双频功分器设计
功分器的设计制作与调试
功分器的设计制作与调试一、设计制作功分器的原理功分器,也称为功率分配器,是一种用来分配输入功率到多个输出端口的无源器件。
在无源器件中,当我们需要将输入功率按照一定比例分配到多个输出端口时,功分器就可以起到很好的作用。
标准的功分器是一个三端口元件,包括一个输入端口和两个输出端口。
功分器的输入功率将被均匀地分配到两个输出端口上,且输出端口之间相互隔离,不会有能量交流。
设计制作功分器的步骤如下:1.确定功分器的工作频率范围:功分器的设计需要根据具体的应用需求来确定工作频率范围。
功分器的频率范围可以从几百兆赫兹到几十吉赫兹不等。
2.选择功分器的阻抗:功分器的阻抗需要与输入输出系统的阻抗相匹配,通常选用50欧姆。
3.设计功分器的结构:功分器的结构大致可以分为两种,一是二分支结构,二是平衡树状结构。
a.二分支结构是指将输入驻波器通过阻抗转换,分为两个并行的输出通路,使得输入功率均匀地分配到两个输出端口。
b.平衡树状结构则是通过铁氧体等元件来实现功分,具有更高的功分精度和更宽的工作频率范围。
4.确定工艺流程:根据功分器的结构和应用需求,确定制作工艺,如集成电路制作技术或者微带线技术等。
5.制作功分器:根据确定的工艺流程,进行制作。
制作功分器的材料通常采用高频电路工艺中的常见材料,如铝、金、铜等。
6.调试功分器:将制作好的功分器与测试仪器连接,通过测试仪器测量功分器的性能指标,如功分精度、输入输出阻抗等。
调试功分器的步骤如下:1.通过测试仪器测量功分器的插入损耗:将功分器的输入和输出端口连接到测试仪器上,通过测试仪器测量功分器的插入损耗,即输入功率与输出功率之间的损耗。
2.测量功分器的测量精度:通过测试仪器测量功分器的功分精度,即两个输出端口之间的功分误差。
3.测量功分器的输入输出阻抗:通过测试仪器测量功分器的输入输出阻抗,保证功分器的阻抗与输入输出系统的阻抗相匹配。
4.优化功分器的性能:根据测试结果,对功分器的结构和参数进行优化,以提高功分器的性能指标。
双频带 Wilkinson 功分器的仿真设计
题目双频带Wilkinson功分器的仿真设计学生姓名张鹏飞学号 1213014143所在学院陕西理工学院专业班级电子信息工程1205 指导教师贾建科完成地点博远楼实验室2016 年 5 月 29 日双频带Wilkinson功分器的仿真设计张鹏飞(陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业 12级5班陕西汉中 723000)指导教师:贾建科【摘要】本文主要研究的是等分的双频Wilkinson功率分配器的设计及其仿真,设计的双频Wilkinson功分器的工作频率在1.5GHz和3.0GHz,要求插入损耗小于3.8dB,隔离度大于20dB。
使用了奇偶模分析方法,降低了两个支路的耦合,提高了设计精度和电路性能,并且采用了双节传输线实现阻抗变换,有效的增加了工作带宽。
利用了ADS2011仿真软件进行设计和仿真,刚开始使用的原理图微带线尺寸是根据理想模型图参数计算的,仿真的结果不能满足设计要求,因此进一步对电路原理图进行了优化,后来针对版图的生成又对电路微带的长度进行了调整。
从优化后电路原理图仿真的曲线图可以看到,隔离度大于20dB,插入损耗小于3.8dB,工作带宽为200MHz,因此本次设计完全达到了设计标准。
关键词:双频Wilkinson功分器、ADS2011、奇偶模、仿真Simulation design of dual band Wilkinson power dividerZhangpengfei(Grade 12,Class 5,Major of Electronic and Information Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering,Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor: Jia JiankeAbstract: The main research of this report is the design and Simulation of dual band Wilkinson power divider. The operating frequency of this dual band Wilkinson power divider is 1.5GHz and 3.0GHz,which requires the insertion loss less than 3.8dB and the isolation is more than 20dB.Analysis method of odd-even model is used in this design,in order to reduce the coupling of two branches,improving the accuracy of the design and performance of the circuit, and a double transmission line is used to realize the impedance converter, effectively increasing the bandwidth. The ADS2011 simulation software is used for the design and simulation. Using the principle diagram of the microstrip line size is calculated according to the ideal model parameters ,in the beginning. The simulation results can not meet the design requirements. Therefore, the circuit principle diagram is optimized further. The length of the microstrip circuit is adjusted for the formation of landscapelater later. From the result of optimized simulation ,the isolation is greater than 20dB, the insertion loss is less than 3.8dB, the operating bandwidth is 200MHz. So, this design has reached the design indicators.Key words:Dual frequency Wilkinson power divider, ADS2011, even and odd mode, simulation目录1.