实验三射频微波功率分配器合成器设计
射频实验 功率分接器实验
威尔金森型功率分配器
三、实验原理
功率分配器是三端口网络结构，如图 4-1 所示。其信号输入端（Port-1）的功率为 P1，而 其他两个输出端（Port-2 及 Port-3）的功率分别为 P2 及 P3。理论上，由能量守恒定律可知 P1=P2+P3。 若 P2=P3 并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成： P2(dBm) = P3(dBm) = Pin(dBm) – 3dB
五、实验结果
（电阻式功率分接器在 300-500MHz 时 S11 的曲线图）
(电阻式功率分接器在 300-500MHz 时 S21 的曲线图)
(威尔金森型功率分配器在 300-500MHz 时 S11 的曲线图)
(威尔金森型功率分配器在 300-500MHz 时 S21 的曲线图)
六、实验结果分析
实验报告（四）
姓名： 实验项目名称： 学号： 射频实验 功率分接器实验 日期：
一、实验目的
1、了解功率分配器的原理。 2、通过对 MOD-4A 的输出端的功率的测量，了解简单的功率分配电路的特性。
二、实验仪器
1、模组编号：RF2KM4-1A（RESISTIVE POWER SPLITTER） 2、模组内容： 代号 MOD-4A 名称/说明 适用频率范围 750MHz 主要特性 Return Loss -15dB Insertion Loss: =-6 1dB
端子 2 P2 端子 1 P1
功率分配器
端子 3 P3Biblioteka 图 4-1:[功率分配器 ] 方 块 图
四、实验设计与实验过程
1. 测量 MOD-4A（RF2KM4-1A）的 S11 及 S21,以了解简易的功分电路的特性； 测量 MOD-4B(RF2KM4-2A)的 S11 及 S21 测量以了解标准的功分电路的特性。 2. 准备电脑，测量软件，RF2000,及若干小器件。 3. 测量步骤: ⑴ MOD-4A 的 P1 端子的 S11 测量：设定频段：BAND-3；将 LOAD-1 及 LOAD-2 分别接在模组 P2 及 P3 端子；对模组 P1 端子做 S11 测量 ⑵MOD-4A 的 P1 及 P2 端子的 S21 测量：设定频段：BAND-3；将 LAOD-1 接在 P3 端子上；对模组 P1 及 P2 端子做 S21 测量， ⑶ MOD-4A 的 P1 及 P3 端子的 S21 测量：设定频段：BAND-3；将 LOAD-1 接在模组 P2 端子上；对 模组 P1 及 P3 端子做 S21 测量， ⑷ MOD-4B 的 P1 端子的 S11 测量：设定频段：BAND-3；将 LOAD-1 及 LOAD-2 分别接在模组 P2 及 P3 端子上。对模组 P1 端子做 S11 测量 ⑸ MOD-4B 的 P1 及 P2 端子的 S21 测量：设定频段：BAND-3；将 LOAD-1 接在 P3 端子上；对模组 P1 及 P2 端子做 S21 测量 ⑹MOD-4B 的 P1 及 P3 端子的 S21 测量：设定频段：BAND-3；将 LOAD-1 接在模组 P2 端 子上；对模组 P1 及 P3 端子做 S21 测量
利用分配器-合成器分离或合成射频-微波信号
利用分配器/合成器分离或合成射频/微波信号在系统内对信号进行分离或合成通常是在射频和微波频率下由功作为率分配器/合成器完成。
理想的功率分配器也是理想的功率合成器，但不总是如此。
元件不都是为反向工作而设计的。
此外，所有功率分配器和合成器都存在某些插入损耗，会不可避免地影响到功率处理能力。
不过，分配/合成器尽管存在缺点，但仍然在高级系统中扮演关键角色，所以仍属于最重要的无源射频 /微波元件。
本文首先回顾选择功率分配器或合成器时需要考虑的一些关键性能参数，随后，对主要供应商的几个例子进行探究。
要从这些元件选择出一种，最简单方法不是详细列出实现功率分配器或合成器时的各种不同设计方法，而大概是综合考虑所需要的功能(是信号分配还是合成）、工作带宽、期望功率水平，以及信号必须分配的路数或者要合成的信号数。
例如，二元功率分配器由一个输入提供两个幅度基本相同的输出信号。
通过将多个两路分配器串接，可以得到高阶(4路、8路、等等）功率分配器。
类似地，可以将多个3路功率分配器组合，得到奇数路输出的功率分配器。
特定功率分配器用作功率合成器的效果如何，通常与设计方法及内部元件(如电阻）有关。
Meca电子公司在其网页上免费提供有应用笔记(“应用笔记MAP- 801”），题目为“为什么大多数功率分配器不适合作功率合成器”，该应用笔记解释了所选择的功率分配器同时要用作功率合成器时要考虑的问题。
出于教育的目的，Micro-lab/FXR也提供了一篇出色的有关功率分配器和合成器的应用笔记，回顾了下列元件的基本差异，如电阻、电抗、 Wilkinson、正交、分支线、节点以及T型功率分配/合成器。
该应用笔记可免费从Microlab/FXR的网页处获取。
该公司的新型DX-N系列非平衡分配器是为提供宽达30:1或者接近2:1的功率分配比而设计的。
这种分配器非常适合800~2,500MHz室内无线通信应用，这种非平衡分配器可以处理300W平均功率和1kW的峰值功率。
