第9章功率分配器的设计与仿真

第9章功率分配器的设计与仿真

在第9章中，我们将继续讨论功率分配器的设计与仿真。本章将介绍

不同种类的功率分配器设计，包括微带线和插入损耗衰减器。

首先，我们将讨论微带线功率分配器的设计。微带线功率分配器是一

种常用的功率分配器，它通过微带线和阻抗变换器将输入功率均匀地分配

到多个输出端口。微带线功率分配器的设计需要考虑一些关键参数，如插

入损耗、功率均衡度和频率响应。通过调整微带线的宽度和长度可以实现

对这些参数的控制。在设计过程中，我们可以使用软件工具，如ADS或HFSS，进行仿真和优化。

接下来，我们将介绍插入损耗衰减器的设计。插入损耗衰减器是一种

用于减小信号插入损耗的非常有用的器件。它通过在信号路径上插入可变

阻抗来实现信号的衰减。插入损耗衰减器的设计需要考虑一些关键参数，

如最大衰减量、插入损耗和线性度。通过调整可变阻抗和直流电压，可以

实现对这些参数的控制。在设计过程中，我们可以使用软件工具，如ADS

或MATLAB，进行仿真和优化。

最后，我们将讨论功率分配器的仿真技术。在设计过程中，仿真是非

常重要的一步，可以帮助我们评估设计的性能和优化设计参数。我们可以

使用各种软件工具，如ADS、HFSS和MATLAB，进行功率分配器的电磁仿

真和电路仿真。在仿真过程中，我们可以考虑不同的条件和参数，如输入

功率、工作频率和载波功率。通过对仿真结果的分析，我们可以优化设计，并确保符合要求。

综上所述，本章介绍了微带线功率分配器和插入损耗衰减器的设计原

理和技术。了解和掌握这些原理和技术对于设计和优化功率分配器至关重要。通过合理地设计和仿真，我们可以实现高性能和高效率的功率分配器。

微波功率分配器的原理与设计

微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计一、实验目的1．了解功率分配器的原理；2．学习功率分配器的设计方法；3．利用实验模块进行实际测量，以掌握功率分配器的特性。 二、实验原理功率分配器的原理： 功分器是三端口网络结构（3-port network），如图10-1所示。信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。 由能量守恒定律可知P1=P2 + P3。 若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成： P2(dBm) = P3(dBm) = Pin(dBm) – 3dB 图10-1 功率分配器方框图(输出比输入衰减了3dB,输出是输入的一半) 当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=k·P3）两种类型。 其设计方法说明如下： (一) 等分型： 根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。 A. 电阻式：

此类电路仅利用电阻设计。 按结构可分成Δ形,Y形，如图10-2(a)(b)所示。 图10-2(a)Δ形电阻式等功分器图（b）Y形电阻式等功分器其中Zo就是电路特性阻抗，在高频电路中，在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。 在本实验中，皆以50Ω为例。 此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单，而缺点是功率衰减较大（6dB）。 B. L-C式此类电路可利用电感及电容进行设计。 按结构可分成高通型和低通型，如图10-3(a)(b)所示。 其设计公式分别为： a. 低通型： 其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Ls——串联电感Cp——并联电容b. 高通型： 其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Lp——并联电感Cs——串联电容图10-3(a) 低通L-C式等功分器; (b) 高通L-C式等功分器C . 传输线式此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型，如图10-4(a)(b)所示。 其设计公式分别为： a. 威尔金森型图10-4（a）威尔金生型等功分器b．支线型图10-4（b）支线型等功分器(二) 比例型此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型，如图10-5(a)(b)所示。

