用于无线局域网的二等分功分器设计方案

用于无线局域网的二等分功分器设计方案功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(Wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。近年来，功分器的研究已经越来越成熟，也越来越深入在传统Wilkinson功分器的输出端添加短路枝节的方法实现了宽带功分器;文芦状的多节阻抗变换器Wilkinson功分器结构，显着展宽了功分器的工作带宽;一款平面结构的新型双频功分器;直接多路输出Wilkinson功分器的计算公式，进一步完善了该功分器的设计指导。然而，当工作频率升高以后，制作器件的实际尺寸将会缩小，由于隔离电阻的存在，使得两个输出支路的电路布局存在限制，尤其在不等功率分配，两个输出端口存在强烈互耦而恶化功分器的整体性能。设计了改良型的Wilkinson功分器，该功分器工作在无线局域网S频段2.4~2.4835GHz频率范围内，从而增加了其实用价值。利用ADS软件进行了仿真设计，并进行了实物加工和测试。1、功分器设计对于基本的Wilkinson功分器，其输入/输出端口特性阻抗为Z0,两段分支微带线的电长度均为λg4.实现等功分3dB设计的Wilkinson功分器，基本原理与设计公式在[7]中已经做了详细介绍，其电路结构示意图如图1所示。然而传统的Wilkinson功分器在工作于频率较高的情况下，电路尺寸将会缩小，电路布局受到限制，并且两输出端口互耦严重进而影响其性能。为了解决这些问题，本文通过在隔离电阻两侧和两输出支路上引入电长度180°(λ2)微带传输线，将图1所示的功分器结构改进为图2所示。改进型Wilkinson电路结构，通过引入λ2长度的传输线后，大大提高了电路布局的灵活性。由传输线理论可知，中心频率处隔离电路部分的矩阵A为：由矩阵A可知，两输出支路之间的隔离电路部分仍等效为一个串联电阻，两段λ/2长度传输线的引入，不但没有改变电路的性能，而且增加了两输出端口微带线间的距离，从而减小了相互干扰。2、仿真及实验结果根据上述分析和计算，设计了一款用于无线局域网的二等分功分器。中心频率为f0=2.45GHz,频率范围为2.4~2.4835GHz,输入/输出端口阻抗Z0=50Ω，隔离电阻R=100Ω。选用F4B系列微波介质材料板，相对介电常数为&epSILon;r=2.65,损耗角正切tanδ=0.001,厚度h=2mm.利用ADS仿真软件进行大量的仿真优化，得到最佳的电路尺寸和最终的加工实物如图3所示。使用AgilentN5230A矢量网络分析仪对加工的功分器进行了实际测量。图4给出了各端口S参数仿真和实测结果的对比。由图4可知，在无线局域网频带2.4~2.4835GHz内，实测结果表明输入端口(S11<-20dB)匹配良好;功率输出起伏很小，S21起伏0.2dB,中心频率实测S21=-3.87dB,接近理论值-3.05dB;输出端口间的隔离高(S23<-25dB)，带内高频端最佳隔离超过30dB.测试结果与仿真结果具有较好的一致性，实测结果略微向高频偏移，带内插损偏高，这可能由于加工和测量误差造成;带外高频端性能恶化可能由于接头和匹配负载精度不高的原因。3、结语本设计基于传统Wilkinson功分器理论，通过引入λ2微带传输