基于ADS的等分威尔金森功分器仿真ppt
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。
ADS_功分器 ppt课件
优化目标的设置（续）
这里总共设置了四个优化目标，由于 电路的对称性，S31和S33不用设置优 化。S11和S22分别用来设定输入输出 端口的反射系数，S21用来设定功分 器通带内的衰减情况，S23用来设定 两个输出端口的隔离度。
ppt课件
21
优化目标的设置（续）
ppt课件
22
进行参数优化
设置完优化目标后最好先把原理图存储一下，然后就可 以进行参数优化了。
创建新的工程文件（续）
同时原理图设计窗口打开
ppt课件
9
功分器的设计
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。
2
1
ppt课件
3 10
功分器的设计（续）
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。
选择微带线
以及
控件MSUB 分别放置在绘图区中
选择画线工具 将电路连接好，
连接方式见下页图（本图只是提
供参考，还有其它形式可供选择。）
ppt课件
12
功分器的原理图示例
ppt课件
13
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(0.8 mm) Er:基板相对介电常数(4.3) 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)
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。
ADS软件仿真技术PPT
ADS仿真的概念和特点
ADS核心仿真方法
电磁仿真分析（Momentum） 基于钜量法（MOM），可用于2.5D平面电磁仿真分析。
可计算微带线、带状线、共面波导等的电磁特性，天线的辐 射特性以及电路板上的寄生、耦合效应。仿真结构为S参数、 远区辐射场以及表面电流分布。 托勒密分析（Ptolemy）
结果
5
ADS仿真的概念和特点
射频仿真设计中的三个阶段
系统级设计 电路级设计 器件级设计
需求
•用户需求 •系统目标 •网络结构 •其他
统设计
迭代
RF电路设计
RF器件设计
RF设计流程
基带部分
集成
6
ADS仿真的概念和特点
ADS系统级分析 ADS电路级分析 ADS器件级分析
7
ADS仿真的概念和特点
22
ADS仿真软件的基本使用
Smith Chart Utility Tool ➢ ADS提供的一个史密斯圆图计算工具软件
23
ADS仿真软件的基本使用
ADS中的主要仿真控制器
在ADS中对每一种典型的电路分析方法都有相应的仿真控 制器，需要熟练地掌握这几种仿真控制器的使用。 直流（DC）仿真控制器 交流（AC）仿真控制器 S参数仿真控制器 谐波平衡仿真控制器 大信号S参数仿真控制器 增益压缩（XDB）仿真控制器 包络（Envelope）仿真控制器 瞬态（Transient）仿真控制器
在ADS2008之后的版本中加入了基于FEM的EMDS，可以 对3D视图进行查看，但操作没有HFSS那么人性化。
通过设置S参数控件就可以进行S参数仿真。
43
ADS软件仿真实例
1.射频无源器件的设计-微带威尔金森功分器
T型功分器的设计与仿真.