功分器的设计制作与调试

功分器的设计制作与调试 一、设计制作功分器的原理 功分器，也称为功率分配器，是一种用来分配输入功率到多个输出端 口的无源器件。在无源器件中，当我们需要将输入功率按照一定比例分配 到多个输出端口时，功分器就可以起到很好的作用。 标准的功分器是一个三端口元件，包括一个输入端口和两个输出端口。功分器的输入功率将被均匀地分配到两个输出端口上，且输出端口之间相 互隔离，不会有能量交流。 设计制作功分器的步骤如下： 1.确定功分器的工作频率范围：功分器的设计需要根据具体的应用需 求来确定工作频率范围。功分器的频率范围可以从几百兆赫兹到几十吉赫 兹不等。 2.选择功分器的阻抗：功分器的阻抗需要与输入输出系统的阻抗相匹配，通常选用50欧姆。 3.设计功分器的结构：功分器的结构大致可以分为两种，一是二分支 结构，二是平衡树状结构。 a.二分支结构是指将输入驻波器通过阻抗转换，分为两个并行的输出 通路，使得输入功率均匀地分配到两个输出端口。 b.平衡树状结构则是通过铁氧体等元件来实现功分，具有更高的功分 精度和更宽的工作频率范围。 4.确定工艺流程：根据功分器的结构和应用需求，确定制作工艺，如 集成电路制作技术或者微带线技术等。

5.制作功分器：根据确定的工艺流程，进行制作。制作功分器的材料 通常采用高频电路工艺中的常见材料，如铝、金、铜等。 6.调试功分器：将制作好的功分器与测试仪器连接，通过测试仪器测 量功分器的性能指标，如功分精度、输入输出阻抗等。 调试功分器的步骤如下： 1.通过测试仪器测量功分器的插入损耗：将功分器的输入和输出端口 连接到测试仪器上，通过测试仪器测量功分器的插入损耗，即输入功率与 输出功率之间的损耗。 2.测量功分器的测量精度：通过测试仪器测量功分器的功分精度，即 两个输出端口之间的功分误差。 3.测量功分器的输入输出阻抗：通过测试仪器测量功分器的输入输出 阻抗，保证功分器的阻抗与输入输出系统的阻抗相匹配。 4.优化功分器的性能：根据测试结果，对功分器的结构和参数进行优化，以提高功分器的性能指标。 通过以上步骤，可以完成功分器的设计制作与调试工作。 总结：功分器是一种用来将输入功率按照一定比例分配到多个输出端 口的无源器件，设计和制作功分器需要确定工作频率范围、选择阻抗、设 计结构、确定工艺流程等步骤。调试功分器需要通过测试仪器测量功分器 的插入损耗、功分精度、输入输出阻抗等性能指标，并对功分器进行优化，以达到设计要求。

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。而且以上分布参数功分器仅限于微波波段的窄频带应用，在微波频段以下，小型化、宽带功分器的制作比较困难。 国内研究进展 我国对于微带功分器方面的技术研究报道还比较少，钟哲夫曾在空间合

微带不等分功分器设计与仿真

微带不等分功分器设计与仿真 一、摘要 功分器全称功率分配器，英文名Power divider，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，也可反过来将多路信号能量 合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定 的隔离度。功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反 射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带 宽度等。 二、设计目的和意义 三、设计原理 功分器全称功率分配器，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，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可 也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器的主 要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电 压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。 功分器也叫过流分配器,分有源,无源两种,可平均分配一路信号变为几路输出, 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,为了补 偿衰减,在其中加了放大器后做出了无源功分器。 功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，通常有 二功分、四功分、六功分等等。功分器的工作频率是950MHz－2150MHz，卫视 烧友想必对功分器是再熟悉不过了。以上三个器件的用途和性能是完全不同的，但在日常使用中往往容易把名称混淆了，使得人们在使用中容易产生困惑.*接 收系统中的多台卫星接收机，共用一面天线，几面天线共用一台卫星接收机， 以及两台以上卫星接收机和两面以上天线共用，它们之间的连接除了依靠电缆 之外，主要是靠切换器的组合编程来实现的。 功分器是接多个卫星接收机用的.如果一套天线要接多个卫星接收机就要用