实验三功分器的设计制作与调试
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功分器电路的调试(续)
需要测试的参数主要有以下几个
S11,S22,S33:输入,输出端口的反射系数 S21,S31:正向传输系数,要测幅度及相位 S23,S32:两输出端口的间隔离度
根据S21,S31的幅度和相位可以得到两个 输出端口的功分比以及相位平衡度.
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功分器电路的调试(续)
观察网络分析仪测量的结果是否达到指 标要求并与前面仿真的结果做比较. 把实际测量的电路尺寸置于ADS软件中 进行仿真,把结果与实际测量结果相比 较. 如果测试结果与设计要求相差过多,则 需对电路进行调整,直至重新进行设计, 制版.
22
观察仿真曲线
优化完成后必须关掉优化控件,才能观察仿真的曲线.方 法是点击原理图工具栏中的 按钮,然后点击优化控件 OPTIM,则控件上打了红叉表示已经被关掉. 要想使控件重新开启,只需点击工具栏中的 按钮,然 后点击要开启的控件,则控件上的红叉消失,功能也重新 恢复了. 对于原理图上其他的部件,如果想使其关 闭或开启,也可以采取同样的方法. 点击工具栏中的Simulate 按钮进行仿真, 仿真结束后会出现图形显示窗口.
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生成功分器的原理图
在原理图设计窗口中选择微带电路的工具 栏 窗口左侧的工具栏变为右图所示 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.)
11
功分器的原理图示例
12
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
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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.
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微波_功分器实验报告.
Harbin Institute of Technology微波技术基础实验报告实验名称：功分器的设计与调试院系：电气学院测控技术与仪器班级：报告人：HITJIYAO学号：指导教师：时间：2013年12月13日哈尔滨工业大学一、实验目的1．了解功率分配器电路的原理；2．学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真；3．掌握功率分配器的设计及仿真、调试方法。
二、实验内容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。
三、功分器的技术指标频率范围通带内功分比通带内各端口反射系数通带内两输出端口间的隔离度通带内传输损耗四、功分器的原理功分器，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。
功率分配器通常有二、三、四端口等的功分器。
五、功分器的设计图1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。
图1因为功分器的两臂是对称的，所以S21=S31、S22=S32，即不必考虑S31 和S32两个参量。
图中的连接电阻的作用为：当不匹配时，使反射功率消耗在此电阻上，从而不影响微带线。
六、利用ADS软件设计微带线形式功分器本次实验共需要设计两种不同参数指标的等功率分配器：1. 设计指标工作频率1.6GHz~2.0GHz工作频率内S11小于-20dB工作频率内S21大于-3.1dB工作频率内S22和S23小于-10dB微带线基板的厚度为0.5mm微带线基板的相对介电常数为4.2各个端口传输线的特性阻抗采用50Ω1.1 原理图设计如图2图2 等功率分配器的微带电路图设置参数：Type选择为MLIN，计算微带线Er=4.2，基板相对介电常数为4.2Mur=1，相对磁导率为1H=0.5mm，基板厚度为0.5mmHu=1.0e+033mm，微带线封装高度为1.0e+033mmT=0.5mm，微带线导体层厚度为0.05mmCond=4.1E+7，导体电导率为4.1E+7TanD=0.0003，微带线损耗角正切Rough=0mm，微带线表面粗糙度Freq=1.86GHz，计算时采用中心频率Z0=70.71Ohm，计算时特性阻抗采用50 2ΩEEff=90deg，计算时微带线长度采用，也即采用90deg相移单击Synthesize按钮，在LineCalc计算窗口中显示计算结果如下微带线宽度: W=0.48mm微带线长度：L=24.33mmLineCalc计算窗口图3同理，计算特性阻抗为50Ω的微带线宽度，参数设置为Z0=50Ohm，其余与前面一样，计算结果：W=0.94mm。
射频电源功率合成
射频电源功率合成
功率合成器的设计需要考虑以下几个关键要素：
1.功率放大器：功率放大器负责将输入的低功率信号放大到