引言 (1)1.1 研究的背景 (1)1.2 研究的意义 (1)2.威尔金森功分器的基本理论和工作原理 (2)2.1 传统的Wilkinson功分器 (2)2.2 Wilkinson功分器的工作原理 (2)3.威尔金森功分器的设计实例及过程 (3)3.1功分器的设计指标要求 (3)3.2 Wilkinson功分器的设计思路 (4)3.3奇偶模分析 (4)3.3.1奇模分析,根据电路的对称性 (4)3.3.2偶模分析 (5)3.4双频分析 (7)3.5 原理图的仿真与优化 (7)3.5.1 理想模型的建立 (7)3.5.4 版图的生成 (17)3.5.5 版图的仿真 (18)3.5.5 联合仿真 (20)4.宽带的双频Wilkinson功分器的研究 (22)4.1偶模的分析 (23)4.2奇模分析 (25)4.3理想模型图的建立 (26)4.3.1 理想模型图参数的确定 (26)4.3.2 理想模型图设计 (26)4.3.3 理想模型图的仿真结果 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录A 外文文献 (30)附录B 外文文献翻译 (42)1.引言在电子学理论中,电流流过导体的时候,在导体的周围会形成磁场,如过电流是交变的电流,则导体周围就会形成交变的电磁场,我们把它称为电磁波。
一种新型双频Wilkinson功分器的设计
d a —b d p w rd vd r sma e fr e f a in ul n o a e iie d r c t .Me u e s t s o a e t n mi in c ef in e i o vi i o s a rd r u s h w t t h a s s o o f ce t t el h t r s i t a h t o c n rl r q e ce sls a 3 d w e t e u n isi e s t n 3. B,r tr s rae a 1 d d p r i lt n ge tr a 8 d af h e n l s ge trt n 2 B a t s a o rae n 2 B u o h n o o i h t
De i n o v lDu lb n i i s n Po r Di i e sg f a No e a - a d W l n o we v d r k
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( eat n o l t ncSi c n eh o g , uzogU i rt o D pr t f e r i c neadT cnl yH ahn nv sy f me E c o e o e i
文献 [ ] 4通过 在 输 出端 口增 加 电容 和 电感 实 现 了相 位 匹配 , 但是分 立元 件 的值均 固定 且精 度较 低 , 以 难 满 足实 际设计 的 要求 。文 献 [] 过 在 功 分器 输 入 5通 端增 加开 路传 输 线较 好 地 实 现 了输 出端 口隔离 , 但 是 尺寸 较大 ( 路 传 输 线 长度 为 12波 长 ) 限制 了 开 / , 应用 。文 献 [] 进 了文献 [ ] 出 的设 计 , 整 了 6改 5提 调
双频威尔金森功分器[发明专利]
(10)申请公布号 CN 102013544 A(43)申请公布日 2011.04.13C N 102013544 A*CN102013544A*(21)申请号 201010213812.6(22)申请日 2010.06.30H01P 5/16(2006.01)(71)申请人上海杰盛无线通讯设备有限公司地址200444 上海市宝山区宝山城市工业园区园泰路399号(72)发明人王鲁培 焦晨秋 韩志光 张记谆(74)专利代理机构上海东亚专利商标代理有限公司 31208代理人罗习群(54)发明名称双频威尔金森功分器(57)摘要本发明公开了一种双频威尔金森功分器,采用两节传输线实现阻抗变换,两节传输线的特征阻抗分别为Z1、Z2;两个输出端口之间有隔离电阻R ,在两个输出端口分别并联一段开路微带线,其特征阻抗为Z3。
本发明在输出端口分别并联一段开路微带线的方法提高了隔离度,利用开路微带线精确实现所需电抗。
本发明的优点是体积小巧;双频工作;利用开路微带线精确实现所需电抗,运用奇-偶模分析和双频分析推导出了该双频功分器的解析设计公式,因此设计精确;在任意的两个或者多个频段同时工作的功分器件,不仅有效减小电路体积,并且降低插损、改善噪声特性。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1.一种双频威尔金森功分器,其特征在于:采用两节传输线实现阻抗变换,两节传输线的特征阻抗分别为Z1、Z2;两个输出端口之间有隔离电阻R,在两个输出端口分别并联一段开路微带线,其特征阻抗为Z3。
双频威尔金森功分器技术领域[0001] 本发明涉及一种微波通讯中的功分器,特别涉及一种双频威尔金森功分器。
背景技术[0002] 在全球移动通信系统(Global system formobilecommunications,GSM)、全球定位系统(Globalposi-tioning system,GPS)等现代通信系统中,为了充分利用频谱资源和提高信号传输速率,双频以及多频通信电路的应用日益普遍。
