1、學(xué)習(xí)總結(jié),1,一、Wilkinson功分器奇偶模分析方法,2,Wilkinson功分器設(shè)計,功分器全稱功率分配器，是一種將一路輸入信號能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的器件，也可反過來將多路信號能量合成一路輸出，此時可也稱為合路器。 Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其輸入線和輸出線的特征阻抗都是0 。對于功率平分的情況，輸入和輸出口間的分支線特性阻抗20，線長為四分之一線上波長，在分支線末端跨接一個電阻R，其值為2 0 。由微波理論可以證明，這種功分器當(dāng)2、3口接匹配負載時，1口的輸入無反射，反過來對2、3口也如此。由端口1輸入的功率被平分到端口2和3，且2、3端口間相互隔離。

2、,端口1,端口2,端口3,3,4,Wilkinson功分器設(shè)計,1、等功分情況 微帶功分器可以進行任意比例的功率分配，下面只考慮等功分（3dB）情況。 我們在輸出端分別用對稱和反對稱源來激勵，這樣可將電路歸結(jié)為兩個簡單電路的疊加，這就是奇偶模分析技術(shù)。,Wilkinson功分器,1端口,2端口,3端口,參考地(后面略去),4,5,Wilkinson功分器設(shè)計,奇-偶模理論 為簡化起見，將所有阻抗對特性阻抗Z0歸一化，1端口以兩個歸一化值為2的電阻并聯(lián)構(gòu)成，2端口和3端口以歸一化值為1的電阻構(gòu)成，隔離電阻用兩個r/2電阻的串聯(lián)表示，這樣該網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于中間平面是對稱的。/4線具有的歸一化特性阻抗為z

3、，隔離電阻具有歸一化值為r；可以證明對等分功分器情況， 和r = 2。,歸一化、對稱形式的Wilkinson功分器,現(xiàn)在對電路定義兩個獨立的激勵模式：偶模Vg2 = Vg3 = 2 0 ，奇偶Vg2 = Vg3 = 2 0 。單獨分別分析，再將這兩種模式疊加，其有效激勵為Vg2 = 4 0 ，Vg3 = 0，由此可獲得此網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)。下面我們分別討論這兩種模式。,5,6,Wilkinson功分器設(shè)計,（1）偶模分析 對偶模激勵，Vg2 = Vg3 =2 0 ，所以V2 = V3，沒有電流流過r/2電阻或端口1兩根傳輸線入口連接處。因此，可以將網(wǎng)絡(luò)進行對分，對分面具有開路終端，可以得出下面的偶模

4、激勵電路。這時，從2端口看進去，如同一個/4變換器。因此視入阻抗為：Zin = Z2 / 2 如果 ，視入阻抗為1，端口2是匹配的，全部功率將傳到接在端口1的負載上，S22=0。為了求S參量S12，需要電壓V1與V2的關(guān)系，它可由傳輸線方程求得。如讓端口1處x = 0，端口2處x = -/4，則線上電壓可寫為 在端口2處看向歸一化值為2 的傳輸線的反射系數(shù)為 則,x,()= + ( + , 2 =( 4 )= + (1)= 0,6,7,Wilkinson功分器設(shè)計,（2）奇模分析 奇模激勵時，Vg2 = Vg3 = 2 0 ，所以V2 = V3，在電路的中間是電壓零點。因此，可以將網(wǎng)絡(luò)進行對分

5、，對分面具有短路終端。V1 =0。向端口2看去的阻抗為r/2，若r/2=1,即r=2，則匹配2匹配，S22=0 ,V2 = 0 。由于/4傳輸線在端口1處短路，所以看上去在端口2為開路點，沒有功率送到端口1，S12=0。由對稱性有S33=0，S13=0。,(3) 奇偶模相疊加 這樣，總結(jié)一下，我們已導(dǎo)出下列S參量： S22 = S33 = 0（因兩種模式激勵時，端口2和3都是匹配的）； S12 = S21 = = j/2（因互易網(wǎng)絡(luò)的對稱性）； S13 = S31 = j/2 （因互易網(wǎng)絡(luò)的對稱性）； S23 = S32 = 0（因?qū)ΨQ等分面上為短路或開路）。 結(jié)果意味著：端口2和端口3是匹配

6、的、等功分特性、端口2和3之間是隔離的。, 1 + 1 2 + 2 ,7,8,Wilkinson功分器設(shè)計,設(shè)計一個頻率為f0、用于50系統(tǒng)阻抗的等分微帶功分器，并且繪出回波損耗S11、插入損耗（S21 = S31）和隔離度（S23 = S32）與頻率的關(guān)系曲線。 解：由上述的推導(dǎo)可知，功分器中的/4傳輸線應(yīng)具有的特性阻抗為 并聯(lián)電阻為 R = 2Z0 = 100 在頻率f0傳輸線長為/4。采用計算機輔設(shè)計程序，可算出S參量幅度隨頻率的變化。 圖5-40 等分微帶功分器的頻響,8,二、基于HFSS的環(huán)形定向耦合器設(shè)計,9,環(huán)形定向耦合器,環(huán)形定向耦合器是由周長為3/2個導(dǎo)波波長的閉合圓環(huán)和4根

7、輸入/輸出傳輸線相連接而構(gòu)成的，與圓環(huán)相連接的4根傳輸線的特征阻抗為Z0，圓環(huán)的特征阻抗為2Z0，端口1到端口2、端口1到端口4、端口3到端口4之間的長度為1/4個導(dǎo)波波長，端口2到端口3之間的長度為3/4個導(dǎo)波波長。當(dāng)射頻信號由端口1輸入，端口2、端口3和端口4都接匹配負載時，輸入信號功率可以等分成兩部分，分別由端口2和端口4輸出，端口3無信號輸出，端口1和端口3彼此隔離。,10,環(huán)形定向耦合器,環(huán)形定向耦合器的散射矩陣可以表示為 S = 2,0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0,11,環(huán)形定向耦合器,使用HFSS軟件設(shè)計了一個環(huán)形定向耦合器，此環(huán)形耦合器使用帶狀線

8、結(jié)構(gòu)。耦合器的工作頻率為4GHz，帶狀線介質(zhì)層厚度為2.286mm，介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)和損耗正切分別為2.33和0.000429；帶狀線的金屬層位于介質(zhì)層的中央；端口負載皆為50。環(huán)形耦合器的HFSS模型如圖所示。,12,環(huán)形定向耦合器,在4GHz的頻率下，帶狀線的導(dǎo)波波長=49.13mm，特征阻抗Z0=50時對應(yīng)的帶狀線寬度W50=1.78mm，特征阻抗2Z0=70.7時對應(yīng)的帶狀線寬度W70=0.98mm。 因為圓環(huán)的周長是波長的1.5倍，所以圓環(huán)的半徑 =1.5 /2=11.74mm。因為圓環(huán)的寬度W70=0.98mm，則圓環(huán)的內(nèi)徑 = -W70/2=11.24mm，圓環(huán)外徑 = +W70/2=12.22mm。與圓環(huán)相連接的4根帶狀線的長度是1/4個導(dǎo)波波長，及12.28mm。,13,環(huán)形定向耦合器,HFSS設(shè)計步驟 1求解類型：終端驅(qū)動求解 2建模操作 模型原型：正多邊體、矩形面、圓面 模型操作：復(fù)制、合并、