基于ADS仿真wilkinson功分器

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等分威尔金森功分器的设计与仿真

摘要摘要本文对一个等分威尔金森功分器进行了仿真，分析了功分器的基本原理，介绍了ADS软件基本使用方法，并选择了频率范围：0.9～1.1GHz，频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB，频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB，两个输出端口间的隔离度：C23>25dB为设计指标的等分威尔金森功分器。

先进行威尔金森功分器原理图的设计，再用ADS软件进行原理图仿真，得出的结论采用理论计算的结果作为功分器参数时，功分器并没有达到所需设计的指标，所以要对功分器的各个参数进行优化。

优化后所得到的最佳数据保存以后再进行功分器版图的仿真，各项指标基本达到设计所需的要求。

关键词：仿真，威尔金森功分器，ADS，优化ABSTRACTABSTRACTIn this paper a power dividers quintiles Wilkinson is simulated, and analyzes the basic principle of power dividers, introduces the basic use ADS software method, and choose the frequency range: 0.9～GHz, frequency band 1.1 input ports C11 > 20dB return loss:, frequency band insertion loss: C21 < 3.1 dB, C31 < 3.1 dB, between the two output port C23 > 25dB isolation ratio: for the design index equal power dividers Wilkinson. First conducts the power dividers Wilkinson schematic design, reoccupy ADS software simulation principle diagram, the conclusion of the theoretical calculation result as parameters when power dividers power dividers did not reach the required design to index, so the power dividers various parameters were optimized. After optimization of the best data preserves received after power dividers again, and all the indexes of simulation territory to meet the design requirements of basic required.Key words：Simulation Wilkinson Power dividers ADS optimization目录目录第1章引言 (1)1.1 功分器的发展概述 (1)1.2本次设计的主要工作 (3)第2章功分器的技术基础 (4)2.1基本工作原理 (4)2.2 功分器的技术指标 (6)第3章 ADS介绍 (8)3.1 ADS发展概述 (8)3.2 ADS 的仿真设计方法 (9)3.3 ADS的辅助设计功能 (10)3.4 ADS与其他EDA软件和测试设备间的连接 (15)3.5 ADS应用结论 (15)第4章功分器的原理图设计、仿真与优化 (16)4.1等分威尔金森功分器的设计指标 (16)4.2建立工程与设计原理图 (16)4.3基本参数设置 (16)4.4功分器原理图仿真 (19)4.5功分器的电路参数的优化 (26)第5章功分器版图的生成与仿真 (28)5.1功分器版图的生成 (28)5.2功分器版图的仿真 (34)第6章结论 (37)参考文献 (38)致谢 (35)外文资料原文 (36)译文 (44)主要符号表1P ...................................................1端口的输入功率 2P ...................................................2端口的输出功率 3P ...................................................3端口的输出功率 0Z ..................................................输入端口特性阻抗 02Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 03Z ..........................................4λ分支微带线的特性阻抗 2R .................................................2端口接的负载电阻 3R .................................................3端口接的负载电阻 2U .....................................................2端口输入电压 3U .....................................................3端口输入电压 2in Z ....................................................2端口输入阻抗 3in Z ....................................................3端口输入阻抗 r P ..........................................................反射功率 i P ..........................................................入射功率 11S .....................................端口2匹配时，端口1的反射系数 21S .........................端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数 31S .........................端口3匹配时，端口1到端口3的正向传输系数 11C ..........................................................回波损耗 21C ..........................................................插入损耗 31C ..........................................................插入损耗 23C ...........................................................隔离度第1章引言1.1 功分器的发展概述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。

威尔金森功分器

威尔金森功分器一、实验目的：1、了解功率分配器电路的原理及设计方法。

2、学习使用ADS软件进行微波电路的设计，优化，仿真。

3、掌握功率分配器的制作及调试方法。

二、实验任务：1、了解功分器的工作原理。

2、使用ADS软件设计一个功分器，并对其参数进行优化、仿真。

3、根据软件设计的结果绘制电路版图，并加工成电路板。

4、对加工好的电路进行调试，使其满足设计要求。

三、实验内容、实验过程描述：1、设计指标：通带0.9－1.1GHz，功分比为1：1，带内各端口反射系数小于-20dB ，两输出端隔离度小于-25dB，传输损耗小于3.1dB。