一种新型的双频功分器设计张国安缪细洋
一种新型的双频功分器设计张国安缪细洋作者:刘云来源:《中国新通信》 2018年第18期【摘要】本文提出了一种双线结构的双频K 变换器,并基于此K 变换器给出了双频Wilkinson 功分器的结构和设计方法。
该功分器结构简单,工作频率比可控,尺寸较小。
因为该K 变换器结构能够产生传输零点,因而双频功分器具有一定滤波性能。
为了验证方案的正确性,本文设计加工了一款频率为2GHz/4.4GHz 的双频 Wilkinson 功分器,实测结果和仿真结果非常吻合。
【关键词】双线结构双频 Wilkinson 功分器一、引言近年来,无线通信技术迅猛发展,各种新的移动通讯标准相继出现,需要射频系统同时支持多个频段的工作。
为了降低射频系统的复杂性,同时满足现代通讯系统的高性能和小型化的要求,需要设计各种能工作于多个频带的微波器件。
双频功分器作为双频射频系统的重要元件,在多种通信电路和系统中得到广泛的应用,而设计结构简单、性能优良的双频功分器吸引了大量学者的研究兴趣。
本文设计了一种基于双线型K 变换器的双频功分器,其结构简单,频段隔离度高,且具有一定的带通滤波特性。
二、双线结构的K 变换器的电路与设计方法为了实现双频K 变换器,可使用如图1(a) 所示的并联结构。
该结构具备K 变换器的对称型,且拥有了Z1、Z2、θ1和θ2 四个设计自由度,通过合理选择这些参数,该结构能够在两个频点实现K 变换。
考虑到图1(a) 的并联双线结构在f1 和f2 等效于图(b) 的K 变换器,且K 值为ZT,该网络在两个频点的导纳矩阵为:对于图1(a)中具有对称特点的二端口网络,我们使用用奇偶模分析法来推导其导纳矩阵。
图1(c)和图1(d)为图1(a)的奇偶模等效电路,其输入导纳分别为下式:根据(7),我们可以计算并且画出如图2 所示的并联双线的特性阻抗值Z1、Z2 相对于频率比的变化曲线,而且我们发现, 如果θ2=2θ1=2θ,则并联双线型变换器适用的频率比范围在1.8-1.9 和2.1-2.3 之间,此时双线的特性阻抗都在25-150Ω 之间,可以用微带传输线形式实现。
采用遗传算法的双频Wilkinson功分器的优化设计
摘 要 :采 用 遗 传 算 法 对 双 频 等 分 Wi isn功 率分 配器 进 行 优 化 设 计 . 频 等 分 W i isn功 率 分 配 器 lno k 双 l no k 由 两 节 阻抗 变换 器 和 两个 隔 离 电 阻 组 成. 于 理 想 传 输 线 模 型 , 用 偶 模 / 模 分 析 便 可 得 到 功 率 分 配 基 采 奇 器 的参 数 设 计 方 程 . 此 基 础 上 , 用 遗 传 算 法 进 行 优 化 设 计 , 入 了最 优保 持 操 作 、 在 采 加 变概 率 的交 叉和 变 异操 作 , 决 了遗传 算 法 的 早 熟 收 敛 问 题. 用 射 频仿 真 软 件 AD 解 使 S对优 化 后 的双 频 等分 W i is n功 率 l no k 分 配器 进 行 仿 真分 析 , 果 表 明 : 两个 给 定 的 频 率上 , 有 端 口有 着 良好 的 匹 配 , 离 度 大 于4 B 经 结 在 所 隔 0 . d 优 化 设 计 后 的功 率 分 配 器 在 两个 频率 上 都 具 有 良好 的性 能. 关 键 词 :双 频 Wi isn功 率 分 配器 ; 传 算 法 ; 化 设 计 lno k 遗 优
基于SS-CML的双频Wilkinson功分器研究
d r e n t e  ̄ q e c ai a g r t e p we ii e s ic s e .F n l , u l a d e vd a d h i e u n y r t r n e f h o r d vd r i o o d s u s d i al a d a — n y b W i i s n p we i ie o e ai g t .4 GHz n 2 7 l n o o r d vd r p r t a 1 3 k n a d .5 GHz s e i n d, a r ae a d i d sg e f b c t d n i
2 D p r n f noma o n l t ncE gne n ,h a gU iesy H n zo 1 0 7,hn ) . eat t fr t na dEe r i n ier gZ  ̄i nvr t, a gh u3 0 2 C ia me o I i co i n i
器, 测试 与仿 真结 果吻合 良好 。该 功分 器可 适 用于工作 频 率比较 小的 情况 。
关键 词 : 合微 带线 ; 频 ; 耦 双 奇偶模 分析 ; 分器 功
中图分 类号 :N 2 T 66 文章 编号 :0 5 9 3 ( 0 1 0 — 5 4 0 10 — 80 2 1 )4 0 3 — 5
t e e u v l n ha e a d t e e u v l n h r ce si mp d nc fte S - h q i ae tp s n h q i ae tc a a tr t i e a e o h S・ i c CML n twi n e e - ui t a v n- h o d mo e a ay i t o t e rg r u q a in o u lb n i ns n p we i i e e in a e d d n l ss me h d,h io o s e u t s fr d a — a d W l o ki o o rd v d r d sg r
双频段Gysel功分器设计
双频段 Gy生1,赖 署 晨1,崔 永 良2
(1.佳木斯大学 理学院,黑龙江 佳木斯 154007;2.佳木斯十九中学,黑龙江 佳木斯 154007)
