设计仿真微带功分器

实验 设计仿真微带功分器

一、 实验目的：

１． 掌握微带功分器的原理；

２．

掌握用VOLTAIRE 仿真、优化线性电路；

二、 实验原理：

功分器是一种功率分配元件，它是将输入功率分成相等或不相等的几路功率，当然也可以将几路功率合成，而成为功率合成元件。在电路中常用到微带功分器，其基本原理和设计公式如下：

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图2.1 二路功分器的原理图

图2.1是二路功分器的原理图。图中输入线的特性组抗为0Z ,两路分支线的特性阻抗分别为Z 02和Z 03，线长为0e λ/4 , 0e λ/4为中心频率时的带内波长。图中2,3R R 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Z 02 、Z 03、R 2、R 3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： P 3=K 2P 2

|V 3|2/R 3=K 2|V 2|2/R 2

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 V 3=V 2 于是得 R 2=K 2R 3 若取 R 2=KZ 0 则 R 3=Z 0/K

因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为： Z in2=Z 022/R 2 Z in3=Z 032/R 3

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0Z ，即 Y 0=1/Z 0=R 2/Z 022+R 3/Z 032 若电路无损耗，则

|V 1|2/Z in3=k 2|V 1|2/Z in2 式中V1为1口处的电压 所以 Z in =K 2Z 03

Z 02=Z 0[(1+K 2)/K 3]0.5 Z 03=Z 0[(1+K 2)K]0.5

下面确定隔离电阻R 的计算式。

跨接在端口2、3间的电阻R ，是为了得到2、3口之间互相隔离得作用。当信号1口输入，2、3口接负载电阻 时，2、3两口等电位，故电阻R 没有电流流过，相当于R 不起作用；而当2口或3口得外接负载不等于R2或R3时，负载有反射，这时为使2、3两端口彼此隔离，R 必有确定的值，经计算R=Z 0(1+K 2)/K 。图2.1中两路线带之间的距离不宜过大，一般取2～3倍带条宽度。这样可使跨接在两带线之间的寄生效应尽量减小。

三、 实验内容：

用VOLTERRA 设计仿真一个微带功分器，具体指标如下：

中心频率为：02f GHz =； 耦合度： 2k = 引出线： 050Z =Ω 介质基片： 2.55,1r h mm ε=-

四．设计过程 电路图：

局部放大

1．R2＝kZ0＝2×50＝100

R3＝Z0/k＝50/2=25

Z02=158.11

Z03=39.35

2.微带线的长度确定

所以Z02的宽度为0.21165

其他的宽度求法类似

Z03的宽度3.989

R的宽度0.44836

R2的宽度1.601

R3的宽度4.71

3．调谐与优化

调谐的主要是Z02，Z03，R的长度（注：但不能范围过大，要在四分之一波长的10％内调节）

要保证TL3和TL2之和为四分之一波长，所以设计了全局变量L1和Y

保证在条件L1和Y时，他们之和为四分之一波长

由于P3＝4P2，所以10*㏒(P3/P2)=6dB

即S31和S21之间的差距为6dB左右。这就设计的两个输出的差，所以用output Equation。

设计优化目标

观察图形可得

符合题目要求总体输出为;

最后，在2G附近，S32＝－37。83dB S31－S21＝6.01dB