S8实验八微带功分器设计
性能优良的低成本毫米波八等分功分器
性能优良的低成本毫米波八等分功分器张雄建龙正隆黄家栋（深圳华达微波科技有限公司卫星通信射频传输技术工程实验室深圳 518067）摘要：基于wilkinson功分器原理，研制了一种采用微带软基板和薄膜电阻来实现工作在25GHz-31GHz频率的毫米波八等分功分器，测试结果表明输入输出驻波系数和各端口的隔离良好，该功分器成功地应用于毫米波宽带八通道发射模块的研制。
关键词:功分器，wilkinsonDesign &Development of a Millimeter 8 Port Power Splitter With Good Performance And Low CostZhang xiongjian , Long zhenglong, Huang jiadongAbstract: On the basi s of Wilkinson power splitter, a millimeter broad band splitter working in 25~31GHz has been designed and developed by using microwave soft substrate and thin film resister. The experimental result show input and output VSWR and isolation of the splitter are satisfactory. Therefore , it was used in millimeter TR module with eight channels successfully.Key words: splitter, Wilkinson splitter1 引言在微波系统中，功率分配器有着重要和广泛的应用，在相控阵天线中，微带功分器尺寸小，重量轻，在低功率使用中占主导地位。
[原创]实验八8分频器的设计与实现
![[原创]实验八8分频器的设计与实现](https://img.taocdn.com/s3/m/fa34d017df80d4d8d15abe23482fb4daa58d1d28.png)
实验八8分频器的设计与实现一．实验目的1．使用ISE软件设计并仿真；2．学会程序下载。
二．实验内容使用ISE软件进行8分频器的设计与实现。
三．实验步骤1. 编写文本文件并编译2. 软件仿真3. 进行硬件配置四．实验原理1. ISE软件是一个支持数字系统设计的开发平台。
2. 用ISE软件进行设计开发时基于相应器件型号的。
注意：软件设计时选择的器件型号是与实际下载板上的器件型号相同。
3. 8分频器的真值表如图8-1所示，其最高位q2的输出就是对输入信号的8分频。
本实验中用Verilog语句来描述。
图8-1 8分频器真值表（1）新建工程双击桌面上“ISE Design Suite 14.7”图标，启动ISE软件(也可从开始菜单启动)。
每次打开ISE都会默认恢复到最近使用过的工程界面。
当第一次使用时，由于还没有历史工程记录，所以工程管理区显示空白。
选择File New--Project 选项，在弹出的对话框中输入工程名称并指定工程路径。
点击Next按钮进入下一页，选择所使用的芯片及综合、仿真工具。
计算机上安装的所有用于仿真和综合的第三方EDA工具都可以在下拉菜单中找到。
在图中我们选用了Spartan6 XC6SLX16芯片，采用CSG324封装，这是NEXYS3开发板所用的芯片。
另外，我们选择Verilog作为默认的硬件描述语言。
再点击Next按钮进入下一页，这里显示了新建工程的信息，确认无误后，点击Finish就可以建立一个完整的工程了。
（2）设计输入和代码仿真在工程管理区任意位置单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择New Source命令，选择Verilog Module输入，并输入Verilog文件名。
单击Next按钮进入端口定义对话框。
其中Module Name栏用于输入模块名，这里是count3a，下面的列表框用于端口的定义。
Port Name表示端口名称，Direction表示端口方向(可选择为input、output或inout)，MSB表示信号最高位，LSB表示信号最低位，对于单信号的MSB和LSB不用填写。
S8实验八微带功分器设计
实验报告要求
1. 给出微带功分器电路中各段线的特性阻 抗值详细计算步骤。 2. 给出用MWO绘制的微带功分器版图，保 存仿真工程文件。 3. 记录MWO仿真得到的输入端口反射系数 |S11|、插入衰减|S12|、隔离度|S23|情况 图，并导出仿真数据，利用Origin软件重新 绘制各仿真结果图。 4. 讨论影响功分器工作带宽的因素。
参数计算
根据要求，为了实现匹配，微带不等功率 分配器的各段线的特性阻抗应满足如下关 系： Z = Z k (1 + k 2 )= 158.11Ω
C1 C
Z C k (1 + k 2 ) = ZC 2 = 39.53Ω 2 k = Z C 3 Z C= k 70.71Ω ZC Z = = 35.355Ω C4 k 1+ k 2 = R ZC = 125Ω k
不等功率分配器