摘 要:伴随着无线通讯技术的飞速发展,传统的 wilkinson功分器 在 带 宽、小 型 化 以 及 双 频 段 等 方 面 已 不 能 满 足 一 些系统的设计要求.通过理论 计 算 分 析 双 频 段 微 带 线 理 论 和 工 作 方 式,以 及 Gysel的 工 作 原 理,在 此 基 础 上 结 合 Gysel功分器以及 双 频 段 微 带 结 构,设 计 出 一 种 新 型 双 频 段 Gysel功 分 器. 该 双 频 段 Gysel功 分 器 主 要 工 作 在 1������8GHz和5������8GHz两个频段.ADS仿真结果表明,该 Gysel功 分 器 在 上 述 两 个 频 段 内 的 插 损 均 小 于 3������45dB,回 波损耗小于-10dB,隔离度 大 于 等 于 10dB,在 中 心 频 率 为 1������8 GHz频 段 中,3dB 带 宽 为 120 MHz,而 在 高 频 段 5������8GHz中心频段中,3dB 带宽为100 MHz. 关 键 词 :双 频 段 ;Gysel功 分 器 ;插 损 ;回 波 损 耗 中图分类号:O157������5 文献标识码:A 文章编号:1671G4679(2019)01G0047G03
Abstract:Withtherapid developmentof wirelesscommunicationtechnology,thetraditional wilkinson power divider can not meet the design requirements of some systems in terms of bandwidth, miniaturizationanddualfrequencybandapplications.Thispaper,firstly,analyzsthetheoryandpriniciple ofdualGband microstriplineandthenanalyzestheoreticallytheprincipleofGyselpowerdivider.A new dualGbandGyseldividerisdesignedbasedon GyselsplitteranddualGband microstripstructure.ThedualG bandGyselpowerdivideroperatesprimarilyinthe1������8 GHzand 5������8 GHzcenterbands.The ADS simulationresultsshowthattheinsertionlossoftheGyselpowerdividerintheabovetwofrequencybands islessthan3������45dB,thereturnlossislessthan -10dB,theisolationisgreaterthanorequalto10dB, andthe3dBbandwidthis120 MHzinthecenterfrequencyof1������8GHzandthehighGband5������8GHzcenter band,the3dBbandwidthis100 MHz. Keywords:dualGband;Gyselpowerdivider;insertionloss;returnloss
双频段Gysel功分器设计
双频段Gysel功分器设计张漫;吴云飞;韩海生;赖署晨;崔永良【摘要】伴随着无线通讯技术的飞速发展,传统的wilkinson功分器在带宽、小型化以及双频段等方面已不能满足一些系统的设计要求.通过理论计算分析双频段微带线理论和工作方式,以及Gysel的工作原理,在此基础上结合Gysel功分器以及双频段微带结构,设计出一种新型双频段Gysel功分器.该双频段Gysel功分器主要工作在1.8 GHz和5.8 GHz两个频段.ADS仿真结果表明,该Gysel功分器在上述两个频段内的插损均小于3.45 dB,回波损耗小于-10 dB,隔离度大于等于10 dB,在中心频率为1.8 G Hz频段中,3 dB带宽为120 M Hz,而在高频段5.8 GHz中心频段中,3 dB带宽为100 MHz.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】4页(P47-49,55)【关键词】双频段;Gysel功分器;插损;回波损耗【作者】张漫;吴云飞;韩海生;赖署晨;崔永良【作者单位】佳木斯大学理学院 ,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院 ,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院 ,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院 ,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯十九中学 ,黑龙江佳木斯 154007【正文语种】中文【中图分类】O157.5随着无线通信的持续发展,需要更加紧凑的、更宽的带宽,满足多频段同时工作的功分器器件。
Wilkinson功分器[1]具有低插损、高隔离以及所有端口匹配的特性,适用于双频段[2-4]以及超宽带[5]领域。
一个显著的特征是Wilkinson功分器都具有一个未连接到地的内部隔离电阻。
为了实现输出端口之间的高隔离度,这些隔离电阻应该满足零相位延迟。
而且Wilkinson功分器目前对耗散在隔离电阻上的热耗处理也不是很好,这些缺点严重限制了Wilkinson功分器在大功率条件下的应用[1-5]。
在射频识别中双频功分器的设计
在射频识别中双频功分器的设计
陈彦斌;王小玲;朱守正
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2007(0)S2
【摘要】小型低功耗器件在射频应用中是一个研究热点,威尔金森功分器恰巧满足小型化和低功耗的要求。
射频识别技术是目前一个新兴的技术,有多种标准。
目前
用于不停车计费系统的频段主要是2.4GHz和5.8GHz。
传统的威尔金森功分器一般工作在给定频率上以及给定频率的奇次谐波上,对于偶次谐波则不能很好地工作。
