设计仿真微带功分器
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器（power divider）是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件，广泛应用于无线通信系统和射频设备中。
功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步，本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。
首先，功分器的设计需要满足一定的性能指标，如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。
根据设计需求选择适当的功分器结构，常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。
下面以微带功分器为例，介绍功分器的设计与仿真过程。
Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构，它由一个输入端口和多个输出端口组成，通过微带线和分支线来实现功率的分配。
设计过程分为以下几个步骤：1.确定设计频率和阻抗：根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。
常见的阻抗有50Ω和75Ω，具体选择根据实际需求决定。
2.计算微带线参数：根据设计频率和阻抗，计算微带线的宽度和介质常数。
可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。
3.确定功分比：根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上，可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。
4.布局设计：根据计算得到的微带线参数和分支线长度，将功分器的布局设计在PCB板上。
5. 仿真验证：使用仿真软件（如ADS、Sonnet、HFSS等）对功分器进行仿真验证。
在仿真过程中，需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。
6.优化调整：根据仿真结果对功分器进行优化调整，如调整微带线的长度、宽度等。
7.PCB制作和测试：完成优化后的功分器设计后，进行PCB制作，并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。
以上就是功分器的设计与仿真过程。
在实际的设计过程中，需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。
同时，合理选择仿真软件和工具也是非常重要的，能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。
总结起来，功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。
准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能，最终得到满足需求的功分器产品。
CH6微带无源器件设计与仿真
1 R V2 1 V3 R
0 0 j 1 2Z 0 j 2Z0 V3 0 I 3''
②
V2
'' I2
V3
③
(2)传输线支路传输矩阵：
j 2Z 0 1 1 0 Z0
三、Wilkinson功分器设计与仿真
EM Setup
三、Wilkinson功分器设计与仿真
Set substrate: Use defined or create new
Set freq. following introductions!
三、Wilkinson功分器设计与仿真
Simulate:
二、Wilkinson功分器的基本特性
等效传输线电路：
② ①
②
③
① ③
（忽略了T接头影响）
目的：分析计算散射矩阵，由散射矩阵得到其特性。 分析方法：直接分析方法
奇偶模分析方法【Pozar,pp.274-277,自学】
1.直接分析--- ①输入时
V2
要求1：①输入,②③接匹配时 ② ①匹配,功率平分,无耗。
2Z 0
/4
Z0
2Z 0
/4
1.直接分析--- ②输入时
I2
V2
②
Zin 2
①
V3
I 2 I 2'
2Z 0
1 V2 Z0 V 2 Z0 I2
②匹配
S22 0
③
I 3' I 3
'' I3
I3 0
③电流为零，隔离。
S32 0
根据互易对称性： ③
应用ADA进行微带功分器的仿真设计