它是不对称网络，要求输出两路中电压沿 传输方向的分布相同，故可用称为变异奇 偶模激励的分析方法进行分析。
设计举例：MWO设计微带功分器
要求：已知微带二路功分器各路引出线的 特性阻抗为ZC=50W，比例系数k=2，基片 材料相对介电常数为9.0，中心工作频率为 5GHz，导体带材料为铜。 结果：用MWO仿真输入端口反射系数|S11|、 插入衰减|S12|、隔离度|S23|。
二等分功率分配器
二等分功率分配器是一个无耗、可逆三端 口接头，各个端口不能同时达到匹配或功 率分配口之间的隔离。但通过加入电阻性 元件，进行适当设计，可以获得同时满足 匹配和隔离的要求。
信号从端口3输入 ，分别从端口1和2输出，彼此 之间没有耦合。隔离电阻R，实现输出端口之间 的隔离。由于结构对称，当信号从端口3输入时， 在两段传输线的对应点上，电压是等幅同相的， R上没有电流，相当于R不起作用；而当信号从端 口1输入时，它将分两路到达端口2，只要R的数 值及位置选择合适，可使此两路信号互相抵消， 从而使得1、2两端口隔离。 可以用奇、偶模分 析法对此二等分功率 分配器的特性进行分 析
功分器设计
摘要摘要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或多路较小的功率信号。
功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。
功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。
现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。
小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点，而微带技术具有小型化低功耗的优点，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，设计了一个Wilkinson 功分器，并使用基于矩量法的ADS 软件设计、仿真和优化计算相关数据参数，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。
关键词：功分器，ADS，优化参数IABSTRACTABSTRACTPower divider is referred to as power divider, in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power divider is reciprocity structure, power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits.Now the design of RF and microwave system is more and more complex, the circuit requirements are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit，the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter, the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design，using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design.small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design，and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption. Therefore,I learned the basic principle of power divider, combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider, and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization, and produced a good performance of Wilkinson power divider.Key words: power divider,ADS,optimization parametersII目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概况 (1)第2章研究理论基础 (2)2.1 功分器的理论基础 (2)2.2 功分器技术基础 (4)2.2.1 什么是功分器 (4)2.2.2 功分器的重要性 (4)2.2.3 Wilkinson功分器的优点 (4)2.3 wilkinson基本工作原理： (5)2.4 Wilkinson功率功分器的基本指标 (6)2.4.1.