T型功分器的设计与仿真1.改进型威尔金森功分器的工作原理功率分配器属于无源微波器件，它的作用是将一个输入信号分成两个(或多个)较小功率的信号，工程上常用的功分器有T型结和威尔金森功分器。
威尔金森功分器是最常用的一种功率分配器。
图1所示的为标准的二路威尔金森等功率分配器。
从合路端口输入的射频信号被分成幅度和相位都相等的两路信号，分别经过传输线Bl和BZ，到达隔离电阻两端，然后从两个分路端口输出，离电阻R两端的信号幅度和相位都相等，R上不存在差模信号，所以它不会消耗功率，如果我们不考虑传输线的损耗，则每路分路端口将输出二分之一功率的信号。
图1威尔金森功分器但是这种经典威尔金森等功率分配器有几个缺点:1、大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大因此电阻的体积也会比较大2、如果功分器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这样就需要考虑电阻的分布参数。
3、为了提高功分器性能，就要尽量减小Bl和BZ这两段传输线之间的藕合，因此在实际设计时，要求四分之一波长传输线Bl、BZ之间的距离较大，在低频应用时，由于四分之一波长较长，占用面积还是太大了，此外，四分之一波长传输线Bl、BZ的阻抗较高，因此线宽较细，制板的相对误差更大[24]。
为克服这些缺点，本文采用了一种改进型的威尔金森等功率分配器，如图2所示图2 改进型威尔金森功分器可以看到，它仅由四段传输线组成，没有隔离电阻。
传输线A 、Cl 、CZ 的特 征阻抗均为Z0。
传输线B 位于A 和Cl 、CZ 之间，它的电长度为四分之一波长， 特征阻抗为Z0/2。
从合路端输入的信号，通过传输线B ，被分成幅度和相位相等的的两路信号，分别经过传输线Cl 和C2到达分路端口一和二，在整个结构中，传输线B 起到了阻抗变换的作用。
从传输线A 、B 相接处向左看，输入阻抗为Z0。
从传输线B 与C1、C2相接处向右看，输入阻抗为Z0/2。
利用四分之一阻抗变换器的原理我们知道，传输线的特征阻抗为2/00Z Z ∙，即Z0/2。
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_功分器 ppt课件
在绘制版图时受加工工艺的限制，尺寸精度到0.01mm 即可，线宽和线间缝隙要大于0.2mm。
考虑到加工电路板时的侧向腐蚀问题，微带线的宽度 和长度要适当增加。
版图的大小要符合规定尺寸，功分器的两个输出端口 的间距要符合规定值，以便于安装在测试架上。
ppt课件
36
（六） 功分器电路的调试
ppt课件
32
版图的仿真（续）
点击Momentum -> Simulation -> Sparameter弹出仿真设置窗口，该窗口右侧的 Sweep Type选择Adaptive，起止频率设为与 原理图中相同，采样点数限制取10 (因为仿 真很慢，所以点数不要取得太多)。然后点击 Update按钮，将设置填入左侧列表中，点击 Simulate按钮开始进行仿真。仿真过程中会 出现一个状态窗口显示仿真进程(见下页图)。
版图的仿真
首先要由原理图生成版图，生成版图前先要把原理图 中用于S参数仿真的两个Term以及接地去掉，不让他们 出现在生成的原理图中。去掉的方法与前面关掉优化 控件的相同，都是使用 按钮，把这些元件打上红 叉(见下页图)。
然后点击菜单中的Layout -> Generate/Update Layout， 弹出一个设置窗口，直接点OK，又出现一个窗口，再 点OK，完成版图的生成，这时会打开一个显示版图的 窗口，里面有刚生成的版图。
ADS软件仿真技术 ppt课件
Value：初始值 Max：调谐最大值 Min：调谐最小值 Step：调谐间隔
在设置前需 要确保原理 图上已放置 了一个仿真 控制器。
ADS仿真软件的基本使用
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
在ADS2008之后的版本中加入了基于FEM的EMDS，可以 对3D视图进行查看，但操作没有HFSS那么人性化。 通过设置S参数控件就可以进行S参数仿真。
ADS软件仿真实例
1.射频无源器件的设计-微带威尔金森功分器