废粥科学SI L I C O NL L E Y一缓应用A D S进行微带功分器的仿真设计钟福如田敏李栓明张卫东(石河子大学信息科学与技术学院新疆石河子832003)[摘要]介绍微带功率分配器的基本设计理论和AD S的使用方法，并给出一个810--990M H z---路功分器的计算机仿真验证步骤．仿真结果说明应用A D S进行设计有效性和可行性。
[关键词]微带功率分配器A D S软件中图分类号：T N454文献标识码：A文章编号：1671--7597(2008)1020136一01一、引膏在射频微波电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦含元件的性能将影响整个系统的通讯质量。
现在的许多产品设计都可能在设计中期修改指标或增加功能等，这就要求我们的设计更加灵活。
自从20世纪40年代M i T辐射实验室发明和甥造了种类繁多的波导型功分器和耦合器后，在20世纪50年代中期和60年代又发明了多种采用带状线或微带技术的耦合器[1]。
其分析设计方法到六十年代中期为止，都主要以手工计算为基础。
对特定的微波网络模型，逐步从数学上来阐明其性质，但是由于没有微波网络的分析模型，设计人员一般采_}}j烦琐的试凑法。
可以想象，每一次的参数优化都需要在实验室由实际的模型来完成，整个过程漫长复杂。
20世纪70年代开始计算机的普及和仿真软件的出现。
使得模型的设计町由专门的厂家来和设计公司完成。
这样，在预估计电路性能方面，即使只是基本熟悉计算机使用的工厂技术人员也可以准确而迅速地获得微波电路的优化设计参数，这却是那些只熟悉电路理论而不懂得借助于计算机进行试验设计的人员办不到的[2]。
所以当今的微波平面结构元件和集成电路设计已经很少求助于电磁场分析，而使用微波C A D和网络分析仪[1]。
在微波设计软件中最为出名的就是A D S，A D S(A dva nc ed D es i gn S yst em)是美国安捷伦公司所拥有的电子设计自动化软件；A D S功能十分强大，包含时域电路仿真(S PICE一1i ke S i m ul a t i on)、频域电路仿真(H ar m oni c B al a nce S i m ul at i on)、三维电磁仿真(E M Si m ul at i on)、通讯系统仿真(C om m uni cat i on S ys t em S i m ul a t i on)和数字信号处理仿真设计(D SP)；支持射频和系统设计工程师所开发的所有类型的R F设计。
奇等分微带功分器的仿真设计
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ４８ ７
Ｊ １２ ｏ ｕ． ０ ８
Ｇ ｚ带宽 １Ｇ ｚ幅度一致 性 ≤０ ５ｄ 相位 一致 性 Ｈ； Ｈ； ． Ｂ； ≤１ ； ≤０ ７ｄ 隔离 度 ≥ ２ Ｂ 。Ｉ Ｌ ． Ｂ； ０ｄ 。
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｖ ｌ ｅ ｉｎ ｓｒ ｃ ： ｏ ｅ ｄ ｓｇ ｍ ｅｈ ｄ ｏ ａ ｏ ｄ ｔ ｏ ｆｒ ｎ ｄ ｎｕ ｅ — ｄｖ ｄ ｄ ｏ ｒ ｉ ｉｅ ｉ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｍｂ ｒ ｉｉ ｅ ｐ ｗｅ ｄ ｖｄ ｒ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．Ａｎ ｏｔ ｓ ｆ ｄ ｓｇ ｅ ｅ ｉｎ ｒ２．１，ｈ ａ ｅ ｔｍ ｉｒ ｗａ ｅＥＤＡ ｏ ｔ ｒ ｏ ｕ ｅ ｙ Ａｎ ｏ ｏ ｐ ｒｔｏ ｔ ｅ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ ｖ ｓｆ ｗａ ｅｐｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｓ ｆ ｃ ｒ ｏ ａｉ ｎ，ｉ ｅ ｏ ｄ ｓｇ ｎ ｉ ｓｕｓ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ａ ｏ ｅ— ｄｖ ｄ ｄ — ｔ —ｔ ｒ ｅ ｐ ｗｅ ｉ ｉ ｒｃ ｎ ｅ ｅ ｔ１ ｉｉ ｅ ｏ ｈ ｅ ｏ ｒ ｄ ｖｄｅ ｅ ｔ ｒ ｄ ａ ０ＧＨ ｚ ｔ ａｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｍｅｈｏ Ｔｈ ｄ ａ ｅ ｕ ｔｃ ｎ ｉｍ ｓｔ ｅ ｏ ｖ ｌｄ ｔ ｈ ｔ ｄ． ｅ ｉ ｅ ｌｒ ｓ ｌ ｏ ｆｒ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｔ ｉ ｔ ｏ ． ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｃ ｏ ｖ ｅ ｉｅ； ｄ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ｍｉｒ ｗａ ｅ ｄ ｖｃ ｏ ｄ ｎ ｍｂｅ ｒ—ｄ ｖｄ ｄ ｐｏ ｒｄ ｖｄ ｒ ｔ ｐ ｇ ａ ｉ ｔ ｔ ｒ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｄ ｓｇ ｉ ｉｅ ｗｅ ｉ ｉｅ ；ｏ ｏ ｒｐｈｃ ｓｒ ｕ ｅ；ｉ ｌｔｏ ｅ ｉ ｕｃ ｎ