(完整word版)功分器的设计

功分器现在有如下几种系列[11]： 1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通 信以及450MHz 无线本地环路系统。 2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／ CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。 3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／ CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。 4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。 5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。 这里介绍几种常见的功分器： 一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。 图1-1 威尔金森功分器 二、变形威尔金森功分器 将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。

图1-2 变形威尔金森功分器 三、混合环 混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。早期的混合环 是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。这种形式的 功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。理论上来说，它的带宽可以同威尔金森功分器相比。混合环功分器相对威尔金森功分器的优点在于，在实际应用中它在高频率上的性能更好一些。 图1-3 混合环 对比以上三种功分器，首先对比威尔金森功分器及变形威尔金森功分器， 变形威尔金森功分器性能与仿真结果相差较大，其原因可能有以下几点：加入两个21波长微带线，引入了T 型接头，使微带线产生不连续性；为了保证两21波长微带线之间的距离正好可以焊接电阻，两微带线均倾斜，使焊接电阻处微带不均匀，另外电阻焊接的非对称性影响了功分器输出两端的功分比[9]。 威尔金森功分器和混合环的插损性能较好，可以满足一般功率合成的要求。在隔离方面，威尔金森功分器隔离较好，混合环的隔离要稍差。 从上述三种功分器分析可以得出：要获得具有良好性能的微波毫米波功分 器，需保证一定的加工精度，对加隔离电阻的功分器，要特别注意选择尺寸较小的电阻，焊接时要求电阻两端对称，且从电阻反面焊接，也可以考虑使用薄膜电阻来实现。这三种功分器都可以串联用作多路功率分配/合成器。 1.3 本课题研究内容 4g λ4g λ4 g λ43g λ对称平面

威尔金森功分器的设计

综合课程设计实验报告 课程名称：综合课程设计（微波组） 实验名称：威尔金森功分器的设计 院（系）：信息科学与工程学院 2020 年6月12 日

一、实验目的 1. 了解功分器电路的原理和设计方法； 2. 学习使用Microwave office 软件进行微波电路的设计、优化、仿真； 3. 掌握功率分配器的制作及调试方法。 二、实验原理 Wilkinson 功率分配器 根据微波网络理论，对于三端口网络，匹配、互易、无耗三者中， 只能有两个同时满足。Wilkinson 功率分配器是一个有耗的三端口网络（如 图1.1所示），它通过在输出端之间引入特性阻抗为2Z 0的电阻，实现了 理想的功率分配与功率合成。用于功率分配时，端口1是输入端，端口2 和端口3是输出端；用于功率合成时，端口2和端口3是输入端，端口1 是输出端。 可以制成任意功率分配比的Wilkinson 功率分配器，本实验只考虑等 分（3dB ）的情况，其结构如图1.2所示。由两段微带线与输出端之间的电阻构成，两段微带线是对称的，其特性阻抗为02Z ，长度为/4g ，并联电阻值为2Z 0。 图1.1 Wilkinson 功分器示意图 图1.2 微带线形式的等分Wilkinson 功分器

三、实验内容和设计指标 实验内容 1. 了解Wilkinson功分器的工作原理； 2.根据指标要求，使用Microwave office软件设计一个Wilkinson功分器，并对其参数进行优化、仿真。 设计指标 在介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片上（T取0.036mm，Loss tangent取0.02），设计一个中心频率为f=3.2GHz、带宽为200MHz，用于50欧姆系统阻抗的3dB微带功分器。要求：工作频带内各端口的反射系数小于-20dB，两输出端口间的隔离度大于25dB，传输损耗小于3.5dB。功分器的参考结构如1.3图所示。在设计时要保证两个输出端口之间的距离大于10mm，以便于安装测试接头；同时为了便于焊接电阻，d要为2.54mm左右。 图1.3 Wilkinson功分器的结构 进行设计时，主要是以功分器的S参数作为优化目标进行优化仿真。S21、S31是传输系数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数；S23（或S32）反映了两个输出端口之间的隔离度。

