功分器的设计
功分器设计--基本理论
参考接地线
3端口 图5-36 Wilkinson功分器
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
奇--偶模分析
它归结为两个简单电路之和，在输出端分 别用对称和反对称源来激励并进行分析。
12
为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，凑成对称电路结构， 输出端具有的信号源如图 5-37。该网络相当于中间平面是对称的，归 一化值为 1 的电阻代表匹配源阻抗， 1 端源电阻为两个归一化值 2 的并 联组合，隔离电阻以两个 r/2 的串联组合。 /4 线具有的归一化特性阻 抗为z，并联电阻具有归一化值为 r。下面证明对等分功分器，这些值 应为z 2和r = 2。 现在对图5-37的电路定义两个 独立的激励模式：偶模Vg2 = Vg3 = 1V，奇偶Vg2 = –Vg3 = 1V。然后，将这两种模式相叠 加，其有效激励为Vg2 = 2V， Vg3 = 0，由此，可获得此网络 的S参数。下面我们分别讨论 这两种模式激励的情况。
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
14
（2）奇模 奇模激励时，Vg2 = –Vg3 = 1V，所以V2 = –V3， 在图5-37电路的中间有电压零点。因此，我们可以用一个接 地平面来切开此电路，给出图5-38（b）的网络。向端口2看 去的阻抗为r/2，若r/2=1,则匹配S22=0。由于平行连接传输线 长为/4，而且在端口1处短路，所以看上去在端口2为开路点， 没有功率送到端口1，S12=0。由对称性有S33=0，S13=0。
1
功分器设计
2
波导功分器，即T形分支(E-T、H-T) 微带功分器，即Wilkinson功分器
3
波导T形分支（E-T、H-T）
4
5
6
7
实验2功分器的设计制作与调试
未来发展趋势预测
1 2
高性能需求
随着无线通信技术的不断发展，对功分器等射频 器件的性能要求将不断提高，如更低的插入损耗、 更高的隔离度等。
集成化与小型化
为了满足现代通信设备对体积和重量的要求，功 分器将朝着集成化和小型化的方向发展。
3
多功能融合
未来功分器可能不仅具备功率分配功能，还将融 合其他射频处理功能，如滤波、放大等，实现多 功能一体化。
03 设计制作步骤
设计方案选择
定向耦合器型功分器
采用定向耦合器结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具有 较宽的带宽和良好的幅度、相位平衡性能。
威尔金森功分器
基于四分之一波长变换器和隔离电阻的威尔金森功分器，实现输入 信号的等分分配，具有较高的端口隔离度和回波损耗。
Gysel功分器
采用带状线或微带线结构，实现输入信号的等分或不等分分配，具 有良好的宽带性能和较高的功率容量。
问题2ห้องสมุดไป่ตู้
功分器输出相位偏差较大。
解决方案
检查功分器的传输线长度和布局，确保传输线对称且长 度一致。如有需要，可微调传输线长度以减小相位偏差 。
问题3
功分器插入损耗较大。
解决方案
检查功分器的接口和连接线缆，确保连接紧固且接触良 好。如有需要，可更换低损耗的连接线缆以减小插入损 耗。
05 测试与结果分析
测试方案制定
测试目的
验证功分器的性能参数是否满足 设计要求，包括输入/输出阻抗、 插入损耗、分配损耗、隔离度等。
测试设备
网络分析仪、信号源、负载、同轴 电缆等。
测试步骤
搭建测试系统，连接信号源、功分 器和负载；设置网络分析仪参数， 进行S参数测量；记录并分析测试结 果。
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。
功分器的设计制作与调试
（六） 功分器电路的调试
对照设计的版图检查、测量加工好的电路板上各段微带线 的实际尺寸，并作记录。 将电阻焊到电路板上，并把电路板安装到测试架上。 按下面的测试框图用网络分析仪（型号为Agilent 8714ES） 对功分器的各项指标进行测试（网络分析仪的使用参照仪 器说明书）。功分器有三个端口，当任意两个端口接网络 分析仪时，第三个端口要接匹配负载。
功分器两边的引出线是特性阻抗为50欧姆的微带 线，它的宽度W可由微带线计算工具得到。 填入50 Ohm可以算出微带线的线宽1.52 mm。 填入70.7 Ohm和90 deg可以算出微带线的线宽 0.79 mm和长度42.9 mm(四分之一波长)。
设置微带器件的参数
双击每个微带线设置参数，W、L分别设为相 应的变量或常量，单位mm，注意上下两臂的 对称性。
版图的仿真（续）
为了进行S参数仿真还要在功分器两侧添加两个端 口，做法是点击工具栏上的Port 按钮，弹出port 设置窗口，点击OK关闭该窗口，在滤波器两边要加 端口的地方分别点击加上两个port。 电阻要替换成薄膜电阻 ，在 中选取，否则无法用矩量法进行仿真，注意薄膜电 阻的宽度要和连接的微带线一致，不要忘记在 substrate中的metallization layers中加入薄膜电阻 所在的层。
实验二 功分器的设计 制作与调试
（一） 实验目的