该 一 分 三 功 分 器 的设 计 指 标 为 ： 心 频 率 １ 中 ０
功分器的设计与仿真
功分器的设计与仿真功分器是一种被广泛应用于射频和微波通信系统中的无源分配器件。
它能够将输入功率平均分配到多个输出端口上，同时保持较高的功率分配均匀度和良好的阻抗匹配特性。
功分器的设计与仿真是确保其性能和可靠性的关键步骤。
下面将介绍功分器的设计过程以及在仿真中所需要考虑的内容。
1.功分器设计的基本原理功分器的基本原理是将输入功率平均分配到多个输出端口上。
常见的功分器结构包括两分、三分和四分结构。
其中，两分结构包含一个输入端口和两个输出端口；三分结构包含一个输入端口和三个输出端口；四分结构包含一个输入端口和四个输出端口。
功分器的设计要满足以下几个基本要求：-分配均匀度：要求各输出端口上的功率分配尽可能均衡。
-阻抗匹配：要求输入端口和各输出端口的阻抗匹配，以减小功分器对系统整体的影响。
-衰减损耗：要求功分器的损耗尽可能小，以确保输入功率能够尽量传递给输出端口。
2.功分器设计的流程-确定工作频率：确定功分器所工作的频率范围。
-选择功分器结构：根据应用需求和系统限制选择合适的功分器结构，比如决定是采用两分、三分还是四分结构。
-确定端口阻抗：根据系统要求和端口特性，确定功分器的输入端口和输出端口的特性阻抗。
-计算功分器的设计参数：通过理论计算和仿真工具，计算出功分器的长度和宽度等关键参数。
-优化和调整参数：根据仿真结果，优化和调整功分器的设计参数，以满足系统要求。
-确定材料和工艺：根据功分器的设计参数和要求，选择合适的材料和工艺。
-制备并测试样品：根据设计要求制备功分器样品，并进行实验测试，优化设计。
3.功分器的仿真内容功分器的仿真是设计过程中十分重要的一步，可以通过仿真工具来验证设计效果和参数。
在功分器的仿真中，需要考虑以下内容：-功分器的S参数：通过仿真计算和分析功分器的S参数，包括S11、S21等参数，以评估功分器的性能和阻抗匹配特性。
-功分器的功率分配均匀度：通过仿真计算和分析各输出端口上的功率分配均匀度，以评估功分器的性能。
微带不等分功分器设计与仿真
微带不等分功分器设计与仿真一、摘要功分器全称功率分配器，英文名Power divider，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，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
二、设计目的和意义三、设计原理功分器全称功率分配器，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，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
功分器也叫过流分配器,分有源,无源两种,可平均分配一路信号变为几路输出,一般每分一路都有几dB的衰减,信号频率不同,分配器不同衰减也不同,为了补偿衰减,在其中加了放大器后做出了无源功分器。
功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，通常有二功分、四功分、六功分等等。
功分器的工作频率是950MHz－2150MHz，卫视烧友想必对功分器是再熟悉不过了。
以上三个器件的用途和性能是完全不同的，但在日常使用中往往容易把名称混淆了，使得人们在使用中容易产生困惑.*接收系统中的多台卫星接收机，共用一面天线，几面天线共用一台卫星接收机，以及两台以上卫星接收机和两面以上天线共用，它们之间的连接除了依靠电缆之外，主要是靠切换器的组合编程来实现的。
功分器是接多个卫星接收机用的.如果一套天线要接多个卫星接收机就要用功分器.根据所接接收机的多少选用功分器.如果接两接收机就用二功分器.接四接收机就用四功分器。
功率分配器可以采用定向耦合器和分路器两种方法实现。
但定向耦合器的结构较复杂 , 其功率分配的比值又往往与频率有关 , 无法满足宽带功率分配的要求。
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。
微带功分器的仿真和优化
%基本参量：f频率，L串联电感，C并联电容；
f=10:10:3000;
w=2*pi*f*1e+6;
L=12.3e-9;
C=2.6e-12;
%电路A矩阵A=[a b;c d];
a=1-w.*w*L*C;
b=i*w*L/50;
c=i*w*C*50;
d=1;
%由A矩阵转化为S参量S21.