在进行设计时，主要是以功分器的S参数作为优化目标进行优化仿真。

S21、S31是传输参数，反映传输损耗；S11、S22、S33分别是输入输出端口的反射系数。

S23反映了两个输出端口之间的隔离度。

2、用ADS软件设计（1）、打开ADS软件（2）、创建新的工程文件（3）、打开原理图设计窗口在原理图所设计窗口中选择微带电路的工具栏选用微带线以及连接好的原理图如下（5）设置微带电路的基本参数双击图上的控件MSUB设置微带线参数H:基板厚度(1 mm)Er:基板相对介电常数(4.8)Mur:磁导率(1)Cond:金属电导率(5.88E+7)Hu:封装高度(1.0e+33 mm)T:金属层厚度(0.03 mm)TanD:损耗角正切(1e-4)Roungh:表面粗糙度(0 mm)（6）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。

单击工具栏上的V AR 图标，把变量控件V AR放置在原理图上，双击该图标弹出变量设置窗口，依次添加W，L参数。

中间微带线的长度大约为四分之一波长(根据中心频率用微带线计算工具算出)，各个线宽的初始值可以用微带线计算工具算出，微带线的宽度最窄只能取0.2 mm(最好取0.5 mm以上)。

（7）S参数仿真电路设计在原理图设计窗口中选择S参数仿真的工具栏选择Term 放置在功分器三个端口上，用来定义端口1、2和3，点击图标，放置三个地，并按照下页图连接好电路。

威尔金森功分器总结

具体实施步骤如下： 2.1 首先按照之前的计算结果，创建几何模型，示意图如下：
几何建模参数
2.2 由于在 CST 中添加开放导波系统波的波导激励端口，需要有一定的规则，这是由数值计算方法本身决定的。具体如下所示：
我们这里选择的 k 分两种情况，端口 1 选择 k=4, 端口 2，3 则选择 k2=3。接下来添加离散网络元件隔离电阻：选择两个点之后，点击 2.3 添加频率范围为（2，5）GHz，设置网格参数，选择自适应网格加密，开始计算。即可。
注： W70 微带线的总长度为 L+L1+L2 ，经计算对应的电长度约为 90 degrees
layout 8）优化参数：通过设立优化求解器，建立优化目标后，通过不同的算法进行迭代，最终达到我们想要的技术指标。具体步骤如下ilkinson 功分器中心频率 f0 = 3 GHz，仿真带宽为 1-6 GHz；采用聚四氟乙烯（防潮，膨胀系数，其他材料还有罗杰斯，FR4...），epsilon_r = 4.3 做基板，基板厚度 h=0.8 mm；金属覆铜厚度 t 为 0.02 mm；（基板的参数在仿真前，先有厂商提供具体数值，epsilon_r,h,t，损耗都在一定范围内波动）
理论解释：参考【1】P228 “当信号从端口 1 输入时，功率从端口 2 和端口 3 输出。只要设计恰当，端口 2 和 3 的输出功率可以按一定比例分配（P3 = K^2 × P2），同时端口 2 和 3 保持相同的电压（V3 = V2），电阻 R 中没有电流（不消耗能量）。设计恰当要求：
Z 02 Z 0 K (1 K 2 ) ;
图2
ADS 仿真时的技术指标
1.2 仿真流程： 1.2.1 创建项目和原理图

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试一.实验目的:1.掌握功分器的原理及基本设计方法2.学会使用仿真软件ADS对功分器进行仿真3.掌握功分器的实际制作和测试方法,提高动手能力力二.实验内容:1设计一中心频率为1Ghz,工作频带0.9Ghz--1.1GHZ的3dB单节Wilkinson 功分器;2 指标要求:带内匹配S11≤-15dB, 功分-3.5dB≤S21≤-2.5Db, 隔离S23≤-15dB;3 微带线基板的相对节点常数ε=2.65,微带线基板的厚度h=3mm,损耗角正切0.003三.实验仪器微波无源试验箱一台,矢量网络分析仪一台,TXLine2001,ADS软件;四.实验过程Ⅰ.原理图设计a、根据实验的指标要求计算微带的尺寸,计算得50Ω的微带线宽度为8.195mm,四分之一波长为50.748mm。