所需的输出功率水平。
常见的功率放大器包括晶体管放大器、
管子放大器等，选择适合的功率放大器需要考虑输出功率要求、频率范围、线性度以及功率效率等因素。
2.功率分配器：功率分配器的作用是将输入的射频信号平均
分配给多个功率放大器，保证每个功率放大器工作在相同的输
入功率水平。
常见的功率分配器有功分器（PowerSplitter）
和功率耦合器（PowerCoupler）。
功分器将输入功率均匀分
配到多个输出端口，而功率耦合器则将功率传输到一个主要输
出端口并耦合到其他输出端口。
3.反射损耗：功率合成器在设计中需要考虑信号的反射损耗。
反射损耗会导致功率在功率合成器内部被反射回功放器，降低
合成输出功率，并可能损坏功率放大器。
为了减少反射损耗，
常见的做法是采用匹配网络或反射损耗补偿技术来提高整个系
统的匹配性能。
4.相位平衡：在功率合成器中，不仅需要考虑功率的合成，
还需要注意信号的相位平衡。
相位平衡是指合成过程中各个信
号之间的相位关系保持一致，避免信号之间的干扰和相位差引
起的功率损失。
为了实现相位平衡，可以采用相位校正器或相
位补偿器来调整各个分支的信号相位。
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。
实验三-射频微波功率分配器合成器设计
(2). 画原理图，选择微带线控件 区中，并用线连接。
Ctrl+R 旋转 F5 移动文字
分别放置在绘图
（3）利用微带线计算工具计算微带线尺寸参数
• 在原理图窗口执行【tools】-【lineCalc】-【Start LineCalc】
• 修改参数，然后单击 按钮就可以算出微带线的线宽1.52 mm
• 在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Simulation】->【SParameters】，打开仿真控制对话框。设置起止频率与原理图相同，参数 设置完成后，单击“Update”按钮。然后单击“Simulate”按钮，开始仿真。
版图仿真结果
输出版图：
作业：
设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：
4. 拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到功分器的主路与某一 支路上，另一支路接上匹配负载。记下各频点的插损与相位（20个频点） 。
5. 交换两支路的连接，记下另一路各频点的插损与相位（20个频点） 。
4. 接上功分器的主路输入插座，其他各支路端接匹配负载。此时屏 幕上已出现输入阻抗轨迹，可按↓键换档。看看该器件的水平如何（ 点子越集中越靠近原点越好）。
5. 按菜单键，选驻波返回。记下驻波数据（20个频点）。
3.2 各支路的幅相特性测量
1. 设置使A下为《插损》,B下空白。
2. 按测插损连接，在仪器输入与 输出口上各接一根短电缆。两电缆 末端各接一只10dB衰减器，再用 一个双阴连接起来。 3. 按执行键校直通
Hu:封装高度(1.0e+33 mm)， T:金属层厚度(0.035 mm)
TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)
《功率分配器合成器》课件
总结
1
应用领域
2
功率分配器合成器广泛应用于无线电、
雷达、卫星通信、电视广播等领域。
3
未来发展方向
4
未来功率分配器合成器将更加精确、 灵活、出色地满足各个应用领域的需
求。
基本原理
功率分配器合成器利用功率分配器和 合成器的基本原理实现信号的分配和 合成。
基本原理
功率分配器合成器的基本 原理就是将输入的电能分 配到多个输出电路中，同 时保持各个信号的相对功 率水平相同。
应用领域
功率分配器合成器广泛应 用于无线电、雷达、卫星 通信、电视广播等领域。
功率分配器
定义
功率分配器是一种电子器件， 可将电源信号平均地分配到不 同的输出端口上，保持各个输 出信号的相对功率水平相同。
电路等。
3
工作原理
合成器根据电磁波的干涉、倍频、共 振或者振荡等原理进行信号的合成。
功率分配器合成器的设计
设计流程
功率分配器合成器的设计 流程包括选择电路模型、 优化电路参数、验证电路 性能等步骤。
设计方法
常见的设计方法有：基于 传输之线模型、基于二端 口网络的设计、基于矩阵 理论的设计等。
优缺点
设计方法
根据不同的应用需求，选择合适的设 计方法进行电路设计。
可能需要解决的问题
1 成本问题
电子器件的成本仍然是一个制约电子电路发展的重大问题。
2 可靠性问题
电子电路可靠ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是信息系统的重要技术指标，需要将其作为设计优化的重点。
3 应用场景的多样性问题
不同应用场景的需求不同，需要发展针对性更强的产品和设计方法。
射频实验三
实验三 射频功率分配/合成器设计、仿真与测试一、实验目的1.了解功率分配器的原理及基本设计方法；2.掌握威尔金森功分器的结构、工作原理及S 参量；3.了解利用ADS 进行电路优化仿真的基本步骤及方法；4.掌握利用ADS 微带线计算工具LinCalc 计算、设计微带线；5.了解利用ADS 在电路板级进行电路仿真的方法与步骤。