图2
2.设计耦合度为-10dB平行线定向耦合器。特性阻抗50Ω。使用的板材参数为相对介电常数εr =4.25，介质厚度h=1.45mm,敷铜厚度t＝0.035mm。频率为2.386(GHz)。
解：根据耦合度、特性阻抗、板材参数和频率，利用ADS软件可以得到耦合微带线尺寸，如图3所示。
解1： ，其中 是端口1的输入电阻。
功分器传输线长： ， ，由输入电阻计算公式可以得到， 。将此式代入，得到 表达式为：
。（1）
图8是用上式绘得的 的频率响应曲线，图9是第1题中仿真得到的结果。可以看到两者非常一致。
图8
图9
为求得 ,等效电路如下所示，左端为端口2，中间为端口1，右边为端口3.
端口2、3间可以看成两个网络的并联，电阻2 的归一化导纳矩阵为：
S11=(z1-Z0)./(z1+Z0);
plot(f,-20*log10(abs(S11)));
xlabel('Frequency(GHz)');
ylabel('S11(dB)');
对于S41，
由于： ；
；
其中： ；
； ;
所以：
程序如下：
%参数S41
Pe=(Z0-Z0e)/(Z0+Z0e);
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。
应用ADS进行微带功分器的仿真设计
应用ＡＤＳ进行微带功分器的仿真设计作者：钟福如田敏李栓明张卫东来源：《硅谷》2008年第20期[摘要]介绍微带功率分配器的基本设计理论和ADS的使用方法，并给出一个810--990MHz 二路功分器的计算机仿真验证步骤，仿真结果说明应用ADS进行设计有效性和可行性。
[关键词]微带功率分配器 ADS软件中图分类号：TN454 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1020136－01一、引言在射频微波电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通讯质量。
现在的许多产品设计都可能在设计中期修改指标或增加功能等，这就要求我们的设计更加灵活。
自从20世纪40年代MIT辐射实验室发明和塑造了种类繁多的波导型功分器和耦合器后，在20世纪50年代中期和60年代又发明了多种采用带状线或微带技术的耦合器[1]。
其分析设计方法到六十年代中期为止，都主要以手工计算为基础。
对特定的微波网络模型，逐步从数学上来阐明其性质，但是由于没有微波网络的分析模型，设计人员一般采用烦琐的试凑法。
可以想象，每一次的参数优化都需要在实验室由实际的模型来完成，整个过程漫长复杂。
20世纪70年代开始计算机的普及和仿真软件的出现，使得模型的设计可由专门的厂家来和设计公司完成。
这样，在预估计电路性能方面，即使只是基本熟悉计算机使用的工厂技术人员也可以准确而迅速地获得微波电路的优化设计参数，这却是那些只熟悉电路理论而不懂得借助于计算机进行试验设计的人员办不到的[2]。
所以当今的微波平面结构元件和集成电路设计已经很少求助于电磁场分析，而使用微波CAD和网络分析仪[1]。
在微波设计软件中最为出名的就是ADS，ADS（Advanced Design System）是美国安捷伦公司所拥有的电子设计自动化软件；ADS功能十分强大，包含时域电路仿真（SPICE-like Simulation）、频域电路仿真（Harmonic Balance Simulation）、三维电磁仿真（EM Simulation）、通讯系统仿真（Communication System Simulation)和数字信号处理仿真设计（DSP）；支持射频和系统设计工程师所开发的所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，是使用最多的微波/射频仿真软件[5]。
威尔金森功分器设计与仿真
微带功分器仿真报告
微带功分器仿真设计一、建立模型1.微带功分器尺寸参数（单位：mm）：2.模型建立步骤2.1.绘制两条匹配线，选定sheet ，第一点：（0 ,-1.1 ,0），第二点：（1, -23.1, 0），并且以x轴为轴旋转匹配线，绘制第二条匹配线。
