宽带一分三功分器的设计

S S TE P
S tep1 S ubst="S S ub1"
W1=0.68 mm W2=1.71 mm
S LIN TL4
S ubst="S S ub1"
W=0.68 mm L=10 mm
S MITE R
B end5 S ubst="S S ub1"
W=0.68 mm
S MITE R B end8
S ubst="S S ub1"
R=400 Ohm
S LIN TL1 S ubst="S S ub1" W=9.47 mm L=20 mm
S LIN TL3 S ubst="S S ub1" W=0.68 mm L=5 mm
S S ub
SSUB
S S ub1
E r=1 Mur=1
S MITE R B end1
S ubst="S S ub1"
Design of Wideband One-Three Power Divider
FENG Wen-wen, LI Lei
(38th Research Institute of China Electronic Technology Corporation, Hefei 230031, China)
S ubst="S S ub1"
W1=6.13 mm W2=8.31 mm
S LIN
S S TE P
TL22
S tep13
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
W=8.31 mm W1=8.31 mm
L=37.5 mm W2=9.47 mm
S LIN
TL25 S ubst="S S ub1"
1 引言
在现代通信系统中,无源器件以其环保无污染、 低功耗和可靠性高而被广泛使用。威尔金森功分器 因具有良好的幅度相位特性，设计简便，被广泛应 用于功率合成器、混频器等微波电路中。随着宽带 天线研制技术的发展，对馈电网络的宽带特性提出 了更高的要求。常规的威尔金森功分器工作频带较 窄，无法满足宽带的馈电使用，为了进一步加宽工 作频带，可以通过阻抗匹配技术展宽功分器的频带。 在参考文献[1]中，提出了多路等功分的功分器的设 计原理。参考文献[2]中给出了多节切比雪夫阻抗变 换的设计方法。本文综合两种参考文献的技术设计 出了五节一分三的威尔金森功分器。
2.1 切比雪夫阻抗变换器
切比雪夫阻抗匹配是以通带内的波纹为代价而 得到最佳带宽的，对于给定节数 N 的切比雪夫变换 器，有式：
Γ(θ ) = 2e− jNθ [Γ0 cos Nθ + Γ1 cos(N − 2)θ + ⋅⋅⋅ + Γn cos(N − 2n)θ + ⋅⋅⋅]
（1）
Γ(θ ) = Ae− jNθTN (secθm cosθ )
（2）
Γn
=
Z n +1 Z n +1
− Zn + Zn
（3）
由（1）式可以确定 Γn ，然后利用（2）
式展开切比雪夫多项式TN (secθm cosθ ) ，并令
（1）（2）两式中同样的 cos(N − 2n)θ 项相等，就可
以根据式（3）计算出各节的特征阻抗[3]。对于一分
·1001·
三的威尔金森功分器而言，各枝节阻抗需要匹配 150Ω的负载到 50Ω的传输线。由上式可以计算出五 节切比雪夫变换器由 150Ω到 50Ω的阻抗分别为 125.37Ω，105.49Ω，82.44Ω，64.42Ω，54.21Ω。
W2=9.47 mm
S LIN
TL24 S ubst="S S ub1" W=9.47 mm
L=50 mm
R R6 R=120 Ohm
R R8 R=210 Ohm
R R10
R=400 Ohm
S -P A RA ME TE RS
S LIN
TL9 S ubst="S S ub1"
W=0.68 mm L=32.5 mm
W=0.68L=m17m.5 mm W2=1.71 mm L=37.5 mm W2=3.62 mm
S LIN
TL15 S ubst="S S ub1" W=3.62 mm
L=37.5 mm
L=5 mm
R R2 R=40 Ohm
R R4
R=100 Ohm
S MITE R
S LIN
S MITE R
B end6
W=0.68 mm
S LIN
S S TE P
TL11
S tep6
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
W=1.71 mm W1=1.71 mm
R L=37.5 mm
W2=3.62 mm
R1
R=40 Ohm
S LIN
S S TE P
TL14
S tep7
S ubst="S S ubS1"ubst="S S ub1"
S LIN
S S TE P
百度文库
S LIN
S S TE P
SLIN TL10
S tep3
TL12
S tep5
TSLu7bst=WS"Su=bS0su.t6b=81"S"mSmub1WS"u1b=s0t.=6"8S
S ub1" mm
S ubst="S S ubS1"ubst="S S ub1" W=1.71 mm W1=1.71 mm
W=0.68 mm
B=10 mm
T=2 mm Cond=1.0E +50
TanD=0
S C ROS
Cros1
S ubst="S S ub1" W1=9.47 mm
W2=0.68 mm
W3=0.68 mm W4=0.68 mm
S LIN
TL5 S ubst="S S ub1"
W=0.68 mm L=5 mm
宽带一分三功分器的设计
冯文文 李磊
（中国电子科技集团公司第 38 研究所 合肥 230031）
摘 要：本文介绍了一种宽带一分三威尔金森功分器的设计方法，讨论了该功分器在工程实现中的设计考虑， 给出了样件的测试结果，实现了 0.8GHz～3.2GHz 内反射损耗大于 13dB，相邻端口的隔离度大于 18dB。通 过对比发现，该网络的测试曲线与理论曲线符合很好。 关键词：威尔金森功分器，宽带，阻抗匹配
2.3 ADS 仿真及结果分析
Agilent 公司的高级设计系统(Advanced Design
System——ADS)软件是国内各大学和研究所在微波 电路和通信系统仿真方面使用最多的软件之一。本 文利用 ADS 仿真软件对整个电路进行了仿真和优 化。由于阻抗变换器第一节的特征阻抗太高，在保 证加工精度的基础上，我们选用腔高为 10mm，内导 体厚度为 2mm 的空气板线形式。同时为了保证加工 出来的内导体方便焊接隔离电阻，在第一节阻抗变 换处打了一个 U 小弯，使三个枝节的阻抗变换台阶 在同一条线上。用 ADS 仿真软件对的电路图进行仿 真和优化如图 1 所示，其得到的 S 参数曲线如图 2。
