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微带功分器的设计
时间：2015-08-16  来源：天线设计网 作者：admin  TAGS：威尔金森 功率分配器 无源器件 wilkinson

 功率分配器是将输入信号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。功率分配器是无源微波器件，反过来就是功率合成器。功率分配器有多种形式，其中最常用的是g/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。
在近代射频和微波电路中广泛地使用着功率分配器。瞬时测频接收机是一种简单而紧凑的接收机，能覆盖很宽的射频频带。实际的IFM接收机是由若干个简单的瞬时测频（IFM）接收机并行组成。这就需要使用一分八功分器进行４个通道的信号分配。一分八功分器可以由几个一分二的功分器级联而成。[天线设计网]这就对一分二功分器在体积、结构、稳定性以及输出端口之间的相位一致性提出了更高的要求。本文用多节阻抗变换器级联的方式来实现宽频带和低损耗，使用ADS软件设计并仿真工作频带在6~18GHZ的宽带微带线功分器。
功分器的设计指标
功分器的技术指标包括：
（１）频率范围：６～１８Ghz；
（２）插入损耗：≤４dB；
（３）驻波比：≤２；
（４）隔离度：≥１８dB；
（５）相位一致性：≤５°。
功分器的设计
威尔金森功率分配器由三端口网络构成，由于单节λ／４阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此需要采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。本文设计的是一个工作频带在６～１８ＧＨｚ，功分比为１∶１的二路带状线型wilkinson功分器。带宽为３个倍频层，结合多节λ／４阻抗变换器[天线设计网]相级连的形式，阻抗变换器为３节。由于本功分器对结构尺寸和相位一致性要求较高，在此选用介电常数为2.2、层压板厚度为0.254mmRoger5880高频层压材料。结构上采用葫芦状的结构设计。根据各项指标（工作频段、输入输出端口的驻波、输出端口间的隔离度）要求，由宽带功分器设计理论确定功分器具体尺寸，计算出各段λ／４阻抗变换器的特性阻抗，如表１所示，并计算出隔离电阻的阻值如表２所示。

实现方法及仿真设计
高级设计系统（ADS）软件由美国安捷伦公司开发，是当前射频和微波电路设计的首选工程软件。该软件功能强大，仿真手段丰富多样，可实现包括域和频域、数字和模拟、线性和非线性、电磁和数字处理等多种仿真手段，[天线设计网]并可以对设计结果进行成品率分析和优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率。本设计就采用了ADS软件仿真设计。用ADS软件linecalc计算出对应特性阻抗的微带线宽度，以及对应于中心频率12GHZ的λ／４微带线宽度。理论值如表３所示。

首先用ADS软件设计出电路原理图，并进行仿真和优化，得到最终的原理图如图１所示。然后将电路原理图转化为版图进行电磁仿真，转化后的版图如图２所示。

版图仿真结果一端口的驻波S11如图３所示，插入损耗S21如图４所示。

　测试结果
实际做出的产品实物如图所示，

该功分器的外部尺寸为２４ｍｍ×２６ｍｍ×１０ｍｍ。测试系统为矢量网络分析仪。如下图所示，功分器输入驻波在整个频段内小于1.4，实测的２路传输损耗均小于４ｄＢ（一路为3.5dB，一路为3.6dB），２个端口之间的相位差在18GHZ时为3.210°。

采用多节λ／４阻抗变换器设计工作频带在6~18GHZ的宽带wilkinson功分器，并利用ADS软件进行设计仿真，结果表明，采用多节λ／４阻抗变换器相级联来展宽工作频带是有效的方法。在极大展宽频带的同时，功分器的传输损耗、隔离度、驻波等指标可以完全达到要求。所制作出的实物功分器符合小型化要求，应用在一分四或一分八功分器上，这种葫芦状的功分器结构更加紧凑，在体积上更有优势，完全满足设计指标的要求。

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