功分器和定向耦合器的设计.pptVIP

第三讲：功分器和定向耦合器设计,学习内容,功分器和耦合器的工作原理 功分器和耦合器的基本指标 功分器和耦合器电路原理图的仿真设计优化 功分器和耦合器版图的仿真设计,功分器的基本原理,工作原理 功分器属于无源微波器件，应用于功率的分配与合成。 功分器通常采用三端口网络，常用3dB等分形式。 将输入信号等分或不等分地分配到各个输出端口，并在输出端口保 持相同的输出相位。 常用的功分器：T型结功分器、威尔金森功分器,Pin,Pout1,Pout2,功分器的基本原理,Ka波段毫米波功率合成应用,fin,fout,Amplifier1,Power Divider,Amplifier2,Power Combiner,利用威尔金森功分器实现2路放大器的功率合成,功分器的基本原理,威尔金森功分器电路结构 端口1无反射；端口2和端口3输出电压相等且同相。 端口2和端口3输出功率比值为任意指定值，通常为功率等分。 为增加端口2与端口3的隔离度，在它们之间加入隔离电阻R。,输入端口 特性阻抗,1,2,3,分支微带线,分支微带线特性阻抗,隔离电阻R,功分器的基本原理,威尔金森功分器微带电路基本结构,1,2,3,功分器的基本原理,功分器的基本指标 输入端口回波损耗： 输入端口1的反射功率Pr与输入功率Pi之比 插入损耗： 输出端口的插入损耗根据输出端口的输出功率与输入端口1的输入功率Pi来计算,功分器的基本原理,功分器的基本指标 输出端口间的隔离度： 根据输出端口2的输出功率P2与输出端口3的输出功率P3之比计算 功分比： 输出端口3的输出功率P3与输出端口2的输出功率P2之比 相位平衡度 在功率合成应用中，输出端口相位平衡度直接影响功率合成效率， 即要求各个输出端口信号相位一致。,功分器的设计、仿真、优化,等功分威尔金森功分器的设计指标 频带范围： 0.9-1.1GHz 频带内输入端口回波损耗： S11-3.1dB S31-3.1dB 输出端口间隔离度： S23-25dB,1,2,3,功分器的设计、仿真、优化,建立功分器工程文件,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图 MSUB , 微带基片 MLIN , 微带传输线 Mcurve , 弧形微带线 MTEE , 微带T型结 TFR , 薄膜电阻,输入端口连接图,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图,1,2,3,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图,阻抗变化部分 连接图,1/4 波长!,薄膜电阻,1,2,3,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图,薄膜电阻,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图,输出电路上支线部分,输出电路下支线部分,功分器的设计、仿真、优化,设计原理图,完整的威尔金森功分器电路,输入端口,阻抗匹配变换,输出上支路,输出下支路,功分器的设计、仿真、优化,微带基板参数设置 H=0.8mm 微带基片厚度 Er=4.3 基片相对介电常数 Mur=1 相对磁导率为1 Cond=5.88E+7 微带金属片导电率 Hu=1e+33 mm 微带电路封装高度 T=0.03 mm 微带金属厚度 TanD=1e-4 损耗角正切 Rough=0mm 微带线表面不平整度,功分器的设计、仿真、优化,微带线参数设置 利用【Tools】-【LineCalc】-【Start LineCalc】 计算50欧姆微带线线宽 计算70.7欧姆微带线线宽，及四分之一波长传输线的长度,功分器的设计、仿真、优化,基片参数设置,工作频率设置,阻抗，电长度设置,对应微带线宽度线长结果,功分器的设计、仿真、优化,微带线参数设置 设置微带线结构参数变量,功分器的设计、仿真、优化,微带电路参数设置输入端口与四分之一波长电路处的设置,功分器的设计、仿真、优化,微带电路参数设置输出端口电路处的设置,功分器的设计、仿真、优化,设置完成的功分器电路图,功分器的设计、仿真、优化,开始仿真,全频段内隔离度未达指标，并且平坦度较差，需优化,功分器的设计、仿真、优化,电路优化 对阻抗匹配电路的优化-优化变量w2，lh,功分器的设计、仿真、优化,电路优化 优化仿真器和优化目标的设置由于电路对称性，S(3,1)和S(3,3)不需优化,输入端口回波,输出端口回波,插入损耗,输出端口隔离度,功分器的设计、仿真、优化,加入优化 元件后的电路拓扑,功分器的设计、仿真、优化,优化后的仿真结果,满足设计指标！