二、基本理论将一路微波功率按一定比例分成n 路输出的功率元件称为功率分配器。
按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器。
技术指标• 频率范围：分配器的工作频率• 承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率• 功率分配比：主路到支路的功率分配比• 插入损耗：输入输出间由于传输线（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 • 驻波比：每个端口的电压驻波比 • 隔离度：支路端口间的隔离程度 2.1 集总参数功率分配器 2.1.1 电阻式（等功率）23P23P (a )(b )123123△形和Y 形电阻式功率分配器22331P 1用ADS仿真△形功率分配器：原理图如下：仿真结果图：观察上图，可以看出△形功率分配器频宽大，布线面积小，设计简单，但是功率衰减较大。
2.1.2 集总L-C式低通型和高通型功率分配器1P 1Ls2P23P31P1Cs2233 (a)(b)2.2 威尔金森功分器威尔金森功分器的设计与仿真：2.2.1 设计指标：频率范围：0.9-1.1GHz频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB隔离度：S32<-25dB2.2.2 微带板材参数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)2.2.3 参数优化后原理图功分器的版图：功分器仿真结果：2.3 作业设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求：中心频率：2.45GHz带宽：60MHz输出端口功率比：2：1频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB ，S22<-20dB ，S22<-20dB 隔离度：S32<-25dB 板材参数：H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相对介电常数(2.65)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(0.035 mm) TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm) 2.3.1 威尔金森功率分配器的原理P 11P 220P 33这是一个功率分配器，Z0是特性阻抗，λg 是信号的波导波长，R 是隔离电阻。
微波功率分配器的原理与设计
微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计微波功率分配器的原理与设计一、实验目的1．了解功率分配器的原理；2．学习功率分配器的设计方法；3．利用实验模块进行实际测量，以掌握功率分配器的特性。
二、实验原理功率分配器的原理：功分器是三端口网络结构（3-port network），如图10-1所示。
信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。
由能量守恒定律可知P1=P2 + P3。
若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm）来表示三端功率间的关系，则可写成：P2(dBm) = P3(dBm) = Pin(dBm) – 3dB 图10-1 功率分配器方框图(输出比输入衰减了3dB,输出是输入的一半) 当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。
因此，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=k·P3）两种类型。
其设计方法说明如下：(一) 等分型：根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C式及传输线式。
A. 电阻式：此类电路仅利用电阻设计。
按结构可分成Δ形,Y形，如图10-2(a)(b)所示。
图10-2(a)Δ形电阻式等功分器图（b）Y形电阻式等功分器其中Zo就是电路特性阻抗，在高频电路中，在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。
在本实验中，皆以50Ω为例。
此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单，而缺点是功率衰减较大（6dB）。
B. L-C式此类电路可利用电感及电容进行设计。
按结构可分成高通型和低通型，如图10-3(a)(b)所示。
其设计公式分别为：a. 低通型：其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Ls——串联电感Cp——并联电容b. 高通型：其中fo——操作频率Zo——电路特性阻抗Lp——并联电感Cs——串联电容图10-3(a) 低通L-C式等功分器; (b) 高通L-C式等功分器C . 传输线式此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型，如图10-4(a)(b)所示。