了解功率分配器电路的原理及设计方法。 学习使用ADS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） 实验内容
了解功分器的工作原理。 使用ADS软件设计一个功分器，并对其 参数进行优化、仿真。 根据软件设计的结果绘制电路版图，并 加工成电路板。 对加工好的电路进行调试，使其满足设 计要求。
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器（power divider）是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件，广泛应用于无线通信系统和射频设备中。
功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步，本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。
首先，功分器的设计需要满足一定的性能指标，如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。
根据设计需求选择适当的功分器结构，常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。
下面以微带功分器为例，介绍功分器的设计与仿真过程。
Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构，它由一个输入端口和多个输出端口组成，通过微带线和分支线来实现功率的分配。
设计过程分为以下几个步骤：1.确定设计频率和阻抗：根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。
常见的阻抗有50Ω和75Ω，具体选择根据实际需求决定。
2.计算微带线参数：根据设计频率和阻抗，计算微带线的宽度和介质常数。
可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。
3.确定功分比：根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上，可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。
4.布局设计：根据计算得到的微带线参数和分支线长度，将功分器的布局设计在PCB板上。
5. 仿真验证：使用仿真软件（如ADS、Sonnet、HFSS等）对功分器进行仿真验证。
在仿真过程中，需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。
6.优化调整：根据仿真结果对功分器进行优化调整，如调整微带线的长度、宽度等。
7.PCB制作和测试：完成优化后的功分器设计后，进行PCB制作，并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。
以上就是功分器的设计与仿真过程。
在实际的设计过程中，需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。
同时，合理选择仿真软件和工具也是非常重要的，能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。
总结起来，功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。
准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能，最终得到满足需求的功分器产品。
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器是一种被广泛应用于射频和微波通信系统中的无源分配器件。
它能够将输入功率平均分配到多个输出端口上，同时保持较高的功率分配均匀度和良好的阻抗匹配特性。
功分器的设计与仿真是确保其性能和可靠性的关键步骤。
下面将介绍功分器的设计过程以及在仿真中所需要考虑的内容。
1.功分器设计的基本原理功分器的基本原理是将输入功率平均分配到多个输出端口上。
常见的功分器结构包括两分、三分和四分结构。
其中，两分结构包含一个输入端口和两个输出端口；三分结构包含一个输入端口和三个输出端口；四分结构包含一个输入端口和四个输出端口。
功分器的设计要满足以下几个基本要求：-分配均匀度：要求各输出端口上的功率分配尽可能均衡。
-阻抗匹配：要求输入端口和各输出端口的阻抗匹配，以减小功分器对系统整体的影响。
-衰减损耗：要求功分器的损耗尽可能小，以确保输入功率能够尽量传递给输出端口。
2.功分器设计的流程-确定工作频率：确定功分器所工作的频率范围。
-选择功分器结构：根据应用需求和系统限制选择合适的功分器结构，比如决定是采用两分、三分还是四分结构。
-确定端口阻抗：根据系统要求和端口特性，确定功分器的输入端口和输出端口的特性阻抗。
-计算功分器的设计参数：通过理论计算和仿真工具，计算出功分器的长度和宽度等关键参数。
-优化和调整参数：根据仿真结果，优化和调整功分器的设计参数，以满足系统要求。
-确定材料和工艺：根据功分器的设计参数和要求，选择合适的材料和工艺。
-制备并测试样品：根据设计要求制备功分器样品，并进行实验测试，优化设计。