2.2 隔离电阻的选取
对于隔离电阻，由于节数的增多其数值不容易 通过严格的综合方法求出，但仍可以仿照阻抗变换 器的分析方法，求出包括隔离电阻的影响在内的输 入口反射系数[4]。利用经验公式，反复逼近计算并对 所得隔离电阻阻值进行优化选取（使电路各分端口 的隔离尽可能大，同时电阻的规格要在优选的电阻 范围之内），最终选择各隔离电阻的阻值为：40Ω， 100Ω，120Ω，210Ω，400Ω。
W1=6.13 mm W=8.31 mm
W2=8.31 mm L=37.5 mm
R
R7
R=210 Ohm
S S TE P
S tep15 S ubst="S S ub1"
W1=8.31 mm W2=9.47 mm
S LIN
TL23
S ubst="S S ub1" W=9.47 mm
RL=50 mm R9
W=3.62 mm W1=3.62 mm
L=37.5 mm W2=6.13 mm
R
R3
R=100 Ohm
S LIN
TL19 S ubst="S S ub1" W=6.13 mm L=37.5 mm
R R5
R=120 Ohm
S S TE P
S LIN
S tep12
TL20
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
Term
Term1
Num=1 Z=50 Ohm
S LIN TL2 S ubst="S S ub1" W=0.68 mm
L=5 mm
S MITE R
B end4
S ubst="S S ub1" W=0.68 mm
S LIN
TL8 S ubst="S S ub1" W=0.68 mm L=32.5 mm
Abstract: In this article a method is described for designing a wide band one-three Wilkinson power divider. The design considerations in engineering realization are discussed and the testing results of the experimental devices are given. From 0.8GHz to 3.2GHz, the return loss is more than 13 dB, insulation of output ports is more than 18dB. Comparing of results indicates that the testing curve is well consistent with the theoretical one. Key words: Wilkinson power divider, Wideband, Impedance match
TL18
S tep10
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
W=6.13 mm W1=6.13 mm
L=37.5 mm
W2=8.31 mm
S LIN
S S TE P
TL21
S tep14
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
W=8.31 mm W1=8.31 mm
L=37.5 mm
S S TE P S tep2
S ubst="S S ub1"
W1=0.68 mm W2=1.71 mm
S LIN
TL13 S ubst="S S ub1"
W=1.71 mm L=37.5 mm
S S TE P S tep4
S ubst="S S ub1"
W1=1.71 mm W2=3.62 mm
S LIN
W=9.47 mm L=50 mm
S _P aram SP1 Start=0.8 GHz Stop=3.2 GHz
S tep=
Term Term2 Num=2 Z=50 Ohm
Term Term3 Num=3 Z=50 Ohm
Term Term4 Num=4 Z=50 Ohm
图 1 宽带一分三威尔金森功分器 ADS 仿真电路图
S S TE P
TL16
S tep9
S ubst="S S ubS1"ubst="S S ub1"
W=3.62 mm W1=3.62 mm
L=37.5 mm W2=6.13 mm
S LIN
TL17 S ubst="S S ub1"
W=6.13 mm L=37.5 mm
S S TE P S tep11
2 仿真设计
本文需要设计的一分三威尔金森功分器具有以 下特点：（1）工作频带宽：实际工作频带为 0.8GHz～
3.2GHz，相对带宽达 120%；（2）功率容量高：工作 峰值功率 1KW，平均功率 100W。为了满足以上两 个特点我们选用五节切比雪夫阻抗匹配以展宽频 带，选择空气板线结构形式以增大功率容量。
从仿真曲线可以看出，该功分器在频率为 0.8GHz～2.8GHz 时幅度起伏小于±0.2dB，但是在 2.8GHz～3.2GHz 幅度有明显下降的趋势致使整个频 带内的幅度起伏变大，总口反射损耗大于 16dB（驻 波比为 1.38），分端口反射损耗基本大于 20dB（驻波 比为 1.22），各分端口之间的隔离度优于 20dB。
·1002·
图 2 仿真 S 参数曲线
3 设计实例及实测结果
根据计算机仿真结果制作出了一分三威尔金森 功 分 器 ， 整个 电 路 的 尺寸 为 ： 230mm× 90mm× 16mm，输入输出接头均为 N 型阴头。加工出的样件 得到测试曲线如图 4 所示。通过测试曲线可以看出： 功分器的功分比在 0.8GHz～2.3GHz 不平衡度小于 ±0.2dB，在 2.3GHz～3.2GHz 不平衡度小于±0.4dB； 各端口反射损耗 3.2GHz 附近低于 16dB，95％频段 均优于 16dB（驻波比优于 1.38）；功分器端口隔离度 大于 19.5dB。
S ubst="S S ub1" W=0.68 mm
TL6
B end7
Subst="SSub1" Subst="SSub1"
W=0.68 mm W=0.68 mm
L=5 mm
S S TE P
S tep8 S ubst="S S ub1" W1=3.62 mm
W2=6.13 mm
S LIN
S S TE P