我们将版图仿真结果和原理图仿真结果进行对比， 发现两个仿真在3GHz以后频点就有所偏移，因此ADS 的原理图仿真在3GHz后就可能不太准。不过3GHz之 前的仿真还是可以接受。 通过以上介绍的方法，我们可以直接通过原理图仿 真快速地进行各种射频无源器件的设计。
ADS仿真软件的基本使用
显示 数据 窗口
仿真 结果
ADS仿真软件的基本使用
原理图设计窗口
菜单栏 工具栏
元器件 面板
元器件的电气连 接有两种方法： 直接连线和命名 节点。
ADS仿真软件的基本使用
版图设计窗口
ADS仿真软件的基本使用
数据显示窗口
以多种图表和格式显示数据 使用标记读取曲线上特定点的数据 使用方程式表现对数据的处理 用文本及插图注释结果
可以仿真优化功放、振荡器、混频器的非线性稳态 响应，用于分析电路的非线性，如噪声、功率压缩、谐波等。 电路包络分析（Circuit Envelope）
安捷伦的专利技术，其特点为对于任何类型的高频 调制信号（如GSM、QPSK、QAM、LFM）均可分解为时域与频域 两部分处理，ADS借鉴SPICE与谐波分析的优点，对低频调制 信号用SPICE，对高频载波用谐波平衡仿真。
威尔金森功分器总结
Z 03 Z 0 (1 K 2 ) K 3 ;
R
(1 K 2 ) Z0 ” K
2. 威尔金森功分器技术指标 频率范围，中心频率 f0 和带宽 BW 频带内输入端口的回波损耗，C11 频带内的插入损耗，C21，C31 两个输出端口之间的隔离度，C23 二、正文 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. ADS 仿真威尔金森功分器 1.1 技术指标如下图所示：
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
1.2.2 原理图建模 1）将 MUSB 插入原理图画图区，在画图去双击 MUSB，弹出设置对话框，对微带线设置参数设 置如下：
2 ）在菜单中选择变量 VAR 空间，插入到原理图的画图区，双击空间 VAR ，分别设置四个变量 W50,W70，L1，L2，L3，L4，Lx，分别赋值为 8.2，4.6，11，12，4，13，5。这里取这些值的依据在于下 图所示：
3）
4）
5）画出原理图如下：
6) 原理图的仿真：通过添加 S 参数求解器 SP。对 SP 的设置如下所示：
计算结果如下图：
7) 生成版图： 注：在生成版图前需要关闭与生成版图无关的项目，否则生成会出现各种各样的 bug。 同时，生成版图可以帮助我们很快地检查出那些语法上的错误，如单位错误
这里：L = L1+L2+(W50)/2
图 1 理想 3dB 微带 Wilkinson 功分器示意图 端口 1 输入，端口 2 和 3 作为输出。中间粉色的为隔离电阻。 由于结构对称，各路信号经过的电长度相同，因此在输出端口处于相同的电位，此时隔离电阻不消耗 任何功率。假如信号由于某种原因在输出端口 2 处发生反射，则反射信号功率一部分经过隔离电阻 R 传至 输出端口 3，另一部分功率反射回输入端口，并在支线处再度分配，重新由两支路传输至两个输出端口。由 于阻抗变换线的长度为λ/4，则两路反射信号到达端口 3 时的电长度相差 180 度，所以在端口 3 处，两路信 号幅度相等、相位 相反，彼此相消，从而实现两输出端口之间的相互隔离。对于任意分配比的混合型功率 分配器，隔离电阻的作用相同。 隔离电阻的作用： “从隔离电阻那里开始走起,左右对称,每边都是 1/4 波长,信号走完这两个 1/4 波长 后到达隔离电阻的另一端,但这个时候,在隔离电阻两端信号的电压正好相反,一起走了 1/2 个波长,可以在隔 离电阻上消耗,这样到达另一个端口的信号就没什么了,起到了隔离的作用.”
基于ADS的等分威尔金森功分器仿真PPT课件
.
13
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้口间的隔离度：C23>25dB
.
3
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；
• 为了更加贴近实际电路，在原理图仿真 的基础上，使用矩量法对版图进行进一 步仿真。
.