3.功分器的仿真内容功分器的仿真是设计过程中十分重要的一步，可以通过仿真工具来验证设计效果和参数。
在功分器的仿真中，需要考虑以下内容：-功分器的S参数：通过仿真计算和分析功分器的S参数，包括S11、S21等参数，以评估功分器的性能和阻抗匹配特性。
-功分器的功率分配均匀度：通过仿真计算和分析各输出端口上的功率分配均匀度，以评估功分器的性能。
不等分威尔金森功分器设计
不等分威尔金森功分器设计不等分威尔金森功分器是一种常见的无源射频（RF）器件，广泛应用于无线通信系统中。
它能够将一个信号分配到多个输出端口上，并且在不同端口上能够按照预先设定的比例对信号进行分配。
在通信系统中的分配系统中有非常重要的应用，能够保证信号在各个分支上的功率匹配，实现信号的有效分配和整合。
本文将深入探讨不等分威尔金森功分器的设计原理、工作原理、应用范围以及相关的技术特点和发展趋势。
一、不等分威尔金森功分器的设计原理不等分威尔金森功分器的设计基于经典的威尔金森功分器，它是一种结构简单、性能可靠的功分器。
在一个不等分的威尔金森功分器中，每个输出端口相对于输入端口的功率分配比例可以不相同，同时保持每个输出端口的相位均匀。
这样能够满足不同应用场景下对功率匹配和相位匹配的需求。
不等分威尔金森功分器的设计原理主要基于传输线理论和耦合器的设计原理。
通过在传输线和耦合器中合理设计参数和结构，能够实现对输入信号的不同分配，保证在每个输出端口上的功率分布符合设计要求。
二、不等分威尔金森功分器的工作原理不等分威尔金森功分器的工作原理可以简单分为两个方面：功率分配和相位匹配。
1. 功率分配：通过在耦合器中设计不同的传输线长度和阻抗匹配，可以实现对输入信号的不等分配。
这需要在设计中根据具体的功率分配比例来确定传输线长度和耦合器的参数，从而实现对输入信号的分配。
2. 相位匹配：为了确保在各个输出端口上的信号相位一致，不等分威尔金森功分器需要通过合理的传输线长度和相位匹配设计来实现。
这能够保证在各个输出端口上的信号相位差尽可能地小，从而满足信号的相位匹配需求。
三、不等分威尔金森功分器的应用范围不等分威尔金森功分器在无线通信系统中有着广泛的应用，尤其是在基站天线系统、分布式天线系统、射频信号分配系统等领域中。
它能够满足不同场景下对信号功率和相位的要求，保证系统的性能和稳定性。
在基站天线系统中，不等分威尔金森功分器可以用于将射频信号分配到不同的天线单元上，实现多天线系统的功率和相位匹配。
功分器的设计基础学习知识原理
功分器的设计基础学习知识原理功分器（power divider）是一种被广泛应用于射频与微波领域的无源滤波器元件，可以将一个输入信号分为若干个相等的输出信号。
在微波系统中，功分器主要用于将输入信号平均分配给若干个相同的输出端口，以实现无源网络的分配功率和信号分配。
本文将介绍功分器的设计基础学习知识原理。
功分器的基本原理是通过合理的布局和参数设计，使得输入信号在不同的传输线中以相等的功率进行传输。
功分器的基本结构包括平面微带线功分器、同轴线功分器和混合功分器等。
在平面微带线功分器中，常用的结构包括均匀分配型、反射抑制型和等相位型功分器。
均匀分配型功分器是将输入信号均匀地分配到每个输出端口，其基本结构是通过等长的传输线与耦合结构相连。
反射抑制型功分器是在均匀分配型的基础上引入反相器，以抑制反射信号，提高功分器的整体性能。
等相位型功分器是保持输入信号的相位平衡，使得各个输出端口上的信号具有相同的相位。
同轴线功分器是以同轴线为传输介质的功分器，常用的结构有同轴线变压器和同轴线融合型功分器。
同轴线变压器通过改变传输线的电气长度和宽度，实现信号的等分。
同轴线融合型功分器是将多个同轴线结构集成在一起，从而实现输入信号的分配。
混合功分器是由平面微带线和同轴线结构组合而成的功分器，常用的结构有广角功分器和均匀功分器。
广角功分器是通过引入交叉耦合结构，使得功分器具有宽带特性和较小的尺寸。
均匀功分器是通过调整微带线的宽度和长度，以实现输入信号的均匀分配。
在功分器的设计过程中，需要考虑多个参数，包括输入-输出的匹配、功分比、波导损耗、等效电路等。
通过合理的参数选择和设计优化，可以实现功分器的高效性能和稳定性。
总之，功分器的设计基础学习知识原理主要涉及功分器的基本结构和参数设计，以实现输入信号的均匀分配和相位平衡。
通过不同的结构和设计方法，可以实现功分器的特定要求和性能优化。
功分器的设计范文
功分器的设计范文功分器是一种常见的无线通信电路元件，用于将输入信号分配到多个输出端口上，常用于天线阵列、无线信号接收和传输系统中。
功分器的设计需要结合具体的应用需求和性能指标，本文将从功分器的基本原理、设计流程和优化方法等方面进行详细探讨。
1.功分器的基本原理：功分器的基本原理是将输入信号经过特定的网络分配到多个输出端口上，使得每个输出端口上的功率尽可能相等。
常见的功分器有微带功分器和负荷耦合功分器两种类型。
微带功分器由微带线和阻抗变换网络组成，通过微带线上的特定尺寸和形状来实现不同端口的功率分配。
负荷耦合功分器则是通过负荷和相应的耦合元件来实现功率的分配。
2.功分器的设计流程：(1)确定应用需求：首先需要明确功分器的工作频率范围、输入和输出阻抗、功率分配比等参数，以确定功分器的基本设计要求。
(2)选择功分器类型：根据应用需求和性能指标选择合适的功分器类型，如微带功分器或负荷耦合功分器。