b、打开ADS软件,创建项目,在元件库选择元器件MSUB、V AR、MLIN、MTEE、MSOBND和电阻R=100Ω。

搭建如下图所示的原理图并输入参数:Ⅱ.功分器仿真:a、选择S参数仿真元件面板,设置参数,起始频率0.6GHZ,频率扫描终止值1.4GHZ,步长为0.005GHZ。

b、插入优化控件Optim和4个目标控件Goal,修改其参数如图1;c、进行仿真,单击Simulate图标,进行仿真,在数据显示窗用矩形表示S 参数曲线图表示,如下图d、生成版图,先将原理图中的TERM、电阻和接地以及优化控件去掉,生成版图后按其实际的大小打印,如下图:Ⅳ.实物制作将打印的功分器版图贴在铜箔上,用刀切割铜箔,切割完成后,将铜箔粘到实验板上,如下图1.粘贴铜箔时要整齐,可先用粘性不太大的胶带粘在刚切好的铜箔上,让后再贴在实验板上;2.粘贴铜箔时要平整,在用万用表的欧姆档进行验证。

有响声表示短路则说明连接好了;Ⅴ. 实物测试及结果。

威尔金森功分器设计与仿真

威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器（Wilkinson Power Divider）是一种常用的微波功分器，广泛应用于无线通信和雷达系统中。

它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口，并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。

本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中，RF in为输入端口，RF out1和RF out2为输出端口，Z0为特征阻抗，Z1和Z2为等效阻抗，Z3为耦合阻抗。

在设计过程中，首先需要确定特征阻抗Z0的数值，一般为50欧姆。

然后，根据所需的功分比例，计算等效阻抗Z1和Z2的数值。

最后，选择合适的耦合阻抗Z3，使得整个电路达到最佳的工作性能。

2.威尔金森功分器的仿真方法首先，打开ADS软件并创建一个新的工程。

然后，在工程中添加一个新的设计，选择“Schematic”类型。

在Schematic设计界面中，依次添加所需的元件，包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。

其中，传输线用于连接输入端口和输出端口，阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配，耦合器用于实现信号的均匀分配。

接下来，设置传输线的特性阻抗和长度，以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。

通过调整这些参数，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

完成电路设计后，可以进行仿真和优化。

选择“Simulation”菜单，设置仿真参数，如频率范围和步长。

然后，运行仿真并得到结果。

根据仿真结果，可以评估电路的性能，并进行优化。

如果需要改变功分比例或工作频率范围，可以调整各个元件的数值，并重新运行仿真。

最后，完成电路设计和优化后，可以进行PCB布局和封装设计。

根据实际需求，选择合适的材料和尺寸，并进行布局和封装设计。

总结：本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

通过合理选择和调整各个元件的数值，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

Wilkinson功率分配器的仿真

实验一Wilkinson 功率分配器的仿真2013级电信2班20131305047 王庭哲一、实验目的1. 掌握功分器的原理及基本设计方法2. 学会使用仿真软件HFSS对功分器进行仿真3. 掌握功分器的实际制作和测试方法，提高动手能力力二、实验原理在微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，通常使用功率分配器。

图1即为一个典型的带有负载是一分二微带型功率分配器电路图。

图1 微带功分器电路图当信号从端口1输入时，功率从端口2和端口3输出，只要设计恰当，输出可按一定比例分配，并保持电压同相，电阻R上无电流，不吸收功率。

若端口2或端口3稍有失配，则有功率反射回来，为电阻所吸收。

从而保证两输出端有良好的隔离，并改善输出端的匹配。

设端口3和端口2的输出功率比为k2，即同时由于端口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V2与端口3的电压V3相等，即V2=V3。

又因为端口2和端口3的输出功率与电压的关系为将式(2)代入式(1)中，得式中：Z2和Z3为端口2和端口3的输出阻抗，若选择可满足式(3)，为了保证端口1匹配，应有同时，考虑到则所以为了端口2与端口3隔离，即端口2或端口3的反射波不会进入端口3或端口2，可选在实际情况下，输出端口的阻抗也是Z0，因此，采用四分之一波长阻抗变换器，在端口2和端口3各加一段传输线，特性阻抗分别为如果是等功率分配器，则P2=P3，k=1，于是有三、实验步骤（一）HFSS建模过程1.新建工程power divider并设立参数2.绘出底板参数如图3.绘出地板4.在底板上添加微带线5.添加隔离电阻隔离电阻参数6.添加端口7.添加空气盒子盒子参数隔离电阻微带线地板空气盒子端口（从上至下分别为1,2,3）仿真设置四、实验结果及分析1.由一图可以看出曲线S(2,1)接近3dB，即S（2,1）基本满足要求2.由图二可知三个端口的匹配状况S(1,1) S(2,2) S(3,3)在理想状况下反射系数应为0即负无穷dB。