,功分器的设计、仿真、优化,版图的生成与仿真,显示生成版图有效元件数目等信息,输入端口1,输出端口2,输出端口3,功分器的设计、仿真、优化,版图的生成与仿真,输入端口1,输出端口2,输出端口3,功分器的设计、仿真、优化,版图的S参数仿真,功分器的设计、仿真、优化,版图的S参数仿真结果,功分器的设计、仿真、优化,小结 功分器的基本工作原理及主要指标 威尔金森功分器的仿真设计优化 威尔金森功分器版图的仿真设计,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本工作原理 定向耦合器属于无源微波器件，为四端口器件，分为：,微带耦合线耦合器,波导定向耦合器,输入,耦合,直通,隔离,输入,耦合,直通,隔离,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本工作原理,波导定向耦合器,输入,耦合,直通,隔离,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本工作原理 定向耦合器可设计为任意功率分配比，广泛应用于功率分配与合 成。 常用定向耦合器： Lange耦合器（交指耦合器） 应用于耦合较强的情况，通常设计为3dB耦合； 具有一个倍频程或更宽的带宽； 在平衡放大器、功率分配器和平衡混频器中有广泛应用。,定向耦合器的基本原理,Lange耦合器基本工作原理,90度相位差,金丝焊接,定向耦合器的基本原理,Lange耦合器的耦合系数 耦合系数用C表示，影响耦合系数的参数有： 耦合线宽与基板厚度比W/H 耦合缝隙宽度与基板厚度比S/H 基板介电常数 导体厚度与基板厚度比T/H,耦合缝隙宽度与基板厚度比S/H，导体厚度与基板厚度比T/H 对耦合系数C有较大影响。,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本指标 耦合度： 耦合端口3输出功率P3和输入端口1输入功率P1之比： 隔离度： 隔离端口4的输出功率P4和输入端口1的输入功率P1之比：,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本指标 定向度： 隔离端口4输出功率P4和耦合端口3输出功率P3之比： 插入损耗： 直通端口2的输出功率P2和输入端口1的输入功率P1之比：,定向耦合器的基本原理,定向耦合器基本指标 输入驻波比： 端口2、3、4都接匹配负载时，输入端口1的驻波比： 工作带宽： 定向耦合器C、I、D等参数满足要求的工作频率范围,定向耦合器的仿真设计,定向耦合器设计指标 频带范围：0-20GHz 中心频点：12GHz 在8-16GHz倍频程内输入驻波比小于1.2 在中心频点12GHz处插损和耦合度： -3.1dBS21=S31-2.9dB 8-16GHz倍频程内定向度： S41/S31-17dB 8-16GHz倍频程内隔离度： S41-20dB,定向耦合器的仿真设计,建立耦合器设计的电路原理图,直通端口,耦合端口,输入端口,隔离端口,定向耦合器的仿真设计,建立耦合器设计的电路原理图,W/H=0.107,S/H=0.071,直通端口与耦合端口相位差,直通端口,耦合端口,输入端口,隔离端口,定向耦合器的仿真设计,经验初值的仿真结果,定向耦合器的仿真设计,耦合器的参数优化 优化微带线线宽w(0.02-0.0508mm)；和缝间距s(0.02-0.038mm),插入损耗,耦合度,隔离度,定向耦合器的仿