(3)设计网络参数：根据所选功分器类型，设计微带线或耦合元件的尺寸和参数。
(4)优化设计：通过仿真和实验等方法对功分器进行优化设计，使得功率分配更加均匀，并满足其他性能要求。
(5)制作和测试：根据设计完成PCB板的制作，并进行实测，验证设计的性能指标和工作频率范围。
3.功分器的优化方法：(1)耦合元件的优化：负荷耦合功分器中，耦合元件的参数对功率分配有较大影响，可以通过仿真和试错法来得到较优的耦合元件参数。
(2)反馈网络的设计：通过添加适当的反馈网络，可以改善功分器的频率响应和工作稳定性。
(3)多级结构的设计：将多个功分器级联，可以实现更细致的功率分配和增强功分器的带宽性能。
(4) 调控电路的设计：通过添加可调控的电路结构，如 PIN diode 或变容二极管等，可以实现功分器的可调功分功能。
(5)高精度制作工艺：利用先进的微加工技术和高精度制作工艺，如光刻和无线电频率电子束均匀在生长环境的真空中被扫描的实验技术（EBL），可以提高功分器的性能和稳定性。
第八章功分器耦合器设计
第八章功分器耦合器设计第八章内容概述：本章将介绍功分器和耦合器的设计原理和方法。
功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的被动器件，用于将一个输入信号分为若干等幅的输出信号。
耦合器是一种用于耦合电路中的能量转移的器件，常用于功率放大器、混频器等电路中。
一、功分器设计1.功分器的原理：功分器是一种能将输入信号分为两个或多个等幅输出信号的器件。
常见的功分器有二分器、三分器、四分器等。
功分器的设计原理是基于电路中电压的分配和功率的守恒定律。
2.功分器的设计方法：功分器的设计方法有两种：电压比法和负载匹配法。
电压比法是通过确定每个输出端口上的电压比例来设计功分器，而负载匹配法是通过调整输出端口的负载阻抗来设计功分器。
3.功分器的实现：功分器可以通过多种方式来实现，如线型功分器、平面功分器和耦合线功分器等。
线型功分器通常由三个或多个等长的传输线组成，而平面功分器则由微带线、槽线或共面波导等结构组成。
1.耦合器的原理：耦合器是一种用于将电路中的能量从一个传输线传递到另一个传输线的器件。
耦合器可以实现能量的单向或双向传输。
常见的耦合器有耦合线耦合器、互感耦合器和反射耦合器等。
2.耦合器的设计方法：耦合器的设计方法主要有四种：频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。
频率平衡法是通过控制耦合线的长度和耦合间隔来实现耦合的平衡，而功率平衡法则是通过调整端口的负载阻抗来实现平衡。
3.耦合器的实现：耦合器可以通过多种方式来实现，如耦合线耦合器、微带耦合器、槽线耦合器和同轴耦合器等。
耦合线耦合器是最简单的一种耦合器，由两条等长的传输线组成，而微带耦合器则是通过把一条微带线与另一条微带线的一段连接起来来实现耦合。
三、总结：功分器和耦合器是微波和射频电路中常见的被动器件，其设计涉及到电压的分配、功率的守恒和能量的转移等原理。
功分器的设计方法有电压比法和负载匹配法，而耦合器的设计方法则主要有频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。
功分器的设计
隔离度，当主路接匹配负载时，各分配之路之间的衰减 量比值为隔离度 驻波比，在均匀无耗传输线上，电压U的最大振幅与最小 振幅之比，称为电压驻波比（VSWR或SWR）
二功分器原理图
端口2
端口1
端口3
P 2 P3 P1 3dB
由于端口1到端口2与端口1到端口3的线长度相等，故端 口2的电压与端口3的电压相等，即。端口2和端口3的输 出功率与电压的关系为 U2 U 32 P2 P3 Z2 Z3
功分器的设计
功分器的简介
在射频/微波电路中，为了将功率分成两路 或多路，需要使用功率分配器（简称功分 器）。 功分器将一路输入信号能量分成两路或多 路 一个功分器的输出端口之间应保证一定的 隔离度。
功分器的技术指标
频率范围，这是各种射频/微波电路的工作前提 承受功率，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设 计任务 插入损耗（分配损耗），器件的直通损耗，为所有路数 的输出功率与输入功率的比值，或单路的实际损耗减去 理想的分配损耗，理想分配损耗
2
在等功率分配的情况下，于是
Z2 Z3 Z0 Z 02 Z 03 2Z 0 R 2Z 0
按照二功分器的电路布线，设计好输入输出部分
置参数
设置R2的值为50欧
仿真，设置频率范围0~2000HZ
观察插入损耗和驻波比
调换50欧姆电阻和输入部分
调换50欧姆电阻和输入部分后隔离特性
求解制板时所需线长和线宽
用Protel制版
感谢百忙之中抽出时间评阅论文和参 加答辩的老师们，谢谢你们的宝贵意见！ 感谢我的毕业设计指导老师 ——陈文 军老师！ 感谢电子信息工程学院四年里对我的 教育与培养！
实验三功分器的设计制作与调试
确定设计指标要求→选择合适的传输线结构→计算传输线尺寸→设计输入/输出 端口→优化设计参数→完成设计。
设计工具与软件
设计工具
常用的设计工具包括电磁仿真软件（如HFSS、CST等）和CAD绘图软件（如 AutoCAD、SolidWorks等）。这些工具可以辅助设计师进行精确的电磁仿真和 结构绘图。