功分器的设计原理

功分器的设计原理 功分器（Power Divider），又称功率分配器或功率分配器件，是一 种用于将输入功率按照一定的比例分配到多个输出端口的被动无源器件。 功分器主要应用于射频微波电路中，常用于天线系统、功率放大器、滤波 器等电路中。在设计功分器时，需要考虑如下几个方面的原理。 1.传输线原理：功分器的基本原理是利用传输线的特性实现功率的分配。传输线具有电压和电流的传输功能，可以将信号从一个位置传递到另 一个位置。当传输线的一端与信号源相连接，信号源提供输入功率，传输 线将输入功率传递到输出端口。 2.3dB分配原理：功分器通常遵循3dB分配原理，即输入功率被分成 两个平均的输出功率。这意味着功分器将输入功率平均分成两个输出功率，每个输出功率约为输入功率的一半。这种分配保持了功率的平衡，并使得 两个输出端口的功率可能具有相同的幅度。 3.折线传输线结构：功分器的设计常采用折线传输线结构。折线传输 线是一种具有特殊电气长度的传输线，可实现特定的相位关系和功率分配 比例。基本的折线传输线结构通常由等长的微带线组成，通过调整宽度和 长度来实现平衡的功率分配。 4.电气长度设计：在功分器的设计中，电气长度是一个关键的参数。 电气长度表示折线传输线上信号传输所需要经过的相位变化。当一个传输 线的长度为λ/4（λ为工作频率的波长）时，信号在该传输线上经过90 度相位延迟。因此，功分器中的折线传输线通常被设计成λ/4的长度， 以实现3dB的功率分配。

5.极限匹配原理：在功分器的设计中，极限匹配原理是非常重要的。 极限匹配原理要求功分器的每个端口都与特定的电阻值匹配，以实现最佳 的功率传输和尽量减少功率的反射。通常，功分器采用50欧姆的特性阻抗，因为它是常用的射频电路标准阻抗。 6.基于原理的仿真和优化：在功分器的设计中，基于原理的仿真和优 化是必不可少的。通过使用电磁场仿真软件，可以对功分器的结构进行仿真，以评估其性能和优化设计。仿真可以帮助设计者调整折线传输线的参数，如宽度、长度和相对位置，以实现所需的功率分配比例和频率响应。 功分器的设计原理是一个非常复杂和综合的过程，需要考虑传输线、 分配原理、折线传输线结构、电气长度、极限匹配和仿真优化等多个因素。通过合理的设计和优化，可以实现功分器在射频微波电路中的理想性能， 如平均功率分配、低功率反射和宽频带工作等特性。

威尔金森功分器设计

威尔金森功分器设计 威尔金森（Wilkinson）功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路 中的功率分配器。它可以将输入功率均匀地分配到多个输出端口上，同时 保持相对较低的插入损耗和反射损耗。该设计是由威尔金森在1960年首 次提出的，至今仍被广泛使用。 威尔金森功分器的基本原理是利用两个负载和两个耦合器来实现功率 的分配。它的结构简单，由一个中央传输线和两个分支传输线组成。中央 传输线被连接到输入端口，而分支传输线则与两个输出端口相连。两个耦 合器被用来连接中央传输线和分支传输线，以实现功率的分配。 在威尔金森功分器中，输入功率通过中央传输线传输到两个分支传输 线上。在分支传输线的连接点处，耦合器将一部分功率耦合到负载上，同 时将另一部分功率传输到另一个分支传输线上。这样，输入功率就被均匀 地分配到两个输出端口上。 为了保持较低的插入损耗和反射损耗，威尔金森功分器要求分支传输 线具有相同的特性阻抗，并且耦合器能够实现理想的功率分配。在实际设 计中，可以使用微带线、同轴电缆或波导等不同的传输线类型来实现威尔 金森功分器。 威尔金森功分器的设计需要考虑多个参数，包括特性阻抗、分支传输 线的长度和宽度、耦合器的设计等。通过合理选择这些参数，可以实现所 需的功率分配比例和频率响应。 尽管威尔金森功分器在功率分配方面表现出色，但它也存在一些限制。首先，它只能实现功率的均匀分配，不能实现不同比例的功率分配。其次，