输入端口的回波损耗 (6)2.4.2插入损耗 (7)2.4.3输入端口间的隔离度 (7)2.4.4功分比 (7)2.4.5相位平衡度 (7)第3章ADS的介绍 (8)3.1 ADS趋势 (8)3.2线性分析 (9)3.3电磁反正分析 (10)3.4仿真向导 (10)第4章功分器的原理图设计仿真与优化 (12)4.1 等分威尔金森功分器的设计指标 (12)4.2 建立工程与设计原理图 (12)4.2.1 建立工程 (12)4.2.2 设计原理图： (13)4.2.3 基板参数设置 (16)4.2.4 基板参数输入 (18)4.2.5 插入V AR (19)I I I目录4.2.6 V AR参数设置 (19)4.2.7 V AR微带线 (19)4.3 功分器原理图优化仿真 (21)4.4 功分器优化版图生成 (24)4.5 功分器优化 (24)4.6 功分器的版图生成与仿真 (31)第5章结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)外文资料原文 (39)译文 (41)I V第1章引言第1章引言1.1 功分器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。
功分器的设计与调试实验
4.6 微带线计算工具
15
微带线计算工具(续)
单击Synthesize按钮，在LineCalc计算窗口中显示计算结果如下
W=0.48mm，微带线宽度 L=24.33mm，微带线长度
LineCalc计算窗口如图
同理，计算特性阻抗为 50Ω的微带线宽度，参 数设置为
Z0=50Ohm 其余与前面一样
下图是一个等功率分配器，它由两段不同特 性阻抗的微带线组成，两臂是对称的。我们以这 种结构的功分器为例，介绍一下设计的过程。
10
功分器的设计（续）
设计指标： 工作频率1.6GHz~2.0GHz 工作频率内S11小于-20dB 工作频率内S21大于-3.1dB 工作频率内S22和S23小于-10dB 微带线基板的厚度为0.5mm 微带线基板的相对介电常数为4.2 各个端口传输线的特性阻抗采用50Ω
6
4.2 创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为divider）及存储路径
点击Length Unit设置长度单位为millimet
7
创建新的工程文件（续）
工程文件创建完毕后主窗口变为下图
8
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
9
4.3 功分器的设计
设置界面及设置完成的SP控件如图
22
4.9 优化目标的设置
在原理图设计窗口中选择优 化工具栏
选择优化设置控件 放置 在原理图中，双击该控件设 置优化方法及优化次数。
选择随机Random优化方法 （随机法通常用于大范围搜 索，梯度法则用于局部收敛）
优化次数选择50次 其余选项保持默认状态
观察仿真曲线（续）29 Nhomakorabea（五） 实验要求
微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告
微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告学院电子科学与工程学院姓名学号指导教师2016年10月21日一、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、设计要求指标● 通带范围0.9 — 1.1GHz 。
● 双端输出，功分比为1:1。
● 通带内个端口反射系数小于-20dB 。
● 两个输出端口的隔离度小于-20dB 。
● 传输损耗小于3.1dB 。
三、设计思路图一：设计思路示意图四、理论分析设计1. 基本工作原理分析理论学习尺寸计算绘制ADS 原理图原理图仿真优化设计版图仿真功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2和P3。
理论上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。
端口特性为：(1) 端口1无反射(2) 端口2和端口3输出电压相等且相同(3) 端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/由这些条件可以确定Z o2、Z o3以及R2、R3的值。
2.功分器技术指标计算(1)输入端口回波损耗输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率和输入功率之比来计算(2)插入损耗输入端口1的回波损耗根据输出端口的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算(3)输出端口间的隔离度输出端口2和输出端口3间的隔离度可以根据输出端口2和输出端口3的输出功率比来计算(4)功分比当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算(5)相位平滑度在做功率分配器时，输出端口的平滑度直接影响功率合成效率。
五、尺寸计算使用ADS软件自带的计算工具计算出微带线的尺寸。
图5.1 50Ω的微带线宽度计算图5.2 75Ω的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为1.52mm。