调试结果分析与改进
结果分析
根据测试数据和观察到的现象，分析三功分器的性能表现，找出可能存在的问题。
改进措施
针对分析结果，采取相应的措施进行改进，如调整电路参数、优化电路结构等，以提高三功分器的性 能。
05 实验总结与展望
CHAPTER
实验收获与体会
深入理解了功分器的设计 原理
通过本次实验，我深入了解了功分器的设计 原理，包括信号的分离、传输和合成等。
选择合适的元件值
根据设计要求选择适当的电阻、 电容、电感值，以满足信号分配 和传输要求。
调试与测试技巧
使用合适的信号源和示波器，准 确测量信号参数，及时发现问题 并进行调整。
注意事项
保持工作台整洁，避免静电和灰 尘的影响；遵循安全操作规程， 避免烫伤和火灾等事故发生。
04 实验三功分器调试
CHAPTER
可靠性高
实验三功分器采用高品质的材料和成熟的工艺制作，具有较高的稳 定性和可靠性，能够保证长期使用的性能和寿命。
实验三功分器的应用场景
通信系统
01
实验三功分器可用于通信系统的功率分配和功率合成，如微波
通信、卫星通信等。
雷达系统
02
实验三功分器可用于雷达系统的发射和接收部分，实现信号的
分配和合成，提高雷达的探测能力和精度。
优化方法
为了提高三功分器的性能，可以采用多种优化方法，如遗传 算法、粒子群算法、模拟退火算法等。这些算法可以通过迭 代搜索最优解，找到最优的设计参数组合，提高三功分器的 性能指标。
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。
等分威尔金森功分器的设计
等分威尔金森功分器的设计威尔金森功分器（Wilkinson power divider）是一种常用的无源微波分路器，可以将输入信号等分为三个输出信号。
它广泛应用于无线通信系统、天线阵列、雷达系统等领域。
在设计威尔金森功分器时，需要考虑频率响应、插入损耗、功分精度等因素。
```________[3dB]_________输入---威尔金森功分输出1--输出2--________[3dB]________```为了实现等分，威尔金森功分器需要满足以下条件：1.输入和输出之间的相位差为0度，即输入和输出之间的信号相位一致。
2.输入和输出之间的功率比为1：2，即输出1和输出2之间功率比为1：13.输入和输出之间的波阻抗匹配，即输入和输出之间的阻抗一致。
威尔金森功分器的设计可以分为两个主要步骤：计算和布局。
1.计算：根据所需的频率范围，计算威尔金森功分器的参数。
首先，选择合适的传输线类型（如微带线、同轴线等）和介质材料，确定传输线的特性阻抗。
然后，根据所需的频率范围和功分精度，计算传输线的长度和宽度。
最后，根据所选的耦合器类型，计算其特性阻抗和尺寸。
2.布局：根据计算得到的参数，进行电路布局。
首先，绘制输入和输出传输线的布局，保证它们的长度和宽度符合计算结果。
然后，将耦合器和传输线连接起来，确保它们的相互作用符合设计要求。
最后，进行电路的布线和布局优化，减少传输线之间的串扰和损耗。
在威尔金森功分器的设计中，还需要考虑一些其他因素，如插入损耗、功分精度和频率响应等。
为了减小插入损耗，可以选择低损耗的传输线材料和合适的耦合器类型。
为了提高功分精度，可以采用精确的计算方法和优化的布局。
为了获得平坦的频率响应，可以采用宽带的传输线和耦合器。
总之，威尔金森功分器的设计是一个综合考虑多个因素的过程，需要进行计算、布局和优化。
通过合理选择参数和优化布局，可以实现性能良好的威尔金森功分器，满足不同应用的需求。
威尔金森功分器设计
威尔金森功分器设计威尔金森（Wilkinson）功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的功率分配器。
它可以将输入功率均匀地分配到多个输出端口上，同时保持相对较低的插入损耗和反射损耗。
该设计是由威尔金森在1960年首次提出的，至今仍被广泛使用。
威尔金森功分器的基本原理是利用两个负载和两个耦合器来实现功率的分配。
它的结构简单，由一个中央传输线和两个分支传输线组成。
中央传输线被连接到输入端口，而分支传输线则与两个输出端口相连。
两个耦合器被用来连接中央传输线和分支传输线，以实现功率的分配。
在威尔金森功分器中，输入功率通过中央传输线传输到两个分支传输线上。
在分支传输线的连接点处，耦合器将一部分功率耦合到负载上，同时将另一部分功率传输到另一个分支传输线上。
这样，输入功率就被均匀地分配到两个输出端口上。
为了保持较低的插入损耗和反射损耗，威尔金森功分器要求分支传输线具有相同的特性阻抗，并且耦合器能够实现理想的功率分配。
在实际设计中，可以使用微带线、同轴电缆或波导等不同的传输线类型来实现威尔金森功分器。
威尔金森功分器的设计需要考虑多个参数，包括特性阻抗、分支传输线的长度和宽度、耦合器的设计等。
通过合理选择这些参数，可以实现所需的功率分配比例和频率响应。
尽管威尔金森功分器在功率分配方面表现出色，但它也存在一些限制。
首先，它只能实现功率的均匀分配，不能实现不同比例的功率分配。
其次，威尔金森功分器的设计需要考虑较多的参数，对于频率较高的应用来说，设计和制造的难度会增加。
总之，威尔金森功分器是一种常用的功率分配器，广泛应用于微波和射频电路中。
它的设计原理简单，通过合理选择参数可以实现所需的功率分配比例。