威尔金森功分器的设计需要考虑较多的参数，对于频率较高的应用来说，设计和制造的难度会增加。 总之，威尔金森功分器是一种常用的功率分配器，广泛应用于微波和射频电路中。它的设计原理简单，通过合理选择参数可以实现所需的功率分配比例。然而，设计师在使用威尔金森功分器时需要考虑一些限制，以确保其性能和可靠性。

功分器设计报告(1)

功 率 分 配 器 的 设 计 与 仿 真 学院：物理与电子工程学院专业：通信工程

功分器设计实验报告 一、实验目的 通过设计功分器结构，了解功率分配器电路的原理及设计方法，学习使用软件进行微波电路的设计，优化，仿真。掌握功率分配器的制作及调试方法。 二设计要求指标 通带范围0.9-1.1GHZ。双端输出，功分比1:1.。通带内个端口反射系数小于-20dB。俩个输出端口隔离度小于-20dB。传输损耗小于3.1dB. 三：功分器的基本原理： 一分为二功分器是三端口 网络结构，如图9-1所示。 信号输入端的功率为P1， 而其他两个端口的功率分 别为P2和P3。由能量守恒 定律可知：P1=P2+P3。如 果P2(dBm)=P3(dBm),三端口功率间的关系可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=(dBm)-3dB。 当然，并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功分器可分为等分型（P2=P3）和比例型(P2=kP3)两

种类型。 功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、I/O间的插入损耗、支路端口间的隔离带、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。必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计。 2）承受功率：在功分器/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。一股地，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传输线。 3〕分配损耗：主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分 配比，Ad有关。其定义为，式子中：Pin=kPout，例如：两等分功分器的分配损耗是3dB，四等分功分器的分配损耗是6dB。 4）插入损耗：1/0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产生的。考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗，Ai定义为：Ai=A-Ad。A是在其他支路端口接匹配负载，主路到某一支路间的传输损耗，为实测值。A在理想状态下为Ad。在功分器的实际工作中，几乎都是用，A作为研究对象。

微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告

微带wilkinson功分器的仿真设计 实验报告 学院电子科学与工程学院 姓名 学号 指导教师 2016年10月21日

一、实验目的 ● 了解功率分配器电路的原理及设计方法。 ● 学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。 ● 掌握功率分配器的制作及调试方法。 二、设计要求指标 ● 通带范围0.9 — 1.1GHz 。 ● 双端输出，功分比为1:1。 ● 通带内个端口反射系数小于-20dB 。 ● 两个输出端口的隔离度小于-20dB 。 ● 传输损耗小于3.1dB 。 三、设计思路 图一：设计思路示意图 四、理论分析设计 1. 基本工作原理分析 理论学习尺寸计算 绘制ADS 原理图 原理图仿真 优化设计版图仿真

功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2和P3。理论上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。端口特性为：(1) 端口1无反射 (2) 端口2和端口3输出电压相等且相同 (3) 端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/ 由这些条件可以确定Z o2、Z o3以及R2、R3的值。 2.功分器技术指标计算 (1)输入端口回波损耗 输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率和输入功率之比来计算 (2)插入损耗 输入端口1的回波损耗根据输出端口的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算 (3)输出端口间的隔离度 输出端口2和输出端口3间的隔离度可以根据输出端口2和输出端口3的输出功率比来计算 (4)功分比 当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算 (5)相位平滑度 在做功率分配器时，输出端口的平滑度直接影响功率合成效率。 五、尺寸计算 使用ADS软件自带的计算工具计算出微带线的尺寸。

