tuner and the input terminal of the duplexer. Power divider can be divided into two major categories of waveguide cavity and microstrip, the waveguide cavity power divider is wide popularity for its low loss, high power capacity and transmission bandwidth and so on, but it also has some shortcomings,including its volume is too large, high cost to process, not easy integration. Microstrip power dividers with low cost, small volume, stable performance, easy to integrate the advantages of other active circuit, widely used in the field of system integration and miniaturization of microwave, but the lack of transmission power and the insertion loss too big also affects its application.The important working parameters of power divider include input port reflection coefficient, the phase between output ports, the insertion loss in work-band, the isolation of ports, the size of device and other technical indicators.At present, the research of waveguide power divider has achieved fruitful results. The structure of this paper is divided into five chapters, the first chapter is about the research background and development status. In chapter two , we will introduce the theoretical analysis of the characteristics of the power dividers and the odd-even mode analysis method is also presented in this paper. In the end, we will analyze the theoretical of power divider and the broadband transmission theory.In the third chapter,we will simulate two traditional waveguide power dividers, finally put forward and designed a new type of broadband H-E plane waveguide power divider, it can work in ka-band with the relative bandwidth of 36.14%, the phase of the two output ports are same, the product has been processing test. In the fourth chapter,combining the ridge waveguide and multistage impedance matching theory, through to the initial power divider model to explore and improve, finally designed a new full bandwidth E-H plane waveguide power divider. the working range is from 26.4 GHz to 40 GHz ,has realized the full bandwidth transmission. Its insertion loss in passband is lower than -0.25 dB, the phase of the two output ports are difference of 180°, eventually processing power