ADS的等分威尔金森功分器仿演示课件

本科毕业设计论文答辩毕业设计课题：
等分威尔金森功分器的设计
指导老师：学生：
1
选题背景及意义
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。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。
功分器实物图：
2
课题任务及主要技术指标
课题任务：通过功分器的学习，利用ADS仿真软件，设计一个等分威尔金森功分器，并仿真得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标： • 频率范围：0.9～1.1GHz • 频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB • 频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB • 两个输出端口间的隔离度：C23>25dB
• 功分器设计的重点功分器原理图的仿真及优化
• 功分器设计的关键是电路参数的优化，以及版图的仿真。
6
威尔金森功分器原理图
7
原理图生成的功分器版图
8
课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
9
结论：从图中结果可以看出，采取理论计算的结果作为功分器的参数时，除了S11 参数外，各项指标都不上十分理想，功分器在所要求的全频带内隔离度没有达到指标，并且平坦度较差，并且当频率偏移中心频率1GHz时，S11参数出现了严重的恶化，所有还需要对功分器的各个参数进行优化。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
功分器电路结构图
4
主要内容
• 首先介绍微带型的功分器的工作原理和主要技术指标；
• 利用ADS对功率分配器的电路原理图进行设计、仿真及其优化；

基于ads传统wilkinson功分器设计与仿真

传统wilkinson功分器设计与仿真汪学明(华东交通大学南昌330013)【摘要】随着通信技术的加速发展，传统的Wilkinson功分器已经无法满足多频及宽带的技术需求。

基于ADS仿真设计软件，根据传统的功分器原理和结构，设计了一款谐振频率在4.9GHz附近的标准Wilkinson功分器。

【关键词】Wilkinson功分器微带ADS1 引言功分器主要用于功率分配，将一路输入信号分成两路或多路较小的输出功率信号，功分器在微波射频通信电路中有着广泛的应用。

Wilkinson功分器是射频通信系统的关键组成部件之一，近年来随着通信技术的加速发展，传统的Wilkinson功分器已经无法再满足其要求，因为其无法满足多频及宽带的技术需求。

本文设计了一款传统的工作频率在 4.9Hz的Wilkinson功分器。

众所周知，4.9GHz是未来5G网络中心频段，设计这款功分器也是为了能更好地迎合未来的技术需求。

2功分器工作原理微带型功分器的电路结构如图1所示。

图1 功分器电路结构其中，输入端口特性阻抗为Z0；两段分支微带线电长度为λ/4，特性阻抗分别为Z02和Z03，终端分别接负载R2和R3。

功分器各个端口特性如下：◆端口1无反射◆端口2和端口3输出电压相等且同相◆端口2和端口3输出功率比值为任意指定值1/K²故有：1 Z in2+1Z in3=1Z0(1)K2=P3P2,P2=12∗U22R2, P3=12∗U32R3(2)U2= U3(3)由四分之一波长传输线阻抗变换理论得：Z in2∗ R2=Z02,2 Z in3∗ R3=Z032(4)设R2=KZ0，则Z02、Z03、R3为：Z02=Z0√K(1+K2)Z03=Z0√(1+K2)K3,R3=Z0K(5)为了增加隔离度，在端口2和端口3之间再增加一个电阻R，隔离电阻R的阻值为：R=Z0(K+1K)(6)当k=1时，上面的结果化简为功率等分情况。

另外，输出线是与阻抗R2=kZ0和R3=Z0/k匹配的，而不与阻抗Z0匹配。

Wilkinson 功率分配器的设计

Wilkinson 功率分配器的设计一、实验目的1. 掌握功分器的原理及基本设计方法。

2. 学会使用ADS 对功分器进行仿真。

3. 掌握功分器的实际制作和测试方法，提高动手设计能力。

二、实验仪器微波无源试验箱一台、矢量网络分析仪一台、电脑一台、ADS 软件 1套微波软件三、实验过程及仿真结果1. 创建项目和原理图，并修改相关参数。

使Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;中心频率=1GHz（1）在原理图设计窗口元件面板中选择“TLines-Microstrip ”元件库，选择MSub,并修改它的参数。