5
课题研究难点、重点及其 关键是什么？
• 功分器设计的难点功分器微带电路的设 计以及隔离电阻的选择。
• 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。
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。
2019年第九章功率分配器的设计与仿真.ppt
图9-6 功分器电路图原理图
（3）功分器电路仿真 •点击工具栏中 按钮进行仿真，仿真结束后会出现数据显示窗口 •点击数据显示窗口左侧工具栏中的 按钮，弹出设置窗口，在窗口左侧的列 表里选择S(1,1)即S11参数，点击 按钮弹出单位(这里选择dB) 设置窗口， 点击两次 按钮后，窗口中显示出S11参数随频率变化的曲线。用同样 的方法依次加入S22，S21，S12参数的曲线，由于功分器的对称结构，S11与 S22，以及S21与S12曲线是相同的。仿真曲线如图9-7所示
、
9.3.1Wilkinson功分器设计
•点击 ，新建电路原理图窗口，开始设计功分器 （2）在“Tlines-Microstrip”类中，选择 双击并修改属性。选择微带控件
，分别放置在原理图区中。选择画线工具 以及 按照图9-10所示将电路连接好，并双击每个元件设置参数。 （3）滤波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由微带线 计算工具得到。
第九章功率分配器的设计与仿真
【本章重点】
功分器的原理及技术指标 集总参数功分器的设计及仿真
Wilkinson功分器的设计及仿真
第九章 功率分配器的设计与仿真
在射频/微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率 分配器（简称功分器）。反过来使用的功率分配器是功率合成器。在近代射频/ 微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用功分器，而且通常功分器是成 对使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。 在20世纪40年代，MIT辐射实验室（Radiation Laboratory）发明和制造了种 类繁多的波导型功分器。它们包括E和H平面波导T型结、波导魔T和使用同轴探针 的各种类型的功分器。在20世纪50年代中期到60年代，又发明了多种采用带状线 或微波技术的功分器。平面型传输线应用的增加，也导致了新型功分器的开发， 诸如Wilkinson分配器、分支线混合网络等。 本章分析功分器的设计方法，并利用ADS2009设计中心频率为750MHz的集总参 数比例型功分器和中心频率为1GHz的集总参数等分型功分器，进而给出中心频率 为1GHz分布参数（Wilkinson）功分器的电路和版图设计实例。
基于ADS的功分器仿真设计
指标相对 比， 各个参数均达 到设计要求 。并 在 电路 图设计完成 的基础上 ， 使 将其 调整为功率输 入输 出测试 电路图 ，
利用 Ａ Ｓ软件测量电路输 人输 出端 口的功率 ， Ｄ 验证了原理图设计 的有效性 和可行性 。
关键词 ｔ 功率分配器 ； Ｄ Ａ Ｓ仿真 ； 离度 隔
中图 分 类 号 ： Ｎ １ Ｔ ８０
＝
２时 ， 波 比 Ｐ＜１ １ ， 离 度 ＞２ ｄ 。 当 忍 驻 ． 隔 １ ７Ｂ
＝
４ ／， ， ｆ ＝４时 ， 波 比 ｐ＜１ １ 隔 离 度 ＞２ ｄ 。 驻 ．０， ６ Ｂ
／ ， ０时 ， 波 比 Ｐ＜１２ ， ｆ ＝１ 驻 ． １ 隔离度 ＞１ｄ 。 ９ Ｂ
Ｎ节宽频带二等、 所 下两部 分 的 电路参 量
２
路输入分为两路输 出。 和其他微带电路元件一样 ， 分路器也有一定的
频率响应特性 。当频带边缘频率之 比 ／， ．４ ｆ ＝１４ 时， 输入驻波 比Ｐ＜ ．２ 能基本满足输 出两 口隔离 １２ ， 度 ＞ ０ Ｂ的指标要求。但当 ＝ ２ｄ ２时 ， 其各部分 的指 标开始下降， 隔离度 只有 １． ｄ ， ４ ７Ｂ 输入驻波 比也 达 到 １４ ． ．２ 。为 了进 一 步 加 宽 工 作 带宽 ， 以用 多节 可 的宽频带分功率分配器， 即和其他一些宽频带器件 样 ， 以增 加 节 数 ， 可 即增 加 Ａ／ ４线段 和 相应 的隔 离电阻 尺的数 目。分析结果表明， 即使节数增加不
用 到功率分配 器 ； ＦＤ 电路 中 ， ＲＩ 也需 要 将 特 定 的 功
率 均等地分 配到不 同的端 口去 ； 微 波 毫米 波 系 统 在 中广 泛应用功率 分配 器将 输入 功率分 配到各 个支 路 中， 功分器作为一 种低 耗 的无源 器件 已经必 不可少 。 将探讨 在 射 频 带 上 实 现 等 比 功 分 器 的 方 法 ， 用 并 Ａ Ｓ软件来 实现微 带线形 式 功分器 的设计 和仿 真 。 Ｄ
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
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
