1、T型功分器的設(shè)計與仿真改進型威爾金森功分器的工作原理功率分配器屬于無源微波器件，它的作用是將一個輸入信號分成兩個（或多個）較小功率的信號，工程上常用的功分器有T型結(jié)和威爾金森功分器。威爾金森功分器是最常用的一種功率分配器。圖1所示的為標準的二路威爾金森等功率分配器。從合路端口輸入的射頻信號被分成幅度和相位都相等的兩路信號，分別經(jīng)過傳輸線Bl和BZ,到達隔離電阻兩端，然后從兩個分路端口輸出,離電阻R兩端的信號幅度和相位都相等，R上不存在差模信號，所以它不會消耗功率，如果我們不考慮傳輸線的損耗，則每路分路端口將輸出二分之一功率的信號。分路端口一分路端口二圖1威爾金森功分器但是這種經(jīng)典威爾金森等功率

2、分配器有幾個缺點:1、大功率應(yīng)用的時候，要求隔離電阻的耗散功率大因此電阻的體積也會比較大2、如果功分器應(yīng)用于較高的頻段，波長就會與大功率電阻的尺寸相比擬，這樣就需要考慮電阻的分布參數(shù)。3、為了提高功分器性能，就要盡量減小Bl和BZ這兩段傳輸線之間的藕合，因此在實際設(shè)計時，要求四分之一波長傳輸線Bl、BZ之間的距離較大，在低頻應(yīng)用時，由于四分之一波長較長，占用面積還是太大了，此外，四分之一波長傳輸線Bl、BZ的阻抗較高，因此線寬較細，制板的相對誤差更大24。為克服這些缺點，本文采用了一種改進型的威爾金森等功率分配器，如圖2所示分路端I1-合路端口C2|分路端口二圖2改進型威爾金森功分器可以看到，

3、它僅由四段傳輸線組成，沒有隔離電阻。傳輸線A、Cl、CZ的特征阻抗均為Z0。傳輸線B位于A和Cl、CZ之間，它的電長度為四分之一波長，特征阻抗為ZO/,2。從合路端輸入的信號，通過傳輸線B,被分成幅度和相位相等的的兩路信號，分別經(jīng)過傳輸線Cl和C2到達分路端口一和二，在整個結(jié)構(gòu)中，傳輸線B起到了阻抗變換的作用。從傳輸線A、B相接處向左看，輸入阻抗為Z0。從傳輸線B與Cl、C2相接處向右看，輸入阻抗為Z0/2。利用四分之一阻抗變換器的原理我們知道，傳輸線的特征阻抗為.207072,即zo/t2。因此，整個電路處于功率分配與合成時，在中心頻點處，三個端口都能匹配良好，沒有反射。這種改進型的結(jié)構(gòu)克服

4、了標準威爾金森功分器的一系列缺點，同時由于省略了隔離電阻，所以成本降低，也不存在電阻分布參數(shù)的問題，與傳統(tǒng)威爾金森功分器相比，減少了一段四分之一波長傳輸線，另外，構(gòu)成變換器的四分之一波長傳輸線B的特征阻抗較低，線寬較寬，能有效降低制板誤差。2功分器的設(shè)計與仿真通過前面的分析，我們知道改進型威爾金森功分器四段傳輸線特征阻抗之間的比例關(guān)系。由此可得，傳輸線A、C1和C2的特征阻抗均為50Q，而傳輸線B的特征阻抗為ZO邁=350為了實現(xiàn)右旋圓極化，經(jīng)過C2輸出的信號要比經(jīng)過Cl的相位超前90。，即Cl要比C2長1/4九（九為中心頻率所對應(yīng)的介質(zhì)波長）。設(shè)計的功率分配器gg如圖3所示，傳輸線段B的長度