功分器设计

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 II

目录 I I I

目录 IV

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 (7) 2.4.1.输入端口的回波损耗 (7) 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 (8) 第3章ADS的介绍 (9) 3.1 ADS趋势 (9) 3.2线性分析 (10) 3.3电磁反正分析 (11) 3.4仿真向导 (11) 第4章功分器的原理图设计仿真与优化 (13) 4.1 等分威尔金森功分器的设计指标 (13) 4.2 建立工程与设计原理图 (13) 4.2.1 建立工程 (13) 4.2.2 设计原理图： (14) 4.2.3 基板参数设置 (17) 4.2.4 基板参数输入 (19) 4.2.5 插入V AR (20) 4.2.6 V AR参数设置 (20) V

T型功分器的设计与仿真

T 型功分器的设计与仿真 1. 改进型威尔金森功分器的工作原理功率分配器属于无源微波器件，它的作用是将一个输入信号分成两个（或多个）较小功率的信号，工程上常用的功分器有T 型结和威尔金森功分器。威尔金森功分器是最常用的一种功率分配器。图1 所示的为标准的二路威尔金森等功率分配器。从合路端口输入的射频信号被分成幅度和相位都相等的两路信号，分别经过传输线Bl 和BZ，到达隔离电阻两端，然后从两个分路端口输出，离电阻R两端的信号幅度和相位都相等， R上不存在差模信号，所以它不会消耗功率，如果我们不考虑传输线的损耗，则每路分路端口将输出二分之一功率的信 图 1 威尔金森功分器 但是这种经典威尔金森等功率分配器有几个缺点: 1、大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大因此电阻的体积也会比较大 2、如果功分器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这样就需要考虑电阻的分布参数。 3、为了提高功分器性能，就要尽量减小Bl 和BZ 这两段传输线之间的藕合，因此在实际设计时，要求四分之一波长传输线Bl、BZ 之间的距离较大，在低频应用时，由于四分之一波长较长，占用面积还是太大了，此外，四分之一波长传输线Bl、BZ 的阻抗较高，因此线宽较细，制板的相对误差更大[24]。为克服这些缺点，本文采用了一种改进型的威尔金森等功率分配器，如图 2 所示 图2 改进型威尔金森功分器可以看到，它仅由四段传

输线组成，没有隔离电阻。传输线A、Cl、CZ 的特 征阻抗均为Z0。传输线 B 位于 A 和Cl、CZ 之间，它的电长度为四分之一波长，特征阻抗为Z0/ 2 。从合路端输入的信号，通过传输线B，被分成幅度和相位相等的的两路信号，分别经过传输线Cl 和C2 到达分路端口一和二，在整个结构中，传输线B起到了阻抗变换的作用。从传输线A、B 相接处向左看，输入阻抗为Z0。从传输线 B 与C1、C2 相接处向右看，输入阻抗为Z0/2 。利用四分之一阻抗变换器的原理我们知道，传输线的特征阻抗为Z0?Z0/2，即 Z0/ 2 。因此，整个电路处于功率分配与合成时，在中心频点处，三个端口都能匹配良好，没有反射。这种改进型的结构克服了标准威尔金森功分器的一系列缺点，同时由于省略了隔离电阻，所以成本降低，也不存在电阻分布参数的问题，与传统威尔金森功分器相比，减少了一段四分之一波长传输线，另外，构成变换器的四分之一波长传输线 B 的特征阻抗较低，线宽较宽，能有效降低制板误差。 2 功分器的设计与仿真 通过前面的分析，我们知道改进型威尔金森功分器四段传输线特征阻抗之间的比例关系。由此可得，传输线A、C1和C2的特征阻抗均为50 ，而传输线 B 的特征阻抗为Z0/ 2 35 为了实现右旋圆极化，经过C2输出的信号要比经过Cl 的相位超前90 ，即Cl 要比C2 长1/4 g（g为中心频率所对应的介质波长）。设计的功率分配器如图 3 所示，传输线段 B 的长度约为1/4 g，起阻抗变换的作用。传输线段

