微带功分器作业-1

功率分配器的设计与仿真

1.功率分配器定义

在微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。功率分配器反过来使用就是功率合成器，所以通常功率分配/合成器简称为功分器。在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器，而且功率分配器常是成对的使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。1960年，Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N

端口功分器。以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。最初它的原始模型是同轴形式，此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展，工程中大量使用的是微带线形式，大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。

和其他的微带电路元件一样，功率分配器也有一定的频率特性。当频带边缘频率之比f1/f2=1.44时，输入驻波比（VSWR）<1.22时，输入驻波比（VSWR）下降到1.42，两端口隔离度只有14.7dB。威尔金森功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用。为了进一步加宽工作带宽，可以用多节的宽频功率分配器，即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目。

目前常见的微波功分器是采用微带线或腔体波导等结构的分布参数功分器。腔体波导功分器插损小、平衡度好，但隔离度较差，制作工艺较复杂，微带功分器制作简单，但相对带宽较小。而且以上分布参数功分器仅限于微波波段的窄频带应用，在微波频段以下，小型化、宽带功分器的制作比较困难。

功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗。支路端口间的隔离度、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，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。

（2）承受功率。在大功率分配器/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。一般地，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率分配器的功率分配比

有关。如两等分功率分配器的分配损耗是3dB ，四等分功率分配器的分配损耗是6dB 。定义：

10lg

in d out

P A P = （2-13）

式中

in out P kP = （2-14）

（4）插入损耗。输入输出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，考虑输入端的驻波比所带来的损耗。定义

i d

A A A =- （2-15）

其中，A 是实际测量值。在其他支路端口接入匹配负载，测量主路到某一支路间的传输损耗。可以想象，A 是理想值就是A d 。在功率分配器的实际工作中，几乎都是用A 作为研究对象。

（5）隔离度。支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，i 口和j 口的隔离度定义为

10lg

in

ij out P A P = （2-16）

隔离度的测量也可按照这个定义进行。

（6）驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。

2.功率分配器原理

正交混合电桥是一种直通臂②和耦合臂③输出功率平分并有90°相位差的3dB 定向耦合器。

微带双分支定向耦合器

其特性是当所有端口匹配时，由端口①输入的功率：110S =

直通臂②：一路经/4g λ、另一路经3/4g λ（不幅度反相）在②口相减输出,输出相位比①口输入的相位滞后/2π,

21S =- 耦合臂③：一路经/2g λ、另一路经/2g λ（等幅同相）在③口输出，输出相位比①口输入的相位滞后π,

31S =

隔离口④：一路经/4g λ、另一路经3/4g λ（等幅反相）在④口输出，④无输出。410S =

3.实验仿真结果

3.1功分器的具体尺寸如下图所示，单位为mm 。

仿真的三维立体图：

3.2 S参数曲线图