填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg，可以算出微带线的线宽为0.79mm和长度42.9mm。
8路宽带扩展同轴功分器
摘 要 ：利 用同轴传输主模 ＴＥＭ 的轴 向对称性特 点 ，根据扩展 同轴功 分器的设计原理 ，设计并研制 了一款 ８路 宽带同轴扩展功 分器。利 用高频 电磁场仿真软件 ＨＦＳＳ对 电路进行 了优 化仿真 ，加 工制备 了功率合成 系统 电路 实物 ，并对 其进行 了测试。仿真结果显示 ，在 ６－１８ ＧＨｚ的频 带范围内 ，这种扩 展 同轴功 分器的插 入损 耗 小于 ０．６５ ｄＢ，反射损耗 小 于一９ ｄＢ。验 证 了扩展 同轴结构 具有极 宽的带 宽、 低差损 、输 出端 口幅相一致性 高的特点 ，在功率合成领域拥有广 阔的应 用前景。 关键词 ：功 分器；扩展 同轴 ；宽带 中图分类号 ：ＴＮ７３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１６８１—１０７０ （２０１６）０５—００３５—０４
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！
功分器设计基本理论ppt课件
Z0 = Z2 / 2
因而，从传输线看上去，如同一个/4变换器。因此，如果 z 2 ，端口2是
匹配的，全部功率将传到接在端口1的负载，S22=0。为了求S参量S12，需要 电压V1，它可由传输线方程求得。如让端口2处x = 0，端口1处x = /4，从端 口2指向端口1为正方向，则线上电压可写为
V (x) V (e jx e j180 e jx )
V2 V (0) V (1 )
V1 V / 4 jV 1 jV2 1 /1
在端口1处看向归一化值为2的电阻上的反射系数为
2 2 2 2
和
V1 jV2
1 2
S12=V1/V2 ，因此S12=-j0.707
由对称性，我们亦有
S33 = 0和S13 = –j0.707
微带功分器（Wilkinson功分器）设计 13
1
波导功分器，即T形分支(E-T、H-T) 微带功分器，即Wilkinson功分器
2
波导T形分支（E-T、H-T）
3
4
5
6
3个元素
[s]H表示 共轭转置源自789微带功分器
微带功分器（Wilkinson功分器）设计 10
1、等功分情况
微带功分器可以进行任意比例的功率分配，下面考虑等功分 （3dB）情况，结构及等效电路见下图。
图5-42 N路等分微带功分器
图5-43 用微带形式实现 的四节微带功分器
图5-39 用于导出S11的微带功分器分析 注意：当功分器在端口1激励，且负载匹配时，电阻上没有功率损耗。因此，当 输出匹配时，功分器是无损耗的；只有从端口2和3来的反射功率消耗在那电阻上。
微带功分器（Wilkinson功分器）设计 16
设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘出回波损耗S11、插 入损耗（S21 = S31）和隔离度（S23 = S32）与频率（从0.5f0到1.5f0）的关系曲线。 解：由图5-36和上述的推导，功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为
一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现
15. 7 5 G H z 〜 16. 2 5 G H z 频率范围内端口驻波比小于 1. 4 , 在 16. 2 5 G H z 〜 16. 7 5 G H z 频 率 范 围 内 端 口 驻 波 比 小 于 1. 4 ,端口
隔 离 度 大 于 2 1 d B ，插 损 小 于 0. 7 d B 。
24 -26
\ \
/
y m 2 ^ w
16.2 16.6 17.0 17.4 17.8 freq,GHz
图 5 回波损耗仿真结果
分别利用ADS和 HFSS软件对功分器回波损 耗 、隔离度、端口驻波比及幅度相位关系进行仿真分 析 ，相关的仿真结果如图5〜1 1 所 示 ，其 中 图 5〜7 为 ADS仿真结果，图 8〜1 1 为 HFSS仿真结果，从图 中 可 以看出A D S 仿 真 结 果 较 好 ，均达到了设计要 求 ，而 HFSS因建模更接近于真实情况，考虑因素更 多 ，其 仿 真 结果没有A D S 仿 真 结果好，其输入端口 驻波比<1. 32,输 出 端 口 驻 波 比 <1. 3,隔 离 度 >
则可以满足式（4)。为 了 保 证 一 号 端 口 匹 配 ，
应有:
1_
Байду номын сангаас
I ^3
1 kZ^ Zs
(6)
Z2〇2 kZls
f f 同时考虑到 =k
(7)
则有
^=
乙0
( ^ -2 +
1
)Z
^
〇
3
=
( ^ -2 +
1
)Z
^
〇
3
( 8)
因此可得到
图 1 W ilk in s o n 功分器基本结构图
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。
微带功率分配器设计方法
根据频率范围，确定中心频率：
fm
=
fa
+ 2
fb
上限频率)，主通带的相对带宽：ϖ = fb − fa 。
fm
3.2 确定各个端口的波纹系数：