（2）选择变量插件VAR ，设置变量W50=8.2、W70=4.6、L1=11、L2=12、L3=4、L4=13、Lx=5。

（3）在“TLines-Microstrip ”选择MLIN 和MTEE,加入MSOBND,并设置数值，连接电路。

2. 原理图优化及仿真（1）选择S 参数仿真元件面板“Simulation-S_Param ”，选择负载终端Term ，Term1为输入端口，Term2、Term3为输出端口，连入功分器。

选择仿真控件SP ，设置参数：Sweep Type 为Linear ；Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;Step-size=0.005GHz.（2）双击VAR，对L1、L2优化（3）选择原理图元件面板的“Optim/Stat/Yield/DOE”,选择Optim、Goal,优化4个目标控件，设置相关数值。

（4）仿真，查看原理图仿真数据。

3.版图生成去掉Term和“接地”及优化控件；选择原理图的“Layout”>“Generate/Update Layout”,默认其设置。

弹出“Status of Layout Generation”,将窗口内容与原理图比较，确认后“OK”，完成版图。

四、实物制作与测试将功分器的版图打印出来，利用刀和尺切割铜箔，切割完后将其黏贴在微波板的相应位置，最后将隔离电阻焊接在功分器的隔离位置处。

Wilkinson功分器设计与仿真

2.建立工程与设计原理图
建立工程：这部分主要是对ADS软件的运用。设计原理图：大致分为五个小的部分，输入端口，两个匹配分支和两个输出端口。
a) 所用电路元件为“TLines-Microstrip”元件库中的：
：：一般微带线：弧形微带线：微带T型结
: 微带基片
: 薄膜电阻
b) 在微带线器件面板中选择MLIN与MTEE插入原理图中，并用导线连接起来，构成功率分配器的输入端口。双击MLIN、，在弹出的参数设置窗口中设置MLIN的W=w1mm、L=5mm。用同样的方法设置MTEE的 W1=2mm，W2=w2mm和W3=w1mm。完成参数设置设计出来的输入端口电路，输入端口的电路连接如图1 所示。
中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量，而微带功分器在实践应用中显得更为突出。
3.Wilkinson功分器的优点
Wilkionson具有一些独特的优点如下：功分器可以用作合成器,合成器也可以用作功分器，功率容量较低，可以均分输出设计或者不均分输出分设计，不可以传输DC，隔离度高。它的这些优点使它具有相当高的研究价值
图12：由原理图生成的功分器版图
2. 功分器版图的仿真
生成功分器的版图后，为观察功分器的性能，需要在版图里再次进行S 参数的仿真。参数设置与前面S参数仿真类似。本次功分器版图的仿真结果如图13所示。可以看出能满足设计指标的要求。
• • •
功分器各个端口特性如下: （1）端口1 无反射（2）端口2 和端口3 输出电压相等且同相（3）端口2、端口3 输出功率比值为任意指定值1/ k 2 由这些条件可以确定Z02,Z03及R2,R3的值。由于端口“2”, 1u u “3”的输出功率和输入电压的关系为:P2=， 1 P3= 2R 2R P U U K 因为有：K P 2R 2R 又因为：U2 = U3 R2 K 2 R3 若取： R2 = KZ0 则 R3 =Z0/k 由条件端口1 无反射,即要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗 Z 等于Z0。由于在中心频率处 / 2 则 Zin3 R02 ， Z Z 均为纯电阻， R 1 1 1 2 所以： Z Z Z

ADS软件仿真技术

ADS的仿真流程
S DC
激励 ADS 模型
P-1
控件

启动ADS2009
1. 程序菜单启动 2. 桌面快捷方式启动

创建新的工程文件

项目文件夹视图
一个项目的所有设计及数据都包含在以上几个文件夹中（基于ADS2009） data:项目中的仿真数据 mom_dsn:项目中与钜量法有关的设计及数据 networks：项目中的原理图及布局图 synthesis：项目中数字信号处理的相关数据 verification：项目中的设计规则及校验数据
Stop time：仿真执行的终止时间 Time step：仿真执行的时间间隔（这个设置决定了包络信号的带宽，一般时间需＜1/（2*BW））
实例：主窗口【View】>【Example Directory】 >RFIC>Mixers_prj>IMDRFSwpEnv.dsn
瞬态（Transient）仿真控制器