微波功分器设计及测试
Wilkinson功分器基本原理
0 1 s 2 1 2 1 2 0 0 1 2 0 0
端口2和端口3之 间相位差为0度。
信号从端口1输入，分成两路分别从端口2和端口3输出。
Wilkinson功分器原理
Wilkinson功分器的计算公式：
同样方法设置ih变量（12—22）
（7）设置优化方式和优化目标 • 在元件库立标中选择“Optim/Stat/Yield/DOE”，将优化设置控件 “Optim” 和优化目标控件“Goal”共需四个）插入原理图中。
-25
（8）优化仿真 • 优化完成后，需要执行菜单命令[Simulate]->[Update Optimization Values],以保存优化后的变量值。
微波功分器测试
主要内容
微带功分器介绍 Wilkinson功分器ADS仿真 微波功分器的测试
功率分配器
微波功分器在现代微波通信系统中的作用
功率分配器（简称功分器）和耦合器是无源微波部件，是现代微波 集成电路中一类不可缺少的无源元件，用以完成功率分配或功率组合。
微波功分器在现代微波通信系统中的作用
微带结构
波导结构 集总参数结构
功率分配器技术指标
1 P1 2 P2 3 P3
功分器
频率范围：分配器的工作频率 承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率 功率分配比：主路到支路的功率分配比
插入损耗：输入输出间由于传输线（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 驻波比：每个端口的电压驻波比 隔离度：支路端口间的隔离程度
版图仿真结果
作业：
设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求： 中心频率：2.45GHz 带宽：60MHz 频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB，S22<-20dB 频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB 隔离度：S32<-25dB 板材参数： H:基板厚度(1.5 mm)， Er:基板相对介电常数(2.65) 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(0.035 mm) TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm) 报告要求： （1）叙述威尔金森功分器原理； （2）给出功分器的原理图和版图； （3）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。
实验三功分器的设计制作与调试
确定设计指标要求→选择合适的传输线结构→计算传输线尺寸→设计输入/输出 端口→优化设计参数→完成设计。
设计工具与软件
设计工具
常用的设计工具包括电磁仿真软件（如HFSS、CST等）和CAD绘图软件（如 AutoCAD、SolidWorks等）。这些工具可以辅助设计师进行精确的电磁仿真和 结构绘图。
调试结果分析与改进
结果分析
根据测试数据和观察到的现象，分析三功分器的性能表现，找出可能存在的问题。
改进措施
针对分析结果，采取相应的措施进行改进，如调整电路参数、优化电路结构等，以提高三功分器的性 能。
05 实验总结与展望
CHAPTER
实验收获与体会
深入理解了功分器的设计 原理
通过本次实验，我深入了解了功分器的设计 原理，包括信号的分离、传输和合成等。
选择合适的元件值
根据设计要求选择适当的电阻、 电容、电感值，以满足信号分配 和传输要求。
调试与测试技巧
使用合适的信号源和示波器，准 确测量信号参数，及时发现问题 并进行调整。
注意事项
保持工作台整洁，避免静电和灰 尘的影响；遵循安全操作规程， 避免烫伤和火灾等事故发生。
04 实验三功分器调试
CHAPTER
可靠性高
实验三功分器采用高品质的材料和成熟的工艺制作，具有较高的稳 定性和可靠性，能够保证长期使用的性能和寿命。
实验三功分器的应用场景
通信系统
01
实验三功分器可用于通信系统的功率分配和功率合成，如微波
通信、卫星通信等。
雷达系统
02
实验三功分器可用于雷达系统的发射和接收部分，实现信号的
分配和合成，提高雷达的探测能力和精度。
优化方法
为了提高三功分器的性能，可以采用多种优化方法，如遗传 算法、粒子群算法、模拟退火算法等。这些算法可以通过迭 代搜索最优解，找到最优的设计参数组合，提高三功分器的 性能指标。
AWR射频微波电路设计与仿真教程实验报告
AWR射频微波电路设计与仿真教程课程实验报告实验名称DBR带通滤波器、功率分配器与耦合器设计i、功率分配器设计一、实验目的设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。
