射频功分器一分三的设计毕设论文VIP

安徽建筑工业学院毕叶设计(文学论)专业信息和通信技术08级通信2级这个学生的名字叫刘晶薛浩08205040205基于ADS的微波器件设计与仿真 1/3功分器的设计与仿真彭金华，讲师2012年6月摘要随着现代电子通信技术的飞速发展，信息交流越来越频繁。各种电子电气设备对各个领域的企业和家庭产生了巨大的影响。在微波通信领域，随着微波技术的发展，功分器作为一种重要的器件，其性能对系统有着重大的影响，因此其发展技术也需要不断改进。本文首先简要介绍了功分器的基本原理和性能指标，然后阐述了具体的一至三功分器的设计思想和过程，给出了设计电路结构、仿真结果、相应的版图和版图图，最后进行了版图设计。本文还使用了自动生成系统和AutoCAD。在设计过程中，用中文说明了如何将它们应用于具体电路结构的建模、仿真优化和功分器的版图生成。关键词：功分器；广告；模拟摘要随着现代电子通信技术的飞跃发展和信息交流越来越频繁，各种各样的电子电气设备已经极大地影响了商业和家庭的各个领域。在微波通信领域，随着微波技术的发展，作为关键器件的分束器的性能对系统的影响不容忽视，因此发展技术需要不断提高。本文首先简单介绍了分路器的基本原理和性能指标，然后阐述了具体的1对3分路器的设计思想和过程。给出了电路结构、仿真结果和版图。最后，领土建成了。设计中还使用了自动绘图系统和自动绘图软件。文中对如何在具体电路建模、仿真、优化和版图形成中使用它们进行了相应的描述。关键字：拆分器；广告；模拟目录第一章导言11.1微波技术简介11.1.1微波概念介绍11.1.2微波的主要特性21.1.3微波的一些应用21.2功率分配器概述31.2.1功分器设计背景31.2.2国内外研究现状4第二章微带传输线理论62.1微带传输线介绍62.2微带线参数的计算方法9第三章功分器的基本理论103.1功率分配器的分类103.2常用配电装置之间的差异103.3功分器10的基本原理3.3.1四分之一波长转换器103.3.2功分器12的原理第四章功率分配器的设计184.1功率分配器18的性能参数介绍4.1.1输入VSWR 184.1.2频率范围4.1.3耐受功率插入损耗184.1.5隔离194.1.6 S参数194.2广告软件介绍204.3完成指标204.4功分器20的设计建筑工程4.4.2设计示意图214.4.3基本参数设置224.4 .4功率分配器24的原理图模拟4.4.5功分器26电路参数的优化4.4.6功分器布局28的生成4.4.7功分器布局模拟30第五章一般结论32参考文献34基于ADS的微波器件设计与仿真-1分频器和3分频器的设计与仿真刘晶，电子信息工程学院通信工程专业2008级通信二班讲师：彭金华第一章导言1.1微波技术介绍1.1.1微波概念介绍近年来，越来越短的电磁波，例如长波、中波、短波、超短波、微波、亚毫米波甚至光波，已经被连续地用于无线电通信和其他应用中。像无线电波、红外线和可见光一样，微波也是电磁波。微波是指频率在300兆赫至300兆赫之间的电磁波，即波长在1米至1毫米之间的电磁波。微波的频率高于一般无线电波，一般也称为“超高频电磁波”。在微波频率范围内，一方面，它的波长比普通无线电波短得多，相应的频率也高得多；另一方面，它的波长比可见光长得多，相应的频率也低得多。因此，微波波段有其自身的特点、应用领域和研究方法。它的产生、传播、辐射和传播也不同于其他波段。这就是为什么微波波段被指定用于特殊研究，也是更高频段研究的基础。在通信和雷达工程中，拉丁字母通常用来表示微波波段的名称，如表1-1所示。表1-1微波频段代码及相应的频率范围带频率范围/千兆赫带频率范围/千兆赫超高频0.3-1.12K18.0-26.5L1.12-1.7灵魂26.5-40.0LS1.7-2.6Q33.0-50.0S2.6-3.95U40.0-60.0C3.95-5.85M50.0-75.0XC5.85-8.2E60.0-90.0X8.2-12.4F90.0-140.0Ku12.4-18.0G140.0-220.0r220.0-325.0微波能量通常由DC或50兆赫交流电通过特殊装置获得。能产生微波的装置有很多种，但主要分为两类：半导体装置和电真空装置。电真空装置是利用电子在真空中移动来完成能量转换的装置，或称为电子管。磁控管、多腔速调管、微波三极管、四极杆、行波管等可以在电真空器件中产生高功率微波能量。目前，磁控管和速调管主要用于微波加热领域，特别是工业应用。1.1.2微波的主要特性纵观整个电磁波谱，从低频无线电波、微波到可见光，甚至是x光和射线，我们可以发现，虽然它们都属于电磁波，但不同波段的电磁波有不同的特性。就微波而言，主要特点是：(1)微波源仍然是单频、极化和相干的，所以可以用外差法接收微波信号。(2)微波波长。微波的传输特性类似于几何光学，具有“类光特性”。