设计了一种小型低功耗的双频威尔金森功分器模块以满足这个需求。
该功分器用基于矩量法的ADS2004设计,并用基于有限元法的HFSS进行检验。
【总页数】3页(P192-194)
【关键词】双频;威尔金森;功分器;射频识别
【作者】陈彦斌;王小玲;朱守正
【作者单位】华东师范大学电子系
【正文语种】中文
【中图分类】TN626
【相关文献】
1.射频识别中双频功分器的设计探析 [J], 刘志霞
2.ETC 系统中功分比可变的双频正交功分器 [J], 李红涛;魏晓东;胡斌杰;张洪林;曾
伟森
3.双频段Gysel功分器设计 [J], 张漫;吴云飞;韩海生;赖署晨;崔永良
4.一种新型的双频功分器设计 [J], 张国安;缪细洋;刘云
5.基于宽频比的双频Wilkinson功分器小型化设计 [J], 李博博; 王梓丞; 郭庆功因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于宽频比的双频Wilkinson功分器小型化设计
基于宽频比的双频Wilkinson功分器小型化设计李博博; 王梓丞; 郭庆功【期刊名称】《《通信技术》》【年(卷),期】2019(052)003【总页数】6页(P734-739)【关键词】双频; Wilkinson功分器; 小型化; 宽频比【作者】李博博; 王梓丞; 郭庆功【作者单位】四川大学电子信息学院四川成都 610065; 中国洛阳电子装备试验中心河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】TN6260 引言随着通信系统的快速发展,多频通信逐渐成为主流。
功分器作为关键器件之一,广泛应用于通信系统。
对于传统Wilkinson功分器而言,只能工作在某一频率及该频率的奇次谐波上,不能满足通信系统工作在任意双频的需求。
通常,采用超宽带设计来实现任意双频工作[1],但是需要增加节数,导致尺寸变大,与当前小型化的设计趋势相悖。
因此,设计小型化的可在任意两个或多个频段工作的功分器,具有重要的实用价值。
近年来,双频功分器的设计通常采用如下三种方法:阻抗变换法[2-5]、加载集总元件法[6]和耦合线法[7-8]。
其中,文献[3]在隔离电阻处引入并联的开路微带线实现小型化的双频功分器,且具有2.0~5.0的宽频比。
由于引入的开路微带线与功分器传输线部分平行紧邻,造成了耦合影响,导致频率发生了偏移。
文献[6]采用输出端口阻抗变换和引入RLC集总电路的思路,实现了双频功分器的输出端口分离。
由于它采用了电容、电感等有寄生效应的集总元件,导致其高频性能下降。
文献[7]设计了基于耦合线和隔离枝节的宽频比双频功分器,通过在输出端口外额外引入一对隔离枝节,实现了2.26~10.2的宽频比,但是2.26~2.74频率比时的耦合线间距仅0.01~1 mm,难以插入隔离电阻,且电路面积比传统Wilkinson功分器扩大1倍。
本文采用一种基于耦合线的新型结构,通过三端口阻抗变换法,设计了1.0~6.0宽频比的任意频率功分器。
宽频比双频耦合线Wilkinson功分器的设计方法
宽频比双频耦合线Wilkinson功分器的设计方法杨彦炯;李爱勤;栗曦;杨林;龚书喜【摘要】Design of a coupled line with a pair of isolation stubs is presented. Dual-band operation in the Wilkinson power divider can be achieved and also, the overall structure of the power divider can be simplified. Compared with the power divider directly connected by an isolation resistor, the one consisting of isolation stubs reduces the parasitic effects between transmission lines. A 1.0 GHz, 2. 5 GHz dual-band Wilkinson power divider is designed and processed. It is proved that simulation results agree with the experimental ones and the power divider works well.%为了实现Wilkinson功分器的宽频比双频工作特性,并简化功分器的总体结构,提出了采用耦合线和隔离枝节相结合的设计方法.和隔离电阻直接与端口连接的功分器形式相比,由隔离枝节构成的功分器结构减小了传输线间的寄生影响.设计并加工了工作在1.0 GHz和2.5 GHz频段的双频Wilkinson功分器.实验与仿真结果吻合.设计的功分器性能良好.【期刊名称】《西安电子科技大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(038)006【总页数】3页(P52-54)【关键词】帘频比;双频;Wilkinson功分器;耦合线【作者】杨彦炯;李爱勤;栗曦;杨林;龚书喜【作者单位】西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安710071;信息工程大学理学院,河南郑州450002;西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN811+.4在无线通信系统中经常用到功率合成器或分配器,尤其是在相控阵天线、矢量调节器和混频器的应用当中.近年来,双频段Wilkinson功分器的设计取得了许多成就,包括结合平行RLC电路[1-3]、利用新颖枝节来作结构调整[4]和端口延伸[5].但所有这些只能在一个小的频带比上实现,而且,随着工作频率的增大,功分器介质传输线间距越来越小,使得传输线间的寄生影响增大.