输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数εr＝9.8，H＝1000um，T＝18um。
基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。
调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。
进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。
二、实验仪器硬件：PC；软件：AWR Design Environment 10三、实验步骤⑴初始参数计算根据设计要求，在应用软件进行仿真设计之前，首先需要确定功率分配器的结构，进行电路初值计算。
一个2路等分功率分配器的结构如图4-6所示。
图中，Z0＝5092，Za、2o的长度均为o4。
其他参数计算:Zo＝Z，Zo＝Zos＝V2Zo，Za＝Zas＝Z，R＝2Z0将计算结果填入表4-1。
⑵电路图仿真与分析1、创建新工程（命名为Ex4.emp）2、设置单位（GHz、Ohm、um）3、设置工程频率（单位GHz，start为1.5，stop为4.5，step为0.01）4、创建原理图5、版图细调检查MTRACE2元件，对该元件进行布线操作，微调之后得到结果如下：6、版图对比分析得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 2800,1807.134,2412 }umRB { 270,180,270 }W 406L 10004.739BType 2M 0.6对比图表如下：将布线向左侧版图靠拢，会得到不一样的仿真结果。
⑷电磁提取分析一、A CE分析1、添加提取器（STACKUP元件、EXTRACT模块）2、选择提取原件3、提取4、提取出的电磁结构如下图：进行电磁电路联合仿真，得到如下图所示：5、版图小型化调整结果如下：2D结构：6、提取三维电磁电路模型如下：6、进一步压缩版图尺寸得到的模型和分析结果如下：二、A XIEM分析AXIEM分析过程与ACE相似，只是将Simulator项改成AXIEM，不再赘述。
射频mems功分器器件制备
射频mems功分器器件制备
随着微机电系统技术在无线射频（RF）方面的不断发展，利用其
集成化优势，将微机电系统用在射频功率分配器中显得尤为重要。
微
机电系统（MEMS）分配器包括一层石墨烯（Graphene）衬底，其上覆
盖有一层绝缘介质，以及电极，电容以及可调节滑动结构，既可实现
可调功率分配又意有可控的分配模式。
首先，在石墨烯衬底ty的表面上，实现连续的有规则的电极结构，每个电极之间隔有一层绝缘层，
以及击穿电容。
在电极中插入可滑动的工作体，用精确的位置和准确
的压力控制滑动工作体的位置，实现不同分配比例。
滑动工作体有两
个端点，一个在相应的衬底电极间，另一个在增加调节模式的电容上，从而可实现多路分配。
其次，通过种植有调控电极和调节层的滑动部件，并通过调控电极给出可调的功率分配模式，多种应用得以实现。
最后，RF MEMS功分器器件制备需要通过制作精密微机械结构、阳极氧化、等离子体清洗、薄膜处理、电学连接以及测试等步骤，以保证制
备出高质量RF MEMS功分器器件。
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•设置微带线宽度W和长度L，具体变量设置如图所示（加SP、端口 ）
•L=1mm •Rs=100Ω
•（5）原理图仿真，分别看S11、S21、S22、S23数据 •频率带宽较差，还需要进一步优化
•（6）参数优化
• 双击 控件，弹出参数设置窗口；选择w2，单击“Tune/Opt/Start/DOE Setup”按 钮；选择“Optimization”标签，如下设置：
• 在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Simulation】->【SParameters】，打开仿真控制对话框。设置起止频率与原理图相同，参数 设置完成后，单击“Update”按钮。然后单击“Simulate”按钮，开始仿真。
•版图仿真结果
•输出版图：
•作业：
•设计一微带结构的威尔金森功分器，指标要求： •中心频率：2.45GHz •带宽：60MHz •频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB，S22<-20dB •频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB •隔离度：S32<-25dB
•4. 接上功分器的主路输入插座，其他各支路端接匹配负载。此时屏 幕上已出现输入阻抗轨迹，可按↓键换档。看看该器件的水平如何（ 点子越集中越靠近原点越好）。
•5. 按菜单键，选驻波返回。记下驻波数据（20个频点）。
• 3.2 各支路的幅相特性测 量
• 1. 设置使A下为《插损》,B下空白。
• 2. 按测插损连接，在仪器输入与 输出口上各接一根短电缆。两电缆 末端各接一只10dB衰减器，再用 一个双阴连接起来。
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 • 驻波比：每个端口的电压驻波比 • 隔离度：支路端口间的隔离程度