基于SPICE仿真，直接在时域给出电压、电流和相关参量的变化特性，但随着频率的升高、需要处理的数据点也随着增多，所以一般不处理高频电路与传统的SPICE仿真相比，ADS瞬态分析可直接使用频域分析模型，如传输线、分布参数滤波器等可用于VCO起振、PLL锁定过程以及ALC电路分析
实例：主窗口【View】>【Example Directory】 >Tutorial>SimModels_prj>TRAN1.dsn
ADS中调谐与优化
调谐的方法简便，但如果需要调谐的参数过多，就很难迅速、准确的达到目标。优化是ADS软件自动完成的只需要两步操作： 1.设置元件参数的优化取值范围 2.添加优化控件和目标控件

一种改进型Wilkinson 功分器的设计方案

一种改进型Wilkinson 功分器的设计方案0 引言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2.4~2.483 5 GHz 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λg 4 .实现等功分3 dB 设计的Wilkinson 功分器，基本原理与设计公式在参考文献[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°( λ 2)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λ 2 长度的传输线后，大大提高了电路布局的灵活性。

大连海事大学射频电路设计威尔金森功分器设计实验报告

实验二：wilkinson 功分器设计报告一、实验目标1. 掌握功分器的原理及基本设计方法。

2. 学会使用电磁仿真软件ADS 对功分器进行仿真。

3. 掌握功分器的实际制作和测试方法，提高动手设计能力。

二、实验要求1. 充分做好实验前的准备工作，认真学习电磁仿真软件ADS 。

2. 掌握微波器件和微波测试仪器的使用方法，以免损坏器件和仪器。

3. 分析仿真结果与测试结果，记录必要数据。

三、设计思路四、理论设计：Wilkinson 功率分配器有三端口网络构成，如下图，信号由端口1输入，端口2和端口3输出。

理想3dB 微带wilkinson 功率分配器的散射参量为 S=-1/因为S11=S22=S33=0，所以理想状态下在中心频率，三个端口是完全匹配的。

因为S21=S31=-j/ ，所以在端口1有输入而其他端口匹配时，端口2和端口3有等幅同相的输出，并且都比输入信号之后90度，这说明这是一个功分比为1的3dB 功率分配器。

因为S23=S32=0,所以这个功率分配器两个支路是完全隔离的。

因为有段，所以这个功率分配器不是带宽器件。

功分器的技术指标主要包括频率范围、端口电压驻波比或回波损耗、输入输出间的传输损耗、输出端口间的隔离度。

1.频率范围频率范围是各种射频和微波电路工作的前提，功率分配器的设计结构和尺寸大小与工作频率有密切关系，必须首先明确功分器的工作频率，才能进行具体的设计工作。

本实验取，中心频率f0=1GHz 带宽BW ：0.9GHz —1.1GHz 。

2.端口的电压驻波比（回波损耗）理论设计ADS 软件仿真加工制作实验测试调试修正端口的电压驻波比或反射系数是射频和微波电路的一个重要指标，它反映了端口的匹配状况。

端口1，端口2和端口3的电压驻波比或反射系数，分别有散射参量S11，S22，S33决定。

其中端口1的电压驻波比为用同样方法可以测得端口2和端口3的电压驻波比和回波损耗。

3.输入输出时间的传输损耗定义为输出端口2（端口3）的输出功率P2(P3)和输入端口1的输入功率P1之比，记为输入输出时间的传输损耗是由于传输线的介质或者导体不理想等原因导致的，介质的损耗角正切和导体的电导率是形成损耗的原因。

宽带Wilkinson功分器的设计与仿真

宽带Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ功分器的设计与仿真作者：张中雷张任来源：《中国教育技术装备》2009年第15期摘要介绍宽带功分器的设计方法，设计工作频带在1 GHz～3 GHz的微带线功分器，并使用Agilent公司的ADS软件进行仿真，得到理想的结果。