5、約為1/4九，起阻抗變換的作用。傳輸線段gCl、C2的3、4分段長度相等，而Cl的1、2分段長度之和為1/4九，這樣就g使得Cl比C2長1/4九，同時，傳輸線彎角處采用45。形式，以減小拐角處不g連續(xù)所引起的反射和幅射。La”分路端門：圖3威爾金森功分器設(shè)計圖采用介電常數(shù)為4.4,厚度為lrn們n的FR4板材來制作功分器。我們利用TXLine軟件來計算各段傳輸線線的寬度。TXLine是一款專門用于計算傳輸線參數(shù)的軟件，簡單實用。運行界面如圖4所示，選擇微帶線模式(MicrostriP)，中心頻率為1.593GHz、介電常數(shù)4.4、介質(zhì)基片厚度1mm、阻抗值先后輸入50和35、銅箔厚度0.017

6、mm等參數(shù)，就可以計算出微帶線的初始寬度。經(jīng)過計算，特性阻抗為350和500微帶線的初始寬度分別為:3.3mm和1.9rnrn。計算出傳輸線的寬度后，我們對饋電功分網(wǎng)絡(luò)進行布局，根據(jù)需要對局部傳輸線的長度進行小范圍調(diào)整。MatenalParametersConductivityj5.98E+O7HMWHCoupledSliiplineConductoriSilvei0.001LossTangeniPhysicalCharactefisticElectricalCharaderjslicsPhysic創(chuàng)LenolhILWidth阿Height(HThicknessTEffectiveDiel.C

7、onsLMidostrp|SiplineiCPW匸阿Gfound1R&undCowial|SlotfineCoupledMSLineip!|18tHDadectric|GaA$DidectricConstant.衣IrnpedancaFiequencyi1.593；QHz*=：ElectricalLengthiIsT1加_zJPheeConsent35B439n：3.511O20778643一圖4TXLine計算微帶線寬度【251089mm十!gl86ImmJ廠imm|10.017下面我們使用ADs電磁仿真軟件對饋電網(wǎng)絡(luò)功分器進行仿真優(yōu)化。利用上節(jié)設(shè)計所得到的初始尺寸，建立如圖4所示的功分器原

8、理圖，利用ADS中OPTIM控件的優(yōu)化功能，經(jīng)過數(shù)次優(yōu)化，最終得到的仿真結(jié)果如圖5所示:OeND_MDSBandlSubsiSutirW=w_50mmM_INTL2Sub&tlVESublMS06ND_MDSIlBend2ySub比倔ublW=w_3Qmmstw_5.JmmL=L別mtnTermTennlZ-50CrmdZU-INTL1W=w_50mmL-35rrimoMSTEPSleplSubst=,MSub1Wlw_35mmV2-w_50mm-CJMLJ啊TL4Subsi=74&ulj1W=w_35mrrtL=L_15mmM.INTL5Sub5t=*MSubtrtW=w_5&mmL=L_$

9、0mmclMTEE_ADSTeelSti井MSubdW1=w_50mmt*V2=w_35mmW3?w_S0mmCZh-MJNTL6Sutost=TtSijb1*VJ=w,0mmL=JImmTLBSubsMSubiW=w_50mmL=2各mmTermTerm2Num=2Z=50dimMSOBND_WDSSend3SutjstWj&VW=w50mmFXINTL3Subsl=IMSubrWw_50mmL=25minkMSOeWD_hDSBendiSubstMSubrW=w50mmTermTemi3NuRIaSZ50Dtlffl圖4功分器ADS原理圖圖5功分器ADS原理圖仿真結(jié)果從圖5(a)中可以看出，dB(s(3,1)和dB(s(2,1)在通帶范圍內(nèi)基本都保持在-3dB,即兩個輸出端口的信號功率都近似為輸入信號的一半，dB(s(1，1)在通帶范圍內(nèi)均在-30dB以下，輸入端匹配良好;圖5(b)為兩輸出端的相位差，從中可以看出，在通帶范圍內(nèi)相位差基本保持在90左右，滿足設(shè)計要求。版圖的仿真是采用矩量法直接對電磁場進行計算，它的仿真結(jié)果要比原理圖更加精確一些，由原理圖生成的版圖如圖6所示:圖6功分器ADS版圖空-世筆aL0s)aseuafreq