2.2.绘制输入微带线，第一点：（0 ,-1.1 ,0），第二点：（20, 1.1, 0）2.3.绘制两个输出端口，第一点：（0, -23.1, 0），第二点：（2.2, -33.1,0），并以x轴为轴，旋转第一个输出端口。
2.4.绘制集总端口（Lumped Port）。
输出的集总端口Port1的第一个点：（20 ,-1.1 ,0），第二点：（20, 1.1, -0.8），同理绘制输出的集总端口Port2，两点坐标分别为（2.2 ,31.1 ,0），（0,31.1,-0.8），输出集总端口Port3坐标（2.2 ,-31.1 ,0）（0,-31.1,-0.8）。
2.5.绘制接地板（GND），两点坐标：（-30, -50, -0.8）和 (20, 50, -0.8)2.6.绘制介质板Substrate，选择rectangle操作,板材介电常数为εr=2.6,厚度h = 0.8，输入坐标：绘图效果如下所示：2.7.绘制空气盒子AirBox，和介质板绘制步骤相同。
输入坐标：调整空气盒子的透明度，绘图结果如下所示：至此，模型建立完毕。
二、设置边界和激励1.空气盒子边界设置：选定空气盒子（AirBox），选择菜单：HFSS > Boundary Display (SolverView) > Assign > Radiation.设置后效果如下所示：2.微带线边界设置选定所有微带线，选择菜单：HFSS > Boundary Display (Solver View) >Assign >Perfect-E.设置效果如下所示：3.接地板（GND）设置选定GND，选择菜单：HFSS > Boundary Display (Solver View) >Assign >Perfect-E.设置后效果如下所示：三、设置求解条件，并执行仿真1.集总端口设置：选择操作界面菜单：Edit > Select > Faces选定Port1端口，HFSS > Excitation > Assign > Lumped Port在Lumped Port的设置:Name : 1，积分线设置如下所示：其他的输出端口的集总端口设置同上所示。
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。
不等分微带功分器的设计与仿真
最后,对接收机的测试结果表明,本课题所研制的接收机满足技术指标要求,并针对不足之处给出了一些改进措施及设计中需要注意的问题,为以后进行毫米波接收机的研制提供了重要的经验。
第一章对微波毫米波单片集成电路MMIC及其发展趋势进行了论述,并简述了本课题的研究内容和指标要求。
第二章在对接收机结构分析和主要技术指标研究的基础上制定出了本项目接收机的具体方案和技术解决途径。
第三章进行了与本课题相关的有源器件的设计和无源电路的仿真。其中包括对有源部分的SPST(单刀单掷开关)、镜频抑制混频器进行的设计和对无源电路的微带扇形三路功分器、LC中频带通滤波器进行的仿真。
最后,将两种不同形状的DGS结构应用于双频微带天线的设计中,经过仿真和对实际电路的测量,证明基于DGS结构的双频微带贴片天线成功地抑制了高次谐波,并提高了端口隔离度。
7.期刊论文刘广东.常硕.齐兴龙.LIU Guang-dong.CHANG Shuo.QI Xing-long基于复合左/右手传输线的双频功分
1.学位论文温中会基片集成人工介质特性研究及应用2009
人工电介质结构是在自然界存在的电介质中人为掺杂金属颗粒,改变其电磁特性,进而形成满足特定需要的一类人工介质。人工电介质有很长的历史,其研究及实际工程应用可以追溯到上世纪40-60年代,旨在为透镜天线提供更轻巧的天线罩。由于体积原因和制作工艺复杂,这些早期的人工电介质应用范围有限。近年来,人工电介质更多地用于改变介质材料的特性,例如通过加入金属导带阵列来增加人工电介质的有效介电常数。基片集成人工介质由于能增加原有介质基片有效介电常数,能够适应现代无线通信系统前端微波电路小型化、轻量化、高可靠、多功能和低成本的要求。