关键词微波器件；微带线；Wilkinson功分器；宽带中图分类号：TN626 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）15-0091-02Design and Simulation of Broadband Wilkinson Power Divider//Zhang Zhonglei, Zhang RenAbstract In this paper, the authors demonstrate the method of design a broadband power divider, and devise a microstrip power divider that works in a frequency range from 1 GHz to 3 GHz, moreover, utilize ADS of Agilent Technologies to simulate, obtain a series of ideal results.Key words microwave device；microstrip；Wilkinson power divider；broadband Author’s address No.722 Research Institution of CSIC, Wu han 4300791 前言在微波系统中，功分器是将输入功率分成等分或不等分的多路功率输出的一种多端口微波器件，将发射功率按一定的比例分配到各发射单元，因此功分器在微波系统中有着广泛的应用[1]。

它的性能好坏直接影响到整个系统能量的分配、合成效率。

(完整word版)基于ADS仿真wilkinson功分器

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/k 2 由这些条件可以确定Z o2、Z o3以及R 2、R 3的值。

2.功分器技术指标计算 (1) 输入端口回波损耗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s11=−10Log(P r P i )(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S21=−10Log(P2P1) S31=−10Log(P2P1)(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S23=−10Log(P2 P3 )(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K2=P2 P3(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。

Wilkinson功分器设计与仿真

Wilkinson功分器设计与仿真Wilkinson功分器是一种常用的微波功分器，广泛应用于射频和微波领域。

它可以将一个输入信号分成两个相等的输出信号，同时提供良好的功率分配和隔离性能。

在本文中，将对Wilkinson功分器的设计和仿真进行详细讨论。

首先，我们需要了解Wilkinson功分器的基本原理。

它由三个端口构成：一个输入端口和两个输出端口。

输入信号通过一个负载阻抗为Z0的电阻网络分成两个输出信号。

这个电阻网络由两个相等的阻抗为Z0/2的电阻和一个相等于Z0/√2的电容组成。

通过适当的设计和匹配，可以实现功率分配和隔离性能的最佳效果。

接下来，我们将讨论Wilkinson功分器的设计步骤。

首先，确定输入和输出的工作频率范围。

然后，选择合适的电阻和电容值，以满足所需的功率分配和隔离性能。

一般来说，电阻的阻值应为Z0/2，而电容的容值应为Z0/√2在设计过程中，需要进行一些计算和优化。

首先，计算输入和输出端口的阻抗匹配。

使用S参数和阻抗转换公式，可以得到所需的电阻和电容值。

然后，使用电磁仿真软件，如ADS或CST，对设计进行仿真和优化。

通过调整电阻和电容的值，可以获得最佳的功分和隔离性能。

在进行仿真时，需要考虑一些关键参数。

首先是功率分配性能，即两个输出端口的功率是否相等。

通常，我们希望它们的功率差异尽可能小。

其次是隔离性能，即两个输出端口之间的信号隔离程度。

我们希望它们之间的隔离尽可能高。

最后是带宽，即功分器在工作频率范围内的性能稳定性。

我们希望功分器在整个频率范围内都能提供稳定的功分和隔离性能。

在完成设计和仿真后，可以进行实际制作和测试。

制作功分器时，需要使用合适的材料和工艺。

常用的材料包括微波陶瓷、FR-4等。

制作完成后，需要使用网络分析仪等测试设备对功分器进行性能测试。

测试中需要关注功率分配、隔离和带宽等参数，以验证设计的正确性。

综上所述，Wilkinson功分器是一种重要的微波功分器，具有良好的功分和隔离性能。

基于ADS的1∶4 Wilkinson正交功率分配器设计与实现

基于ADS的1∶4 Wilkinson正交功率分配器设计与实现万建岗;陈鹏;葛代河;邓静【摘要】A 1∶4 orthogonal Wilkinson power divider operating on S⁃bandis introduced. The power dividerconsists of three 1∶2 Wilkinson power dividers in 2⁃stage cascade,and an orthogonal network is formed by adding aλ/4 microstrip line.The power gain bal⁃ance is also designed.The circuit is optimized by the simulation software ADS.The results of simulation with S parameters,circuit layout and 1∶4 picture of Wilkinson divider are presented,which show that within the 2.7~2.9 GHz operating band,the input/output VSWR is less than 1.3,the isolation less than -24 dB,the insertion loss less than or equal to 0.3 dB,the phase offset less than 5°(relative to standard phase) .%设计了一个S波段1∶4Wilkinson正交功率分配器。

