宽带微带结构的功率分配器

宽带微带结构的功率分配器

1rafige型、branchlus型、wilpun型网络的特点功能分配器用于将输入信号的功能分配给不同数量的通道功率，如图1所示，用于功能分配或功率合成。常用的功分器主要有三种,RatRace型、Branchline型和Wilkinson型。其中由于Wilkionson型没有专门多出的隔离端口,结构简单,易于微带实现,所以运用更为广泛。Wilkinson功率分配器是这样一种网络:当输出端口都匹配时,它仍具有无耗特性,它只是耗散了反射功率。微带结构的功率分配器可以方便的用印刷电路板实现。本文设计了一种宽带(2～4GHz)微带结构的功率分配器,并对其用微波仿真软件Designer进行了仿真。2功分器输出匹配这里我们首先考虑等分(3dB)情况。其微带形式如图2(a)所示;图2(b)给出了相应的传输线电路。Wilkinson功分器因为其输出端口同时满足隔离和匹配的要求而用途很广。对于两路等功分Wilkinson分配器其S参数矩阵为:[S]=−j2√⎡⎣⎢011100100⎤⎦⎥[S]=-j2S11=0说明在端口1,Zin=1,输入端口匹配;S22=S33=0说明端口2和端口3匹配;S12=S21=Ve1+Vo1Ve2+Vo2=−j/2√S12=S21=V1e+V1oV2e+V2o=-j/2,由于互易性所以对称;S13=S31=−j/2√S13=S31=-j/2,由于等功分所以端口2和端口3对称;S23=S32=−j/2√S23=S32=-j/2,说明端口2与端口3是隔离的;当功分器在端口1驱动并且输出匹配时,没有功率消耗在电阻上。所以,当输出都匹配时,功分器是无耗的;只有从端口2或端口3反射的功率消耗在电阻上。3z0b、z0b、z0、papb、z00.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.25r0.5+b0.25rw任意功分比Wilkinson功分器的电路结构如图3所示。其每部分计算公式如下:Z0A=Z0×((PAPB)−1.5+(PAPB)−0.5)0.5Z0B=z0×(1+PAPB)0.5(PAPB)0.25Z0C=Z0×(PAPB)−0.25Z0D=Z0×(PAPB)0.25RW=Z0×((PAPB)0.5+(PAPB)−0.5)Ζ0A=Ζ0×((ΡAΡB)-1.5+(ΡAΡB)-0.5)0.5Ζ0B=z0×(1+ΡAΡB)0.5(ΡAΡB)0.25Ζ0C=Ζ0×(ΡAΡB)-0.25Ζ0D=Ζ0×(ΡAΡB)0.25RW=Ζ0×((ΡAΡB)0.5+(ΡAΡB)-0.5)42电路设计结果为了加宽工作频带,可以采用多节的功分器结构,即增加线段和相应的隔离电阻R的数目。这里设计了一个3节的功分器,其电路结构图见图4。第一节传输线特征阻抗Z1=57.485Ω;并联电阻R1=400Ω;第二节传输线特征阻抗Z2=70.71Ω;并联电阻R2=211.46Ω;第三节传输线特征阻抗Z3=86.98Ω;并联电阻R3=107.18Ω;由于所能获得的电阻阻值有限所以用100Ω电阻代替107.18Ω电阻,用220Ω电阻代替211.46Ω电阻,用430Ω电阻代替400Ω电阻。通过对各个节的线段长度进行细微的调整对系统性能进行优化,对电路进行初步确定,其电路原理图用Designer仿真,效果如见图5。板材选择duroid5880,Er=2.2,板厚20mil。功分器layout图见图6。对其用Designer进行EM仿真,其效果如图7所示。由仿真效果图可以看出,此宽带等功分器传输损耗小于3.7dB,输出端口间的隔离度大于24dB,各个端口的反射系数小于-24dB。5微波频率特性功分器各性能指标的测量采用Anritsu公司的37369D矢量网络分析仪,测试时三个端口的其中之一接50Ω匹配负载,S21,S22,S32,S11的实际测试值见图8～图11。实际功分器外形见图12。由实测结果可以看出此功分器各项指标均达到使用要求。与仿真值相比较,隔离度有一定的偏差,部分原因是由于实际电阻与仿真时所用的电阻模型在微波频段特性有所不同造成的。电阻的焊接位置,焊锡的多少,SMA头的加入都对性能有所影响。6宽带wilpin-la布置仿真本文对Wilkinson型功分器的原理以及计算公式给以了介绍,