笔者提出一种宽频比双频段等功率分配电路的实现方法,其主要优点为:(1)电路中引入耦合线,使之能在宽频比上获得双频工作特性;(2)用少量传输线段的方案使功分器整体结构得到极大简化;(3)电路中除了一个电阻外不需要额外的集总元件;(4)引入由隔离枝节构成的结构,减小了传输线间的寄生影响.1 理论和设计公式图1给出了笔者所设计的双频功分器原理图.它由一段耦合线和一对隔离枝节组成.与文献[4-5]中设计的双频功分器五级甚至更多传输线相比,该功分器仅需一段传输线.功分器的奇模和偶模电路如图2所示.为了使所有端口匹配,需要满足:其中,角标e代表偶模电路,o代表奇模.1.1 偶模分析图1 双频Wilkinson功分器的原理图从图2(a)可以看出,偶模电路由一段耦合线和一个枝节组成.根据偶模电路的散射分析,偶模反射系数为1.2 奇模分析图2(b)为奇模电路,其散射分析方法与偶模方法相同,奇模反射系数为图2 功分器的奇偶模电路图求解奇偶模散射系数等式得到解析解,其结果是以线长θ为参数来表示的,即式(8)~(10)是±tanθ的函数.当频率f1<f2时,tanθ和-tanθ分别对应频率f1和f2.低频解可用下式求解:图3 功分器耦合线的耦合系数C1与频率比关系图4 线性阻抗与频率比关系由图3和图4表明,功分器耦合线的耦合系数和枝节的归一化线性阻抗是以频率比f2/f1为函数计算得来的.仿真与测试结果与文献[4-6]中的结果相比可知,笔者所设计的功分器能在2.26~10.20这样一个非常宽的频率比范围内工作,耦合线耦合系数C1<-6 dB,枝节归一化阻抗值在0.6~2.4之间.2 实验与测试采用上述设计方法,加工工作频率为f1=1.0GHz和f2=2.5 GHz的双频Wilkinson功分器,将其印制在厚度为1mm、相对介电常数为2.65的双面敷铜介质基板上.首先计算设计参数,由式(11)得到,在低频f1时,θ=51.4°.由式(8) ~(10)得到,归一化线性阻抗值分别为Z1e=1.50,Z1o=0.85和Z2=1.33.图5 功分器实物图图6 设计双频功分器的频率响应图5 给出功分器实物照片,其尺寸为135 mm×38 mm.S参数由R&S ZVB20型矢量网络分析仪测试得到,仿真结果由Ansoft HFSS得来,如图6所示为仿真与实测比对曲线,可见功分器在1.0 GHz和2.5 GHz双频段工作的仿真与实测结果吻合良好.由图6中实测曲线可知,频率1.0 GHz和2.5 GHz时的回波损耗分别为-19.43 dB和-14.11 dB,S21分别为-3.01 dB和-3.39 dB,S31分别为-2.92 dB和-2.93 dB,S23分别为-15.44 dB和-12.05 dB.3 结束语提出了一种新型Wilkinson功分器的设计方法.在电路中引入耦合线来获得宽频比双频工作特性.采用该方法设计的功分器具有传输线数量少、结构简单、工作频比宽和寄生影响小的特征.文中给出了应用该设计方法的功分器参数计算公式.实物的测试结果验证了该设计方法的可行性和正确性.参考文献:[1] Cameron R J, Yu M, Wang Y.Direct-coupler Microwave Filters with Single and Dual Stopbands[J].IEEE Trans on Micro Theory Tech, 2005,53(11):3288-3297.[2] Chen K K M, Wong F L.A Novel Approach to the Design and Implementation of Dual-band Compact Planar 90°Branch-line Coupler [J].IEEE Trans on Micro Theory Tech, 2004, 52(11):2458-2463.[3] Wu L, Sun Z G, Yilmaz H, et al.A Dual-frequency Wilkinson Power Divider[J].IEEE Tans on Micro Theory Tech, 2006, 54(1):278-284.[4] Park M J, Lee B.A Dual-band Wilkinson Power Divider[J].IEEEMicrow Wireless Compon Lett, 2008, 18(2):85-87.[5] Park M J, Lee B.Wilkinson Power Divider with Extended Ports for Dual-band Operation[J].Electron Lett, 2008, 44(15):916-917.[6] Horst S,Bairavasubramanian R,Tentzeris M M,et al.Modified Wilkinson Power Dividers for Millimeter-wave Integrated Circuits[J].IEEE Microw Wireless Compon Lett, 2007, 55(11):2439-2446.。
新型双频Wilkinson微带功分器研究
2 实验与测试
本文采用上述设计方法设计并研制了一个工
作频率为 2. 0 GHz和 4. 2 GHz的双频 W ilkinson微
带功分器。根据式 ( 5) 、( 11) 、( 12) 、( 13) 、( 16)和
ZC = Z3 / ( jtanβ1 l3 )
(4)
将式 ( 2) 、( 3) 、( 4)代入式 ( 1 ) , 采用实部与
虚部对应相等的方法整理得到下面两个等式
R = 2Z0
(5)
Z2 ( Z1
- Z1 tan2β1 l + Z2 ) tanβ1
l
=
Z2
tanβ1
Z3
l3
(6)
偶模分析时 ,偶模输入阻抗如图 2 ( b)所示。采
通讯作者 :吴文 (1968 - ) ,男 ,江苏江都人 ,教授 ,博士生导师 ,主要研究方向 :毫米波天线及电路 ,毫米 波探测与制导技术 , E2mail: wuwen@mail. njust. edu. cn。
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南京理工大学学报 (自然科学版 )