该功率分配器由3个1∶2 Wilkinson功率分配器二级级联构成，加入λ／4微带传输线，形成正交网络，同时对功率分配器进行了增益均衡设计，应用微波仿真软件ADS对电路进行了优化设计，给出了S参数仿真结果、电路版图及实物图，测试结果表明，在2�7～2�9 GHz工作频率范围内，输入∕输出端的驻波比＜1�3，隔离度＜－24 dB，插入损耗≤0�3 dB，相位偏差小于5°（相对于标准相位）。

基于ADS的等分威尔金森功分器仿真PPT课件

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无线电发射设备中，为了保证足够远的传输距离，待传输信号须经过一系列的功率放大直至获得足够大的功率再送至发射天线。采用功率合成技术将多路固态器件输出功率进行同向叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。
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本科毕业设计论文答辩毕业设计课题：
等分威尔金森功分器的设计
指导老师：学生：
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选题背景及意义
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。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。
• 功分器设计的重点功分器原理图的仿真及优化
• 功分器设计的关键是电路参数的优化，以及版图的仿真。
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威尔金森功分器原理图
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7原理图生成的功分器版图. Nhomakorabea8
课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
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结论：从图中结果可以看出，采取理论计算的结果作为功分器的参数时，除了S11参数外，各项指标都不上十分理想，功分器在所要求的全频带内隔离度没有达到指标，并且平坦度较差，并且当频率偏移中心频率1GHz时，S11参数出现了严重的恶化，所有还需要对功分器的各个参数进行优化。
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功分器的发展趋势
近年来随着我国国民经济和科学技术的发展，电子信息尤其是无线通信日新月异，3G还没普及，4G已经崭露头角，功率分配器不仅应用在射频功率的分配和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中，采用阵列天线的技术是提高探测距离是较为理想的选择，阵列天线的关键技术——功分器的研制就相当重要。

威尔金森(wilkinson)功分器设计

此功分器比较简单。

如果只是做仿真，ADS较为方便，如果要做实物或产品的话，HFSS比较可靠。

本人亲测HFSS仿真结果和实物基本一致，ADS差别不一。

多节功分器原理和单节一样，网上有多节等分功分器归一化数据表格，按照表格中的值球的传输线阻抗得到的功分器只需要少许优化即可。

接下来以双节8-11G功分器大致介绍一下设计流程。

如图所示，L0和L3都是Z0阻抗的传输线，一般选择为50Ω，在ADS中可以算出现款和线长，线的长度L0和L3对功分器没太大影响，所以在做的时候可以根据要求增加或减少。

因为是8-11G的，f2/f1<1.5，所以双节的都满足要求，可以用频带宽度比为1.5的功分器，这样的话隔离度更好。

查表得到L1L2归一化阻抗分别是1.1998和1.6070归一化电阻为5.3163和1.8643，得到阻抗和电阻值分别是60、80.33和93、265，注意的是电阻顺序是倒过来的这样分别用微带线计算软件算得两段线的带宽和π/4线长，分别是0.324/6.28和0.653/6.15，这样在HFSS中九可以建立模型仿真，在建模的时候做成参数模型，这样可以调节和优化，电阻直接在合适的地方画一个矩形，右键lumped RLC可以设置。

模型可以做成实际的0.035mm的铜，也可以设置成perfect E，大致都差不多，我做过一个，实测和仿真基本上一致，损耗都在3.2左右，隔离倒是有点差，差了约5db。

有些做成弧形，原理都是一样，个人觉得倒是美观很多。

弧形这个是我对上面功分器改变形状得来的，出来的效果只是差了一点点。

对了，基片背面需要铺地，否则仿真时可能有问题，本人也是兴趣自己做着玩的，不是专业的，有错请指正，有需要模型或交流的可以联系我，最后总结一下。

1、建模的时候最好建立参数模型，可调可优化；2、基板背面最好铺地；3、在仿真的时候波端口向量应该向接地（向下）；4、归一化电阻值顺序和归一化阻抗是相反的；5、输入端的驻波比要好好仿真，容易变差；。