(3)微波的波长相当于一般物体的线性尺寸。因此，可以用成熟的几何光学方法设计各种微波仪器和设备，例如设计具有发射表面或透镜的微波天线。(4)微波不仅是一个高频段，也是一个极宽的频段。它具有通信容量高、抗干扰能力强的特点，可以用于多通道通信。(5)微波可以穿透电离层，因此卫星通信必须使用微波。(6)水、含水或脂肪物质可以吸收微波。正是考虑到这一点，微波被应用于工业和农业的许多方面。1.1.3微波的应用根据微波的一些特性，我们可以得到它的一些简单应用：(1)广播和电视。由于无线电台的增加，无线频带越来越拥挤，无线电台之间的相互干扰变得严重。唯一的解决办法是发展到高频。微波的频带大约是长波、中波、短波和超短波频带总和的1万倍。微波可以用来传输多频道广播和电视信号。(2)沟通。中继通信一般使用厘米波。其他利用微波的散射通信和卫星通信正在迅速发展。微波通信实际上是中继站在空中进行的一种微波中继通信。(3)雷达和导航。为了满足各种需求，现代雷达种类繁多，性能日益提高。除了军事用途外，还开发了各种民用雷达，如天气雷达、导航雷达、汽车防撞雷达、防盗雷达等。(4)微波加热。微波加热是指微波能量被一些有损耗的介质吸收，特别是含有水或脂肪的物质，并将微波能量转化为热能。其优点是加热均匀，内外均匀(5)医学。热效应在医疗中的应用不仅可以用微波理疗机进行透热，还可以用微波局部加热杀死癌细胞。(6)能源。微波穿透电离层可以用来将卫星产生的电能传输到地面。1.2功率分配器概述1.2.1功分器设计背景功率分配器是一种多端口网络，将输入信号功率分成相等或不等的输出。它广泛用于雷达系统和天线馈电系统。根据功分器的功率分配比和相应的设计公式，功分器很容易实现。分频器可根据其分布的分支数量分为2n 1(奇数)和2n(偶数)。后者的设计方法相对简单，只需要将最基本的功分器分成相等的部分。对于奇数功率分配器，通常的设计方法是先将2(n 1)分成相等的部分，然后加载其中一部分。虽然这种设计方法简单方便，但结构有限，负载接收端容易影响其他端口相位幅度的一致性，插入损耗大。随着无线通信技术的快速发展，各种通信系统的载波频率不断增加。高频电子器件的小型化和低功耗以及电路设计使微带技术发挥了优势。射频电路和测量系统(如混频器和功率放大器电路)中的功率分配和耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量。在通信设备中，功分器有着非常广泛的应用。例如，在相控阵雷达系统中，发射机功率应该分配给每个发射单元。在实践中，通常需要按照一定的比例给每个支路分配一定的功率。有许多种功率分配器。常见的功率分配器包括变压器型、微带或带状线型、波导型和铁氧体型。它们各有优缺点和适用场合。1.2.2国内外研究现状功分器作为一种低功耗无源器件，广泛应用于微波和毫米波系统。它的功能是将输入功率分配给每个支路。近年来，采用集成平面传输线设计的功分器发展迅速。在天线阵列技术的馈电网络中，功率分配器可以将功率分配给每个阵列元件。配电网布线的设计质量直接影响整个天线的性能。在实际设计中，应考虑体积、相位、驻波的小型化、各端口的匹配以及加工精度等问题。目前的大多数文献是针对小型1-2配电网的。功分器可以采用腔体和微带方法。空腔插入损耗小，功率容量大，但隔离度不好，但插入损耗和平衡性好。然而，微带线的设计方法相对灵活。最简单的方法是向输出端口添加单向铁氧体。为了减小体积和提高性能，目前最常见的设计思想是威尔金森功分器。有两种类型的微带功率分配器：简单和混合。在平面微波集成电路中，只有一个简单的功率分配器可以用来直接分成多个输出。其加工工艺简单，但输出端不匹配。输出之间的隔离非常小，工作频带很窄。由于在平面电路上对称布置几个隔离电阻的结构困难，混合功率分配器通常只能制成双向功率分配器，最多不超过三路，但它改善了输出端的匹配并增加了输出端口之间的隔离。混合多通道功分器通常由多个双向功分器级联而成。此外，微带定向耦合器和环形桥可以用作功率分配器，但它们通常不被称为功率分配器，因为功率分配器应该只具有信号的输入端口和输出端口，而不需要具有隔离端口。在微带功分器中，威尔金森功分器由于其自身结构的良好特性，是毫米波微波高功率系统中应用最广泛的形式。他们的权力分配可以是平等的，也可以是不平等的。威尔金森功分器通常只适用于低于X波段的频率。当频率升高时，会出现许多问题，例如隔离电阻相对于工作频率有一个谐振频率点，不能再将其视为纯电阻，其大小可与工作波长相媲美，不能再将其视为集总元件。为了获得高频带的谐振频率，电阻器的尺寸必须非常小，这意味着功率分配器的两个分支电路必须靠近在一起以与电阻器连接，但是这将导致两个输出电路之间的强耦合并破坏我们想要的功率分配比。功分器现在有以下系列：1，400兆赫-500兆赫频段2，3功分器，适用于常规无线电通信、铁路通