然而，设计师在使用威尔金森功分器时需要考虑一些限制，以确保其性能和可靠性。
功分器的设计制作与调试原
功分器的设计制作与调试原功分器是一种用于分配输入功率到多个输出端口的无源器件。
它广泛应用于无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域。
1.需求分析：初步确定功分器的频率范围、输入功率和输出端口数目等参数。
根据实际需求，选择合适的设计方案。
2.设计理论：根据功分器的工作原理，通过理论计算和仿真，确定功分器的主要设计参数，如输入阻抗、输出阻抗、功分比等。
3.组件选取：根据设计理论确定的参数，选取合适的器件和元件，如功分器结构中的耦合器、衰减器、隔离器等。
4.布局设计：根据选取的器件和元件规格，进行功分器的布局设计。
在设计过程中要考虑排布的紧凑性、尽量减小端口之间的串扰和互相影响。
5.制作工艺：将布局设计图转化为PCB板图，并进行PCB板的制作。
在制作过程中，要保证板厚、质量符合要求，并注意PCB板的阻抗匹配和分布电容等问题。
6.组件安装：将设计好的器件和元件按照布局图的要求进行精确安装。
安装过程中要注意焊接质量和对器件的保护。
7.调试测试：完成功分器的制作后，需要进行调试测试。
通过网络分析仪等测试仪器，检测功分器的各个指标是否符合设计要求，如S参数、功率分配准确性、隔离度等。
8.故障排除：如果在调试测试中发现功分器存在问题，需要对问题进行分析和定位，进一步调整和优化。
可以采取改变元件参数、考虑布局优化或增加衰减器等措施。
9.性能评估：最后对完成的功分器进行性能评估，比较实际测试结果与设计指标的偏差，评估功分器的性能优劣。
需要注意的是，功分器的设计制作和调试是一个复杂的过程，需要掌握电磁场理论、微波传输线理论、PCB设计和封装、RF测试等知识和技能。
此外，对于高频、高功率的功分器设计，还需要特别注意功率损耗、温度和稳定性等问题，以保证功分器的可靠性和稳定性。
在实际的设计制作和调试过程中，还需要结合实际情况灵活调整，并进行各种验证和验证。
该过程需要良好的设计能力、实践经验和耐心。
功分器的设计
功分器现在有如下几种系列[11]：1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz 无线本地环路系统。
2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。
5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。
这里介绍几种常见的功分器：一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。
在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。
图1-1 威尔金森功分器二、变形威尔金森功分器将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。
两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。
每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。
图1-2 变形威尔金森功分器三、混合环混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。
早期的混合环是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。
图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。
环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。
这种形式的功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。
功分器的设计原理
设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。
1.2分类：1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。
2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。
传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。
图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
功分器现在有如下几种系列[11]：1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz 无线本地环路系统。
2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。
4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。
5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。