( f a , fb 分别为下，
输入端口：ρ0(max)＝设计频带内波纹大小ρm
7
输出端口：ρ2(max)=ρ3(max)≈1+0.2(ρm-1)
输出端口最小隔离度近似为：I(min)≈20log 2.35 dB
6
1/4 波长阻抗为 100Ω，则 R//100Ω= Z0 =50Ω，隔离电阻 R=100Ω。 当 m=2 时，隔离电阻的计算公式如下：
图 7：两节二功分器示意图
( ) R2 =
2Z1Z 2
(Z1 + Z 2 ) Z 2 − Z1 cot2 Φ
R1
=
2R2 (Z1 + Z2 ) R2 (Z1 + Z2 ) − 2Z 2
在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不 使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。其中 最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图 2）。它 的特性阻抗 Z1 为待匹配的阻抗。
3
Z0
Z1
Z2
图 2：λ/4 阻抗变器示意图
根据特性阻抗匹配原理：Z in
=
Z
2 01
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。
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。
微带功分器的设计(资料参考)
微带功分器的设计时间：2015-08-16 来源：天线设计网作者：admin TAGS：威尔金森功率分配器无源器件wilkinson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微波网络。
功率分配器是无源微波器件，反过来就是功率合成器。
功率分配器有多种形式，其中最常用的是g/4功率分配器，这种功率分配器称为威尔金森（wilkinson）功率分配器。
威尔金森功率分配器由三端口网络构成。
在近代射频和微波电路中广泛地使用着功率分配器。
瞬时测频接收机是一种简单而紧凑的接收机，能覆盖很宽的射频频带。
实际的IFM接收机是由若干个简单的瞬时测频（IFM）接收机并行组成。
这就需要使用一分八功分器进行４个通道的信号分配。
一分八功分器可以由几个一分二的功分器级联而成。
[天线设计网]这就对一分二功分器在体积、结构、稳定性以及输出端口之间的相位一致性提出了更高的要求。
本文用多节阻抗变换器级联的方式来实现宽频带和低损耗，使用ADS软件设计并仿真工作频带在6~18GHZ的宽带微带线功分器。
功分器的设计指标功分器的技术指标包括：（１）频率范围：６～１８Ghz；（２）插入损耗：≤４dB；（３）驻波比：≤２；（４）隔离度：≥１８dB；（５）相位一致性：≤５°。
功分器的设计威尔金森功率分配器由三端口网络构成，由于单节λ／４阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此需要采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。
本文设计的是一个工作频带在６～１８ＧＨｚ，功分比为１∶１的二路带状线型wilkinson功分器。
带宽为３个倍频层，结合多节λ／４阻抗变换器[天线设计网]相级连的形式，阻抗变换器为３节。
由于本功分器对结构尺寸和相位一致性要求较高，在此选用介电常数为2.2、层压板厚度为0.254mmRoger5880高频层压材料。
结构上采用葫芦状的结构设计。
根据各项指标（工作频段、输入输出端口的驻波、输出端口间的隔离度）要求，由宽带功分器设计理论确定功分器具体尺寸，计算出各段λ／４阻抗变换器的特性阻抗，如表１所示，并计算出隔离电阻的阻值如表２所示。
功分器设计报告
功分器设计报告组员：指导老师：日期：2013年5月3日功分器基本原理功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，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，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。
功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。
腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换。
功分器通常备为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的选择，具有很宽的频带特性。
参数说明：插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：理想分配损耗（dB）=10log（1/N）N为功分器路数N=2 3.0dBN=3 4.8dBN=4 6.0dB隔离度：当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。
幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。