通信电子中的功率分配器设计

通信电子中的功率分配器设计随着通信电子技术的不断发展，功率分配器也变得越来越重要。功率分配器是将输入功率均匀分配给多个电路的设备，常见于无 线通信、卫星通信、雷达等领域。合理的功率分配能够确保整个 系统的稳定运行，因此功率分配器的设计显得尤为重要。 功率分配器的设计需要考虑多个因素，如频率响应、功率损耗、端口隔离度等。其中，频率响应是影响功率分配器性能的关键因 素之一，因为不同频段的信号在传输过程中会受到不同程度的衰减。为了确保功率分配器能够在整个频段内均匀分配功率，设计 者需要在设计中充分考虑这些频段差异，并尽可能减小信号在功 率分配器中经过的损耗。 另一个关键因素是功率损耗。功率分配器所分配的功率往往比 较大，因此功率损耗直接影响了功率分配器的效率。在设计中， 设计者需要根据具体的应用，合理选择材料和电路构架，以减小 功率损耗。通常，混合式功率分配器的损失比较小，但是制作过 程更为复杂；而耦合式功率分配器的制作较为简单，但是损失比 较高。

此外，端口隔离度也是功率分配器设计中必须考虑的因素。端 口隔离度指的是功率分配器中不同输出端口之间的功率互相干扰 的程度。在实际应用中，如果分配的功率在不同端口之间发生互 相干扰，会导致系统无法正常工作。设计师需要在建立模型时计 算不同端口之间的隔离度，以确保设计的功率分配器具有足够的 隔离度。 总体来说，在功率分配器的设计过程中，设计师需要综合考虑 多个因素，以达到优化设计的目的。对于需要保证精度的功率分 配器来说，更多的精细的计算、模拟和优化步骤也是必不可少的。例如，在微波电路设计中使用CST Studio Suite 这样的计算软件， 可以模拟功率分配器在不同频率下的性能表现。另一方面，尽管 高精度的设计能够提高系统性能，但是在实际应用中，考虑制造 成本和设备的使用寿命也是不可忽视的。因此，设计师需要在这 些因素之间取舍和平衡。 总结来说，功率分配器的设计是通信电子领域中非常重要的一环。在设计过程中，需要综合考虑多个因素，包括频率响应、功 率损耗和端口隔离度等。虽然高精度的设计能够提高系统性能， 但是在实际应用中，成本和运行寿命等方面也需要考虑放入设计 决策中的衡量指标之一。

功率分配器原理

功率分配器原理 功率分配器是一种用于将输入功率分配到多个输出端口的电路或设备。它是电子通信领域中常用的元件之一，广泛应用于射频系统、微波系统以及其他需要将功率分配到多个输出端口的场合。 功率分配器的原理基于能量的守恒定律和电路中的功率平衡原理。在功率分配器中，输入端口的功率将被分配到多个输出端口，而且在理想情况下，每个输出端口所获得的功率应该相等。这意味着功率分配器需要具备低损耗、高功率分配均匀性和良好的匹配特性。 功率分配器的设计需要考虑多个因素，包括频率范围、功率容量、插入损耗、功率分配均匀性等。常见的功率分配器有均分功率分配器和不均分功率分配器两种类型。 均分功率分配器是最常见的功率分配器之一，它能够将输入功率均匀地分配到多个输出端口，每个输出端口所获得的功率相等。均分功率分配器的原理是通过合理的电路设计和匹配网络来实现功率的均匀分配。常见的均分功率分配器有同轴线功分器、平面波导功分器等。 不均分功率分配器是另一种常见的功率分配器，它能够将输入功率按照一定的比例分配到多个输出端口。不均分功率分配器的设计需要考虑各个输出端口所需的功率比例，以及插入损耗和反射损耗等因素。常见的不均分功率分配器有插值功分器、混频器功分器等。