第 32卷第 3期
功分器具有重要的理论价值和实用意义 。 文献 [ 1 ]运用双频阻抗变换器的原理设计了
( 10 )
而将式 ( 10 ) 再分别代入式 ( 6 ) 和式 ( 7 ) , 可
以得到双节阻抗变换器的两段传输线和开路微带
线的特性阻抗与其电长度满足以下关系式
Z1 = 2 Z0 tanβ1 l
( 11 )
总第 160期
冷小艳 杨瑾屏 吴 文 新型双频 W ilkinson微带功分器研究
功分器设计报告(1)
功率分配器的设计与仿真学院:物理与电子工程学院专业:通信工程功分器设计实验报告一、实验目的通过设计功分器结构,了解功率分配器电路的原理及设计方法,学习使用软件进行微波电路的设计,优化,仿真。
掌握功率分配器的制作及调试方法。
二设计要求指标通带范围0.9-1.1GHZ。
双端输出,功分比1:1.。
通带内个端口反射系数小于-20dB。
俩个输出端口隔离度小于-20dB。
传输损耗小于3.1dB.三:功分器的基本原理:一分为二功分器是三端口网络结构,如图9-1所示。
信号输入端的功率为P1,而其他两个端口的功率分别为P2和P3。
由能量守恒定律可知:P1=P2+P3。
如果P2(dBm)=P3(dBm),三端口功率间的关系可写成:P2(dBm)=P3(dBm)=(dBm)-3dB。
当然,并不一定要等于P3,只是相等的情况在实际电路中最常用。
因此,功分器可分为等分型(P2=P3)和比例型(P2=kP3)两种类型。
功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、I/O间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。
1)频率范围:这是各种射频/微波电路的工作前提,功分器的设计结构与工作频率密切相关。
必须首先明确功分器的工作频率,才能进行下面的设计。
2)承受功率:在功分器/合成器中,电路元件所能承受的最大功率是核心指标,它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。
一股地,传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线,要根据设计任务来选择用何种传输线。
3〕分配损耗:主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比,Ad有关。
其定义为,式子中:Pin=kPout,例如:两等分功分器的分配损耗是3dB,四等分功分器的分配损耗是6dB。
4)插入损耗:1/0间的插入损耗是由于传输线(如微带线)的介质或导体不理想等因素产生的。
考虑输入端的驻波比所带来的损耗,插入损耗,Ai定义为:Ai=A-Ad。
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Dual Frequency T-Junction Power Divider Laboratory Objective:
Design, optimize, build, and test a 3 dB T-Junction power divider
1. Review the text and design a 3-dB T-junction power divider using microstrip line
(Pozar, 2nd Ed., Section 7.2, pp. 359-362). The power divider should have a center frequency of 2.5 GHz. You will first use HPADS to perform your design.
2. HPADS design.
A. Design your 3dB power splitter as described in Pozar assuming an ideal lossless
line. Design the quarter-wave transformer sections for the output ports,
calculating the impedance and the lengths. (this was done in HW#7)
B. Build your schematic using microstrip lines. Your substrate - specified using
MSUB - is a 30 mil GML 1000 Gil Laminate substrate with relative permittivity of 3.20 and a loss tangent of 0.001. The conductor is copper (75.710× S/m). Use MLIN for the uniform microstrip lines, MSTEP for any abrupt changes in line widths, MBEND for bends, and MTEE for the split. Use Linecalc to determine the width of the 50 ohm microstrip line, and the lengths and widths of microstrip lines. Make sure that the proper widths are used in MTEE for each port connection.
C. Add 1 inch of 50 ohm line to the input and output ports to allow the soldering on
the connectors and accurate measurement. Also, note that there are some physical constraints to the project. First, the circuit must fit on a 3" × 3" board (This