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。
P C21 10Log 2 20Log S 21 Pi
P3 C31 10Log P 20Log S31 i
3.输出端口间的隔离度 输出端口2 和输出端口3 间的隔离度根据输出端口2 的输出功率 和输出端口3 的输出功率之比来计算：
S 21 P2 C 23 10Log P 20Log S 31 3
目录：
选题背景 功分器的工作原理和技术指标 功分器原理图的设计与优化 功分器的版图生成与仿真
一选题背景：
1. 什么是功分器
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。
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。
微波工程威尔金森功率分配器ppt课件
二.基于QWOS的三波段带通滤波器
并发的三波段带通滤波器原理图如下图， 由三个QWOS构造组成，分别用来匹配三 个任务频率。
QWOS：1/4入开路支节，根据设计需求可 计算出准确位置，在所需的三个频段表现为 高阻抗并且在不同的频段之间频率点上引入 了0传输从而起到了隔离频带的效果。
；
为了使电路设计紧凑，应到达匹配，故 当传输线特性阻抗为50欧姆时，此处设 计Zi的特性阻抗为100欧姆，QWOS的 尺寸设计为相应通带频率点的 入gi/4,而QWOS构造的位置沿着主传输 线依次排开，准确位置由以下公式得出： 另：L1=入g1/4
• 由功率分配器和滤波器组成 • 一个宽频带的和一个新型的基于QW
OS的三频带带通滤波器
；
威尔金森功率分配器
由威尔金森1提出的匹配的对称双功率分
频器，是用于一样的幅值/相位功率划分
的拓扑构造之一。威尔金森提出了匹配的
双向功率分配器的根本配置，即
三个特性阻抗需满足关系1：1.414：2:1
，同时在两个输出端口之间引入一个电阻，
一.三波段功率分配器设计
问题： 由于1/4入传输线构造会使得电路尺寸过 大 处理方法： 采用慢波构造，构造如下图，慢波 构造依赖于一种周期性的微型化的 传输线路，它可以降低传播波的相 速度;因此，更小的物理尺寸就可 以到达同样的电尺寸，从而减小了 电路尺寸。
设计参量： d、Cp、l
据其他论文研讨分析：一个单级的功率 分配器足以提供在1.25到2.6GHZ之间 的带宽的。
从而加强了它们之间的隔离。由于威尔金
森的分频器利用一个四分之一波长的变压
器来将分割线与输入端口相匹配，变压器
的尺寸——特别是低频运用——
的尺寸是无法接受的。运用传统的方法将
基于ADS的等分威尔金森功分器仿真PPT课件
.
14
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。
.
15
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. Nhomakorabea8
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。
.
13
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。
- 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)。
功分器电路结构图
-
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；
• 为了更加贴近实际电路，在原理图仿真 的基础上，使用矩量法对版图进行进一 步仿真。
-
课题研究难点、重点及其 关键是什么？
• 功分器设计的难点功分器微带电路的设 计以及隔离电阻的选择。
-
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—— 毕业设计课题：
等分威尔金森功分器的设计
指导老师： 学生：
-
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：
-
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。
-
威尔金森功分器原理图
-
原理图生成的功分器版图
-
课题完成结果：原理图的S 参数仿真结果
-
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。
-
课题完成结果：原理图优 化后的S参数仿真结果
结论：各项指标都满足了设计要求， 并且指标在通带内相对平坦。
-
课题完成结果：版图仿真 后的S参数仿真结果
观察S曲线，可以看出它的性能有不同程度 的恶化，但仍能满足设计指标的要求。
-
课题需要改进的和完善的 方向？
本功分器的设计带宽0.9～1.1GHz,虽然 满足一般功分器设计的要求，但是随着 我国军事装备的迅猛发展，对功分器的 带宽覆盖提出了更高的要求 ，在全频带 范围内，要满足功分器的各项性能指标， 具有相当大的难度。
-
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。
-