功率分配器的性能评估主要包括插入损耗、反射损耗、功率分配均匀性和功率容量等指标。插入损耗是指功率分配器在功率传输过程中所引入的损耗，反射损耗是指功率分配器所能够反射回的功率与输入功率之间的比值。功率分配均匀性是指输出端口所获得的功率相对误差，通常以功率分配均匀性系数来表示。功率容量则是指功率分配器能够承受的最大功率。 在实际应用中，功率分配器的设计需要考虑到电路的频率响应、功率容量和尺寸等因素。对于高频率和大功率的应用，功率分配器的设计更加复杂，需要使用高性能的材料和优化的电路结构。 功率分配器是一种用于将输入功率分配到多个输出端口的电路或设备，其原理是基于能量守恒定律和功率平衡原理。功率分配器的设计需要考虑多个因素，包括频率范围、功率容量、插入损耗、功率分配均匀性等。在实际应用中，功率分配器的设计需要根据具体的要求进行优化，以满足系统的性能需求。

基于HFSS的不等功率分配器[精品文档]

不等功率分配器 一、功分器的设计及原理 1、功分器原理 功分器全称功率分配器，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。在简单功分器中引入隔离电阻，变为有耗的三端口网络，有耗三端口网络可以做到做到完全匹配，且输出端口之间具有隔离。它的主要技术指标包括频率范围、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、回波损耗等。 如右图示为功分器原理图，有耗三端口网络可以做到完全匹配，且可以用微带线或带状线来实现。 2、技术指标 频率范围：中心频率3.5GHz 主路端口的回波损耗小于-20dB 主路到支路的耦合度比为1:2 支路端口间的隔离度小于-20dB 3、设 计 参 数 的 确 定 （图1） 如右图2所示，其中输入端口特性阻抗为0Z ,分成的两端微带线电长度为 4/g λ，特性阻抗分别是02Z 和03Z ，终端分别接有电阻32R R 和。 功率分配器的基本要求如下： ①端口“①”无反射。 ②端口“②、③”输出电压相等且同相。 ③端口“②、③”输出功率比值为任意指定值， 设为1/2（2=k ）。 根据以上三条有： 321 11Z Z Z in in =+ （图2） 2 1)21/()21(323222=R U R U 32U U = 由传输线理论有： 2 2 02 2 R Z Z in =

3 203 3 R Z Z in = 这样共有2R 、3R 、02Z 、03Z 四个参数而只有三个约束条件，故可任意指定其中的一个参数，设02kZ R =，2=k ，于是 )1(2002k k Z Z += 22003/)1(k k Z Z += k Z R 0 3= 实际的功率分配器终端负载往往是特性阻抗为0Z 的传输线，而不是纯电阻，此时可用4/g λ阻抗变换器将其变为所需电阻，另一方面2U 、3U 等幅同相，在“②、③”段跨接电阻j R ，既不影响功率分配器性能，又可增加隔离度。 k Z Z R Z 00204== k Z Z R Z 0 0305== k k Z R j 2 01+= 取22=k 时，计算出： 71.702=R ，4.353=R ，10302=Z ，5.5103=Z ，1.106=R 5.5904=Z ，1.4205=Z ，7.850=λ，9.46=g λ 根据阻抗的大小可得到各段微带的宽度： 0Z 的宽度mm w 88.21=，02Z 的宽度mm w 6.02=，03Z 的宽度mm w 75.23=，04 Z 的宽度mm w 13.24=，05Z 的宽度mm w 8.35=，每段微带线的长度都是4/g λ。 通过以上的分析，所需参数值已经确定，接下来就可以进行设计了。 二、功分器模型的设计 1，打开HFSS,新建工程，修改名称，将其保存。 2，打开设计界面，首先画一个BOX ，设置其厚度为1.5mm,w=20mm 。其参数如图3所示

功分器的设计原理

设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法 拟制： 审核： 会签： 批准： 二00六年一月

微带功率分配器设计方法 1. 功率分配器论述： 1.1定义： 功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。 1.2分类： 1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。 1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。 1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。 1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。 1.3概述： 常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下： （1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。 2．设计原理： 2.1分配原理： 微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用 的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。 图1：一分二功分器示意图 在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处 的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终 端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。 2.2阶梯阻抗变换： 在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不 使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。其中最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图2）。它