相位平衡：指频带内各输出端口之间相对于输入端口相移量的起伏程度。
图是二路功分器的原理图。
图中输入线的特性组抗为Z0,两路分支线的特性阻抗分别为Z02和Z03，线长为λ/4 , λ/4为中心频率时的带内波长。
图中R2,R3为负载阻抗，R为隔离阻抗。
对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。
下面根据上述要求，确定Z02 、Z03、R2、R3及R的计算公式。
设2口、3口的输出功率分别为P2、P3 ，对应的电压为V2、V3 .根据对功分器的要求，则有：P3=K2P2 |V3|2/R3=K2|V2|2/R2式中K为比例系数。
为了使在正常工作时，隔离电阻R上不流过电流，则应V3=V2 于是得R2=K2R3若取R2=KZ0则R3=Z0/K因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为：Zin2=Z022/R2 Zin3=Z032/R3为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的Z0，即Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032若电路无损耗，则|V1|2/Zin3=k2|V1|2/Zin2式中V1为1口处的电压所以Zin=K2Z03Z02=Z0[(1+K2)/K3]0.5Z03=Z0[(1+K2)K]0.5设计目标工作频率：1.5—2.5GHz插入损耗：≤1dB隔离度：≥20dB (3个端口)幅度不平度：≤1dB相位不平度：≤3º输入输出驻波比：≤1.5电路仿真电路仿真采用ADS2011软件，原理图如下图所示：原理图经过多次优化之后，各项指标均能达到设计要求，仿真曲线如下所示：原理图隔离度S23原理图发射系数S111.851.901.952.002.052.102.151.802.20-28-26-24-22-30-20freq, GHzd B (S (2,3))1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-24.0-23.5-23.0-24.5-22.5freq, GHzd B (S (1,1))原理图插入损耗S21电磁场仿真场仿真采用HFSS10.0软件，3D 模型及仿真曲线如下图所示3D 模型1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-3.125-3.120-3.115-3.110-3.130-3.105freq, GHzd B (S (2,1))S参数仿真曲线版图设计经过ADS软件仿真及优化之后，通过Layout得到仿真版图如下图所示：版图经过HFSS软件可导出CAD版图，如下图所示：CAD版图实验调试根据CAD版图，可制得实际版图，经过简单的焊接工作之后，制作的功分器如图所示：实物图将功分器连接电缆与频谱分析仪连成回路，经过频谱仪操作，可测得测试曲线如下图所示：S21参数测试曲线相位不平度测试曲线S11参数测试曲线隔离度测试曲线幅度不平度测试曲线数据分析通过测试曲线，可知功分器基本工作在1.8-2.2GHz；S11参数最小值为-4.394dB，考虑到仪器本身的3dB损耗，可知插损为1.394dB，略大于1dB，未达到插损≤1dB的设计指标；相位不平度最大值为2.718°，数值小于等于3°，达到设计指标；设计指标中要求输入输出驻波≤1.5，经过换算可得S11≤-14dB才能满足设计要求，而测试数据中S11参数最大值为-15.517dB，满足设计要求；工作频率范围内，隔离度为24.244dB ~ 26.824dB，满足隔离度≥20dB的设计要求；幅度不平度最大值为0.465dB，达到幅度不平度≤1dB的设计指标。
微带功分器耦合器设计精编版
输出线被匹配到阻抗R2 = Z0K和R3 = Z0/K，而不是阻抗 Z0，可用阻抗变换器来变换这些输出阻抗。
微带功分器（Wilkinson功分器）设计 9
微带功分器亦可用于实现N路分路器或合成器，如图5-42所示。 这电路可使所有端口匹配，且使所有端口隔离。但是，缺点是 当N3时，功分器要求电阻交迭。这导致较难以用平面形式制作。 功分器亦可用多级阶梯阻抗变换形式制作，以增加带宽。四节 功分器的实际结构表示在图5-43上。
微带型功分器亦可做成功率不等分的，微带图形如图5-
41所示，如端口2和3之间的功率比为K = P3/P2，则可应 用下列设计方程：
R Z0 K 1/ K
Z03 Z0 1 K 2 / K 3
Z02 K 2Z03 Z0 K 1 K 2
如K = 1，则上述结果归结为等分情况。另外还见到，
有相同的相速。为此在耦合两端并联电容C1、C2，对偶模并联电容不起作用，对奇模 相移有影响，其增加的相移o为
0 2f0 C1 C2 Z0o
式中f0是耦合器中心频率。
3dB交叉指lange耦合器
16
图5-44(d)所示3dB交叉指lange耦合器。端口2和3输出相功率相等，但有90相 移，其特点是频带宽，有关设计公式为
P4
图5-45
通过功率 T 10 log P2 （dB）
P1
混合环跟耦合器的性能由耦合系数、方向性以及负载特性决定。
通常隔离端口接匹配负载。
微带分支混合环的工作原理 12
/4
y01=1 (1)