1.1 集总参数功率分配器
•1. 电阻式（等功率）
•△形和Y形电阻式功率分配器
•用ADS仿真：
•优点：频宽大, 布线面积小, 设计简单 •缺点：功率衰减较大
•2. 集总L-C式低通型和高通型功率分配器
•微带板材参数
•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Electrical栏Z0项填入70.7 Ohm，在E_Eff中输入90deg（对应四分之一波长）， 然后单击 按钮就可算出微带线的线宽0.7889 mm，线长为42.8971mm。
•（4）设置优化变量 •为便于参数优化的需要，在原理图中插入“VAR”控件 ；
• 双击“VAR”控件，设置w1、w2、ih三个变量(此处不设单位，在设置每 段微带线时另行设定）。
• 在工具栏单击“Deactive or Active”控件 ，然后单击Optim控件和 Goal控件，然后再进行仿真，此时即为优化后结构的仿真结果。
•第一次优化仿真结果
•第二次优化仿真结果
•第三次优化仿真结果
•2•7（9）功分器的版图生 成 • 在工具栏单击“Deactive or Active”控件 ，然后单击Optim控件、4个
实验三射频微波功率分配器 合成器设计
一、基本理论
• 将一路微波功率按一定比例分成n路输出的功率元件称 为功率分配器。按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器 和不等功率分配器。
•技术指标：
• 频率范围：分配器的工作频率 • 承受功率：分配器/合成器所能承受的最大功率 • 功率分配比：主路到支路的功率分配比 • 插入损耗：输入输出间由于传输线（如微带线）的
•3. 按执行键校直通
•4. 拔下双阴，将两根电缆带衰减器的一端，分别接到功分器的主路与某一 支路上，另一支路接上匹配负载。记下各频点的插损与相位（20个频点） 。
•5. 交换两支路的连接，记下另一路各频点的插损与相位（20个频点 ）。
Goal控件3个“地”、三个“Term”，“SP”控件，使它们失效，就不会出现在 所生成的版图中。
• 执行菜单命令【Layout】->【Generate/Update Layout】，弹出一个 设置对话框，这里应用其默认设置，直接单击OK。
• 在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->【Update From Schematic】，将原理图的基板和微带参数更新到版图中。
•用ADS仿真中心频率为2.4GHz的集总参数L-C式低通型功率分配器，传输 线特征阻抗为50欧姆。
•1.2 威尔金森功分器
二、威尔金森功分器的设计与仿真
•设计指标：
•频率范围：0.9-1.1GHz •频带内输入端口的回波损耗：S11<-20dB •频带内插入损耗：S21>-3.1dB, S31>-3.1dB •隔离度：S32<-25dB
• 同样方法设置ih变量（12—22）
•（7）设置优化方式和优化目标
• 在元件库立标中选择“Optim/Stat/Yield/DOE”，将优化设置控件“Optim” 化目标控件“Goal” （共需四个）插入原理图中。
和优
•-25
•（8）优化仿真
• 优化完成后，需要执行菜单命令[Simulate]->[Update Optimization Values],以保存优化后的变量值。
• 在版图窗口执行菜单命令【Momentum】->【Substrate】->【 Creat/Modify】，可以查看和修改基板和微带的基本参数。
•（10）功分器的版图仿真
• 在版图窗口执行菜单命令【Insert】->【Port】，弹出port对话框。在功 分器版图中插入三个端口，分参数：
•H:基板厚度(1.5 mm)，
Er:基板相对介电常数(2.65)
•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(0.035 mm)
•TanD:损耗角正切(1e-4)， Roungh:表面粗糙度(0 mm)
•报告要求： •（1）叙述威尔金森功分器原理； •（2）给出功分器的原理图和版图； •（3）给出原理图和版图仿真结果，并对其结果进行分析。
(1). 创建新的工程、设置长度单位为毫米
•(2). 画原理图，选择微带线控件 图区中，并用线连接。
•Ctrl+R 旋转 •F5 移动文字
分别放置在绘
•（3）利用微带线计算工具计算微带线尺寸参数
• 在原理图窗口执行【tools】-【lineCalc】-【Start LineCalc】
• 修改参数，然后单击 按钮就可以算出微带线的线宽1.52 mm
三、功分器的测量
•3.1 主路驻波比测量
•1.在《 频域 》设置：《0.1MHz》 • BF=500.0MHz、⊿F=50.0MHz、EF=2500.0MHz。 • 屏幕自动出现《N=41》。
•2.设置《M：常规》、A下《 回损 》，B下 空白。 。
•3. 按右图测回损连接，电桥测试端口接上双阳连接器一只，即以双阳 为新的测试端口，接开路负载，执行校开路；接上阴短路器，执行校短 路；接阴匹配负载进行校零。