T型功分器的设计与仿真

1、T型功分器的设计与仿真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号。分路端口一分路端口二图1威尔金森功分器但是这种经典威尔金森等功率

2、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所示分路端I1-合路端口C2|分路端口二图2改进型威尔金森功分器可以看到，

3、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ZO/,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Cl、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.207072,即zo/t2。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

4、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50Q，而传输线B的特征阻抗为ZO迈=350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1/4九（九为中心频率所对应的介质波长）。设计的功率分配器gg如图3所示，传输线段B的长度

5、约为1/4九，起阻抗变换的作用。传输线段gCl、C2的3、4分段长度相等，而Cl的1、2分段长度之和为1/4九，这样就g使得Cl比C2长1/4九，同时，传输线弯角处采用45。形式，以减小拐角处不g连续所引起的反射和幅射。La”分路端门：图3威尔金森功分器设计图采用介电常数为4.4,厚度为lrn们n的FR4板材来制作功分器。我们利用TXLine软件来计算各段传输线线的宽度。TXLine是一款专门用于计算传输线参数的软件，简单实用。运行界面如图4所示，选择微带线模式(MicrostriP)，中心频率为1.593GHz、介电常数4.4、介质基片厚度1mm、阻抗值先后输入50和35、铜箔厚度0.017

6、mm等参数，就可以计算出微带线的初始宽度。经过计算，特性阻抗为350和500微带线的初始宽度分别为:3.3mm和1.9rnrn。计算出传输线的宽度后，我们对馈电功分网络进行布局，根据需要对局部传输线的长度进行小范围调整。MatenalParametersConductivityj5.98E+O7HMWHCoupledSliiplineConductoriSilvei0.001LossTangeniPhysicalCharactefisticElectricalCharaderjslicsPhysic创LenolhILWidth阿Height(HThicknessTEffectiveDiel.C

7、onsLMidostrp|SiplineiCPW匸阿Gfound1R&undCowial|SlotfineCoupledMSLineip!|18tHDadectric|GaA$DidectricConstant.衣IrnpedancaFiequencyi1.593；QHz*=：ElectricalLengthiIsT1加_zJPheeConsent35B439n：3.511O20778643一图4TXLine计算微带线宽度【251089mm十!gl86ImmJ厂imm|10.017下面我们使用ADs电磁仿真软件对馈电网络功分器进行仿真优化。利用上节设计所得到的初始尺寸，建立如图4所示的功分器原

8、理图，利用ADS中OPTIM控件的优化功能，经过数次优化，最终得到的仿真结果如图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图4功分器ADS原理图图5功分器ADS原理图仿真结果从图5(a)中可以看出，dB(s(3,1)和dB(s(2,1)在通带范围内基本都保持在-3dB,即两个输出端口的信号功率都近似为输入信号的一半，dB(s(1，1)在通带范围内均在-30dB以下，输入端匹配良好;图5(b)为两输出端的相位差，从中可以看出，在通带范围内相位差基本保持在90左右，满足设计要求。版图的仿真是采用矩量法直接对电磁场进行计算，它的仿真结果要比原理图更加精确一些，由原理图生成的版图如图6所示:图6功分器ADS版图空-世笔aL0s)aseuafreq