这里介绍几种常见的功分器：一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。
在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。
图1-1 威尔金森功分器二、变形威尔金森功分器将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。
两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。
每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。
图1-2 变形威尔金森功分器三、混合环混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。
早期的混合环是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。
图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。
环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。
这种形式的功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。
理论上来说，它的带宽可以同威尔金森功分器相比。
混合环功分器相对威尔金森功分器的优点在于，在实际应用中它在高频率上的性能更好一些。
图1-3 混合环对比以上三种功分器，首先对比威尔金森功分器及变形威尔金森功分器，变形威尔金森功分器性能与仿真结果相差较大，其原因可能有以下几点：加入两个21波长微带线，引入了T 型接头，使微带线产生不连续性；为了保证两21波长微带线之间的距离正好可以焊接电阻，两微带线均倾斜，使焊接电阻处微带不均匀，另外电阻焊接的非对称性影响了功分器输出两端的功分比[9]。
威尔金森功分器和混合环的插损性能较好，可以满足一般功率合成的要求。
在隔离方面，威尔金森功分器隔离较好，混合环的隔离要稍差。
从上述三种功分器分析可以得出：要获得具有良好性能的微波毫米波功分器，需保证一定的加工精度，对加隔离电阻的功分器，要特别注意选择尺寸较小的电阻，焊接时要求电阻两端对称，且从电阻反面焊接，也可以考虑使用薄膜电阻来实现。
这三种功分器都可以串联用作多路功率分配/合成器。
1.3 本课题研究内容4g λ4g λ4g λ43g λ对称平面本文主要是对微带功分器的研究,给出了功分器的设计实例,并且运用工具软件进行仿真与优化，得到最优结果。
本课题的具体内容是采用微带平面电路结构设计一个工作在C波段、频率：3--4GHz、驻波：〈1.2、传输损耗：<5.5dB、隔离：>20dB、带内波动：〈0.5dB的一分三功分器，并作出版图。
2. 功率分配器基本理论2.1 功率分配器的分类情况a、按路数分为：2路、3路和4路及通过级联形成的多路功率分配器。
b、按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
c、根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
d、根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
2.2 常用的功率分配器间的区别常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：a、同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
b、微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配[1]。
2.3 功分器的基本原理2.3.1四分之一波长变换器微带功分器的分支电路通常是用四分之一波长阻抗变换器，它是一种有用而实际的阻抗匹配电路。
阻抗匹配的基本思想如图2-1所示，它将匹配网络放在负载和传输线之间。
Z。
虽理想的匹配网络是无耗的，而且通常设计成向匹配网络看去输入阻抗为然在匹配网络和负载之间有很多次反射，但是在匹配网络左侧传输线上的反射被消除了。
这个过程也被认为是调谐。
阻抗匹配或调谐的原因是很重要的，原因如下所述：（1）当负载与传输线匹配时（假设信号源是匹配的），可传送最大功率，并且在馈线上功率损耗最小。
（2）对阻抗匹配灵敏的接收机部件可改进系统的信噪比。
（3）在功率分配网络中（如天线阵馈电网络），阻抗匹配可以降低振幅和相位不平衡。
只要负载有非零实部，就能找到匹配网络。
图2-1 阻抗匹配网络四分之一波长变换器对于匹配实数负载阻抗到传输线，是简单而有用的电路。
如下图所示，若主传输线的特性阻抗为0Z ，终端接纯电阻性负载L Z ，但0Z Z L ≠，则可以在传输线与负载之间接入一特性阻抗为01Z 、长度4λ=l 的传输线段来实现匹配。
图2-2 4λ波长变换器设此时0T 面上的反射系数为Γ，则(2-1)上式取模值为(2-2)在中心频率附近，上式可近似为(2-3) 当θ = 0时，反射系数的模达到最大值，由式(2.-3)可以画出Γ 随θ 变化的曲线，如图2-3所示。