A
对称
y0
平面 =
a1
(4)
D
y04=1
y02=1/R
(2) B
y0 = b
TEC-8 运算器组成实验
37
三、实验设备 TEC-8实验系统 1台 TDS1001数字存储示波器 1台 UT60A数字万用表 1块 逻辑测试笔（在TEC-8实验台上） 1支 四、实验电路
TEC-8
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
21
3.参考接线:
信号 开关 RS0 K0 RS1 K1 RD0 K2 RD1 K3 DRW SBUS K4 K5
信号
开关
M
K6
S0
K7
S1
K8 LDZ
S2
K9
S3
K10 MBUS
CIN
K11
信号 ABUS LDC
开关
TEC-8
K12
K13
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
18
五、实验任务 1．用双踪示波器和逻辑测试笔测试节拍脉冲 信号T1、T2、T3。 2．对下述7组数据进行加、减、与、或运算。 ⑴A=0F0H, B=10H ⑸A=0FFH, B=0AAH ⑵A=10H, B=0F0H ⑹A=55H, B=0AAH ⑶A=03H, B=05H ⑺A=0C5H, B=61H ⑷A=0AH, B=0AH
5
数码管
逻辑笔
电源 指示
LOG
硬布线/独立/微程序转换
VGA 接口
交通灯 喇叭
微程序控制器 单片机 运算器
VCC GND
LED 显示
EPM7128
存储器
电位 器
时钟源
单脉冲
时序
TEC-8
北京邮电大学计算机学院实验中心系统结构实验室
操作 模式
数据开关
电平控制信号开关
6
控制转换开关、指示灯 微命令指示灯 微程序控制器E2PROM 双端口寄存器 组7064 单片机89S52
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参数计算
根据要求，为了实现匹配，微带不等功率 分配器的各段线的特性阻抗应满足如下关 系： Z = Z k (1 + k 2 )= 158.11Ω 2 ) = ZC 2 = 39.53Ω 2 k = Z C 3 Z C= k 70.71Ω ZC Z = = 35.355Ω C4 k 1+ k 2 = R ZC = 125Ω k
利用txline工具课计算得到各段微带线的参 数。在MWO中绘制出功分器的电路原理图。
仿真
功率分配器的输入端口反射系数S11情况
仿真
功率分配器的插入衰减S12情况
仿真
功率分配器的隔离度S23情况
实验内容
已知微带二路功分器各路引出线的特性阻 抗为ZC=50，比例系数k=3，试设计该功分 器的电路。要求：计算出各段线的特性阻 抗值；假如所采用的基片材料相对介电常 数为12.0，中心工作频率为3GHz，导体带 材料为铜，用MWO绘制出对应的版图；并 用MWO仿真输入端口反射系数|S11|、插 入衰减|S12|、隔离度|S23|
不等功率分配器
它是不对称网络，要求输出两路中电压沿 传输方向的分布相同，故可用称为变异奇 偶模激励的分析方法进行分析。
设计举例：MWO设计微带功分器
要求：已知微带二路功分器各路引出线的 特性阻抗为ZC=50W，比例系数k=2，基片 材料相对介电常数为9.0，中心工作频率为 5GHz，导体带材料为铜。 结果：用MWO仿真输入端口反射系数|S11|、 插入衰减|S12|、隔离度|S23|。
这种二等分功率分配器有两个特点： (1) 这种功率分配器具有较宽的频带特性， 若要进一步加宽工作频带，可以采用多节 四分之一波长阻抗变换器和相应数目的隔 离电阻。 (2)当作为功率合成器应用时，在1、2端口 必须输入等幅同相信号，方能在端口3得到 功率的完全相加，否则将有功率被隔离电 阻消耗掉。
二等分功率分配器
二等分功率分配器是一个无耗、可逆三端 口接头，各个端口不能同时达到匹配或功 率分配口之间的隔离。但通过加入电阻性 元件，进行适当设计，可以获得同时满足 匹配和隔离的要求。
信号从端口3输入 ，分别从端口1和2输出，彼此 之间没有耦合。隔离电阻R，实现输出端口之间 的隔离。由于结构对称，当信号从端口3输入时， 在两段传输线的对应点上，电压是等幅同相的， R上没有电流，相当于R不起作用；而当信号从端 口1输入时，它将分两路到达端口2，只要R的数 值及位置选择合适，可使此两路信号互相抵消， 从而使得1、2两端口隔离。 可以用奇、偶模分 析法对此二等分功率 分配器的特性进行分 析
/dv/dvs.htm
实验报告要求
1. 给出微带功分器电路中各段线的特性阻 抗值详细计算步骤。 2. 给出用MWO绘制的微带功分器版图，保 存仿真工程文件。 3. 记录MWO仿真得到的输入端口反射系数 |S11|、插入衰减|S12|、隔离度|S23|情况 图，并导出仿真数据，利用Origin软件重新 绘制各仿真结果图。 4. 讨论影响功分器工作带宽的因素。
福建省精品课程
微带功分器设计
Microwave and Photon Technology Dec 2008
概述
功分器是功率分配器的简称，它是把某一 路的微波输入功率，按规定比例分成两路 或多路输出的微波器件。 功分器的主要技术要求为： (1)输出功率的分配比例； (2)输出端口之间要相互隔离； (3)各输入输出端口必须匹配。