should not present a problem). Secondly, the two output ports will have to be tied to two band pass filters of a WLAN. Thus, you should try to maintain sufficient distance between the two output ports (about 2" is sufficient). To realize this, the QWT's should run orthogonal from the T a sufficient distance and then turn
parallel to the input port through mitered 90 degree bends (note that the mitered bend reduces capactive loading) Both output ports should then exit the same side of the board. An example divider is illustrated above.
D. Save the circuit and simulate the S-parameters with HPADS. Note: this is a
three-port network and has nine S-parameters describing its operation. Decide
which parameters are important for your design and prepare to plot them from 2-3 GHz.
E.Optimize the quarter wave transformers:
Based on the simulation, determine where your design deviates from the optimal.
You can adjust line lengths and possibly widths to optimize your design to 2.5
GHz. Eventually, you will actually be operating the T-splitter at 2.4 and 2.6 GHz.
Thus, it is important that its response is centered at 2.5 GHz, and that the insertion loss is minimal.
F.When you are satisfied with the response of the circuit, double check to see that
the parameters in parts A-E above are met. The next step is to generate a layout.
You can do this by clicking Layout - Generate Layout. Save the layout and email this to the instructor to generate the mask.
Measure your circuit:
1.Fabricate your circuit using the PC Board Etching process from the masks based on
your circuit provided by the instructor.
2.Solder on edge mounted SMA connectors to your circuit board.
3.Calibrate the network analyzer from 2-3 GHz (if necessary).
4.Attach port one of the circuit to the forward channel cable. Attach one of the two
output ports to the reverse channel cable of the Network Analyzer. Note that the third port will have to be terminated into a 50 ohm matched impedance to take the two port S-parameters. Use the 50 ohm SMA load to do this.
5.View the different parameters on the Network analyzer for this port pair. Save the
data to a PC formatted disk.
6.Switch the output port and the matched load and view the S-parameters again. Save
this data to a PC formatted disk as well.
7.Plot your network analyzer results against your HPADS results on the same graph.
8.Draw conclusions: How well matched are all of your ports? Was the power divided
as expected? What losses were observed? Explain the loss mechanisms and other parasitic effects that deteriorate the performance from the ideal?。