Γ随θ (或频率)作周期变化，周期为π。
如果设ΓΓ=-Z Z Z Z L L002cos θ()Γ=-++Z Z Z Z j Z Z lL L L 0002tg βΓ=+-⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥11200212Z Z Z Z L L sec θ 匹配网络 负载L Z为反射系数模的最大容许值，则由4λ阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的频率范围（Δθ）。
由于当θ 偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
图2-3 4λ波长变换器在设计频率附近的Γ的近似形态当时 (2-4)通常用分数带宽q W 表示频带宽度，q W 与m θ有如下关系(2-5) 当已知L Z 和 0Z ，且给定频带内容许的 m Γ 时，则由式（2-5）可计算出相对带宽q W 值；反之，若给定q W 值，也可求出变换器的m Γ，计算中m θ取小于2π的值。
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的带宽能够满足要求。
但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就必须采用多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。
2.3.2功分器的原理功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口网络。
任意多分路单节的功分器的电路拓扑结构如图 2-4 所示：ΓΓ=m ()θm m L m L Z Z Z Z =--arccos 21020ΓΓ()W f f f q m m m =-=-=--=-210210224θθθπθθππθ图2-4功分器的电路示意图其中（a ）为多路普通功分器的示意图，信号源与负载内阻均为：0Z R R L S ==；若为 N 等分，则 n Z Z Z === 21，各段长度均为： 4λ。
这种功分器不能做到信道之间有隔离，也不能做到各端口的完全匹配。
图（b ）为混合型N 路功分器，不同之处在于各路输出端口均有一隔离电阻R 与公共结点相连。
可以使输入功率分成大小不相等的N 路输出，且各输出端口同相位。
若在输出端口反射，则波将在支线交叉口再分配。
由于各段长度为4λ。
则往返的电长度为π，彼此相消，从而实现各输出端口之间的相互隔离。
一分三功分器是一个四端口网络，其S 参数为：],,,;,,,;,,,;,,,[][44434241343332312423222114131211s s s s s s s s s s s s s s s s S = 由于普通的无耗互易三端口网络不可能完全匹配，且输出端口间无隔离，工程上对信道之间的隔离要求又很高，因此常用混合型的功率分配器，该结构也称为威尔金森型功率分配器，它是有耗的三端口网络，是在毫米波微波大功率系统中应用最广泛的一种形式，其功率分配可以是相等的或不相等的。
其不等功率分配器的一个原理性示意图为图2-5。
图2-5 配有隔离电阻的微带功分器结构图这种功率分配器一般都有消除②、③端之间耦合作用的隔离电阻R 。
设主臂①(功率输入端)的特性阻抗为0Z ，支臂①-②和①-③的特性阻抗分别为02Z 和03Z ，它们的终端负载分别为2R 和3R ，电压的复振幅分别为2U 和3U ，功率分别为2P 和3P 。
假设微带线本身是无耗的，两个支臂对应点对地(零电位)而言的电压是相等的，那么，就可以得到下列的关系式：(2-6) (2-7) (2-8)又因32U U =，所以有(2-9) (2-10) 式中的k 是比例系数，k 可以取1(等功率情况)，或大于1和小于1(不等功率情况)。
设2i Z 和3i Z 是从接头处分别向支臂①-②和①-③看去的输入阻抗，两者的关系是：(2-11) 从主臂①向两支臂看去应该是匹配的，因此应有(2-12)或 (2-13)由此得 ： (2-14)22222R U P =32332R U P =223P k P =32223R R k P P ==322R k R =322i i Z k Z =322323201i i i i i Z k k Z Z Z Z Z +=+=02231Z k k Z i +=()0221Z k Z i +=4λ因为0Z 和k 是给定的，这样2i Z 和3i Z 即可求出。
前面己经讲过，322R k R =，可见，只需选定2R 和3R 中的一个值，则另一个即可确定，为计算方便，通常可选取(2-15)根据式(2-14)，(2-15)和式(2-16)即可求出两个支臂的特性阻抗02Z 和03Z 分别为(2-16)(2-17) 现在确定隔离电阻R 的作用及其值大小。
倘若没有电阻R ，那么，当信号由①-②支臂的端口②输入时，一部分功率将进入主臂①，另一部分功率将经过①-③支臂而到达端口③；反之，当信号由①-③支臂的端口③输入时，除一部分功率将进入主臂①外，还有一部分功率将到达端口②，即②、③两端口之间相互影响。
为了消除这种现象，加了隔离电阻R 。
当信号由主臂①输入时，由于R 两端电位相等，无电流通过，不影响功率分配(相当于R 不存在一样)。