【原创】南京邮电大学 课程设计 Wilkinson(威尔金森)功分器的设计

Wilkinson功率分配器设计报告1.引言在无线通信系统中，功率分配器是一种广泛使用的被动器件，用于将输入功率平均分配到多个输出端口上。

Wilkinson功率分配器是一种常见的功率分配器设计，具有简单的电路结构和良好的性能。

本报告将介绍Wilkinson功率分配器的设计原理、电路结构和性能评估。

2.设计原理Wilkinson功率分配器的设计原理基于3dB的功率分配和相位匹配。

它由一个输入端口和两个输出端口组成。

输入信号被分为两个等幅度的输出信号，并且相位差为180度。

这种相位差可以通过在输出端口之间插入一个相位延迟器来实现。

3.电路结构_______Input ----，，---- Output______________Input ----，，---- Output_______其中，R1和R2是电阻，L1和L2是电感，C1和C2是电容。

相位延迟器由一个电感和一个电容组成。

4.设计步骤（1）选择合适的工作频率和功率级别。

（2）计算电阻和电容的值。

根据设计要求和工作频率选择合适的电阻和电容值。

（3）计算电感的值。

根据电阻和电容的值，使用以下公式计算电感的值：L = 1 / (2 * π * fc * √(C1 * C2 * R1 * R2))其中，L为电感的值，fc为工作频率，C1和C2为电容的值，R1和R2为电阻的值。

（4）计算相位延迟器的电感和电容的值。

根据工作频率和相位差的要求，选择合适的电感和电容值。

（5）进行电路仿真和优化。

使用电路仿真工具，如ADS或CST，对设计的电路进行仿真和优化，以满足设计要求。

（6）制作和测试样品。

根据仿真结果，制作样品并进行测试，验证设计的性能。

5.性能评估对于Wilkinson功率分配器，性能评估主要包括以下几个方面：（1）功率分配性能：通过测量输出端口的功率，评估功率分配的均匀性和准确性。

（2）相位匹配性能：通过测量输出端口之间的相位差，评估相位匹配的准确性。

不等分威尔金森功分器设计1.引言1.1 概述威尔金森功分器是一种重要的电路结构，用于将输入功率分成多个相等的输出功率。

它由诺贝尔奖得主威尔金森于1960年提出，被广泛应用于通信系统、无线电频率合成器、功率放大器等领域。

在许多应用中，需要将输入功率均匀地分配到多个输出通路上，而又不影响整体的信号质量。

威尔金森功分器通过其特殊的电路结构和工作原理，实现了这一目标。

它以其无需外部控制信号即可实现等分功率的特点，被广泛应用于各种需要功率分配的场景。

威尔金森功分器的设计要求相对较高，需要考虑多个因素，如频率范围、带宽、功率损耗、相位平衡等。

设计人员需要根据具体的应用需求和实际情况，灵活选择电路元件和参数，以达到最佳的功分效果。

本文将对威尔金森功分器的原理和设计要点进行详细介绍。

在正文部分，我们将首先解析威尔金森功分器的工作原理，深入理解其基本原理和电路结构。

然后，我们将重点讨论威尔金森功分器设计的要点，包括电路参数的选择、信号的相位平衡等。

最后，我们将通过实例分析和实验结果，对威尔金森功分器的性能进行评估和总结。

通过本文的阅读，读者将能够全面了解威尔金森功分器的设计原理和要点，在实际应用中更好地应用该电路结构。

同时，本文还为威尔金森功分器的进一步改进和应用提供了一定的启示和参考。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构：本文将分为三个主要部分进行讨论。

首先，引言部分将对本文进行概述，介绍文章的结构和目的。

其次，正文部分将详细介绍威尔金森功分器的原理和设计要点。

最后，在结论部分对全文进行总结，并提出设计过程中所获得的启示。

引言部分将首先概述威尔金森功分器的设计背景和意义，介绍其在电子电路中的应用。

接着，文章结构部分将简要介绍本文的组织结构，为读者提供对全文主要内容的概括。

最后，明确本文的目的，即通过对威尔金森功分器的设计进行探讨，深入理解其原理和设计要点，并总结设计的心得与启示。

正文部分将分为两个主要小节进行阐述。

摘要摘要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或多路较小的功率信号。

功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。

功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。

现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。

小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点，而微带技术具有小型化低功耗的优点，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，设计了一个Wilkinson功分器，并使用基于矩量法的ADS软件设计、仿真和优化计算相关数据参数，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。

关键词：功分器，ADS，优化参数IABSTRACTABSTRACTPower divider is referred to as power divider,in which the input signal is divided into two(or more)smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power divider is reciprocity structure,power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits.Now the design of RF and microwave system is more and more complex,the circuit requirements are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit，the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter,the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design，using microwave software tools for the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design.small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design，and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption.Therefore,I learned the basic principle of power divider,combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider,and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization,and produced a good performance of Wilkinson power divider.Key words:power divider,ADS,optimization parametersII目录第1章引言 (1)1.1功分器的发展概况 (1)第2章研究理论基础 (2)2.1功分器的理论基础 (2)2.2功分器技术基础 (4)2.2.1什么是功分器 (4)2.2.2功分器的重要性 (4)2.2.3Wilkinson功分器的优点 (4)2.3wilkinson基本工作原理： (5)2.4Wilkinson功率功分器的基本指标 (6)2.4.1.输入端口的回波损耗 (6)2.4.2插入损耗 (7)2.4.3输入端口间的隔离度 (7)2.4.4功分比 (7)2.4.5相位平衡度 (7)第3章ADS的介绍 (8)3.1ADS趋势 (8)3.2线性分析 (9)3.3电磁反正分析 (10)3.4仿真向导 (10)第4章功分器的原理图设计仿真与优化 (12)4.1等分威尔金森功分器的设计指标 (12)4.2建立工程与设计原理图 (12)4.2.1建立工程 (12)4.2.2设计原理图： (13)4.2.3基板参数设置 (16)4.2.4基板参数输入 (18)4.2.5插入VAR (19)4.2.6VAR参数设置 (19)4.2.7VAR微带线 (19)4.3功分器原理图优化仿真 (21)4.4功分器优化版图生成 (24)4.5功分器优化 (24)4.6功分器的版图生成与仿真 (31)第5章结论 (36)参考文献 (37)致谢 (38)外文资料原文 (39)译文 (41)第1章引言第1章引言1.1功分器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。