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：页 1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 03Z 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 。
一分四功分器 仿真案例
dX:９２、5, dＹ:140, dZ:０、79,点击Eｎter键。
２、 设置名称
3)在性质(Propｅrties)窗口选择属性(Attｒibutｅ)。
4)在名称（Name）处输入:ＧND
5)在透明度（Transｐarenｔ)选择0、6
6)点击确定。
3
选择菜单:View〉FｉtＡll〉AlｌVｉｅws。或者按住CＴRL+D键。如图7所示
一分四功分器得设计
这个例子教您如何在ＨFＳS设计环境下创建、仿真、分析一个一分四得微带功分器。
图1
一、开始
点击微软得开始按钮,选择程序，然后选择Ａnsoｆｔ,HFSＳ13程序组,点击ＨFSS13,
进入ＡｎsｏftＨFSS。
1、设置工具选项
注意:为了与这个例子得后续步骤一致,要对工具选项进行如下设置:
选择菜单:Ｖiew〉 Ｆit All〉Aｌl Viewｓ
5
1)选择菜单：Draｗ〉 Ｒeｃtangle
2)在坐标输入区输入矩形位置
X：20、178,Ｙ：28、38８1,Ｚ:０、79，按Enter键
在坐标输入区属土矩形得对角:
dＸ:1、4,dY：１１，dZ:0、0,按Ｅnｔｅr键
3)设置名称
在属性（Propeｒties)窗口选择特性（Aｔｔribuｔe)键
3)设置名称
在属性（Propｅｒties）窗口选择特性(Atｔribute)键
在名称处输入：Pａｔcｈ2
点击确定键
4)优化视角
选择菜单：Vieｗ〉FitAｌl〉ＡllVieｗs
3
1)选择菜单:Draw〉Reｃtanｇｌｅ
2)在坐标输入区输入矩形位置
X:６、9８,Ｙ:５、3981, Z:0、7９,按Enｔeｒ键
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。
实验四微带功分器设计与仿真
6、计算出功率分配器各段的理论尺寸后，为便于参数化需要，可以在原理图 中插入”VAR”控件，双击”VAR”控件，分别将w1、w2、lh设置为变量，根据 上面计算的结果，分别设置为w1=1.52、w2=0.79、lh=16。
7、完成“VAR”设置后，依次双击原理图中的各段微带线，并将设置微带线 宽度W和长度L，必须都有单位mm。
D23
10
log
P2 P3
20log
S12 S13
⑷功分比k，一般都是k=1,即等分功分器或称3dB功率分配器。
k 2 P3 P2
三、实验内容
设计等分威尔金森功分器，要求： 频带范围：0.9~1.1GHz 频带内输入端口回波损耗：R11>20dB 频带内的插入损耗：L12<3.1dB ,L13<3.1dB 两个输出口间的隔离度：D23>25dB
功分器各端口特性要求如下： ⑴端口1无反射，即完全匹配。 ⑵端口2和端口3输出电压相等且同相。 ⑶端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/k2
Zin2 Z0 T1
Zin3
T1
1
输入
Z0
T2
Z02
U2
R2
Z03
U3 T3 R3
λ/4
/4
/4Βιβλιοθήκη Z02Z04RZ03
Z05
/4
/4
T2 2
Z0
输出
同样可以设计λ/4长的两个变换电路，加入薄膜电阻增加两路支线的隔离度。
设计输出端口电路，两输出端口的电路为对称结构，如图。
将整个电路连接起来，得到微带威尔金森功分器原理图整体构建。
4、基板参数设置：将“MUSB”拖入面板中，双击“MUSB”控件设置所使用 的微带线相关参数（这里没有给定W的大小，需下一步计算）。
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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：
页 1
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。