此功分器比较简单。

如果只是做仿真，ADS较为方便，如果要做实物或产品的话，HFSS比较可靠。

本人亲测HFSS仿真结果和实物基本一致，ADS差别不一。

多节功分器原理和单节一样，网上有多节等分功分器归一化数据表格，按照表格中的值球的传输线阻抗得到的功分器只需要少许优化即可。

接下来以双节8-11G功分器大致介绍一下设计流程。

如图所示，L0和L3都是Z0阻抗的传输线，一般选择为50Ω，在ADS中可以算出现款和线长，线的长度L0和L3对功分器没太大影响，所以在做的时候可以根据要求增加或减少。

因为是8-11G的，f2/f1<1.5，所以双节的都满足要求，可以用频带宽度比为1.5的功分器，这样的话隔离度更好。

查表得到L1L2归一化阻抗分别是1.1998和1.6070归一化电阻为5.3163和1.8643，得到阻抗和电阻值分别是60、80.33和93、265，注意的是电阻顺序是倒过来的这样分别用微带线计算软件算得两段线的带宽和π/4线长，分别是0.324/6.28和0.653/6.15，这样在HFSS中九可以建立模型仿真，在建模的时候做成参数模型，这样可以调节和优化，电阻直接在合适的地方画一个矩形，右键lumped RLC可以设置。

模型可以做成实际的0.035mm的铜，也可以设置成perfect E，大致都差不多，我做过一个，实测和仿真基本上一致，损耗都在3.2左右，隔离倒是有点差，差了约5db。

有些做成弧形，原理都是一样，个人觉得倒是美观很多。

弧形这个是我对上面功分器改变形状得来的，出来的效果只是差了一点点。

对了，基片背面需要铺地，否则仿真时可能有问题，本人也是兴趣自己做着玩的，不是专业的，有错请指正，有需要模型或交流的可以联系我，最后总结一下。

1、建模的时候最好建立参数模型，可调可优化；2、基板背面最好铺地；3、在仿真的时候波端口向量应该向接地（向下）；4、归一化电阻值顺序和归一化阻抗是相反的；5、输入端的驻波比要好好仿真，容易变差；。

不等分威尔金森功分器设计不等分威尔金森功分器是一种常见的无源射频（RF）器件，广泛应用于无线通信系统中。

它能够将一个信号分配到多个输出端口上，并且在不同端口上能够按照预先设定的比例对信号进行分配。

在通信系统中的分配系统中有非常重要的应用，能够保证信号在各个分支上的功率匹配，实现信号的有效分配和整合。

本文将深入探讨不等分威尔金森功分器的设计原理、工作原理、应用范围以及相关的技术特点和发展趋势。

一、不等分威尔金森功分器的设计原理不等分威尔金森功分器的设计基于经典的威尔金森功分器，它是一种结构简单、性能可靠的功分器。

在一个不等分的威尔金森功分器中，每个输出端口相对于输入端口的功率分配比例可以不相同，同时保持每个输出端口的相位均匀。

这样能够满足不同应用场景下对功率匹配和相位匹配的需求。

不等分威尔金森功分器的设计原理主要基于传输线理论和耦合器的设计原理。

通过在传输线和耦合器中合理设计参数和结构，能够实现对输入信号的不同分配，保证在每个输出端口上的功率分布符合设计要求。

二、不等分威尔金森功分器的工作原理不等分威尔金森功分器的工作原理可以简单分为两个方面：功率分配和相位匹配。

1. 功率分配：通过在耦合器中设计不同的传输线长度和阻抗匹配，可以实现对输入信号的不等分配。

这需要在设计中根据具体的功率分配比例来确定传输线长度和耦合器的参数，从而实现对输入信号的分配。

2. 相位匹配：为了确保在各个输出端口上的信号相位一致，不等分威尔金森功分器需要通过合理的传输线长度和相位匹配设计来实现。

这能够保证在各个输出端口上的信号相位差尽可能地小，从而满足信号的相位匹配需求。

三、不等分威尔金森功分器的应用范围不等分威尔金森功分器在无线通信系统中有着广泛的应用，尤其是在基站天线系统、分布式天线系统、射频信号分配系统等领域中。

它能够满足不同场景下对信号功率和相位的要求，保证系统的性能和稳定性。

在基站天线系统中，不等分威尔金森功分器可以用于将射频信号分配到不同的天线单元上，实现多天线系统的功率和相位匹配。

微带wilkinson功分器的仿真设计实验报告学院电子科学与工程学院姓名学号指导教师2016年10月21日一、实验目的● 了解功率分配器电路的原理及设计方法。

● 学习使用ADS 软件进行微波电路的设计，优化，仿真。

● 掌握功率分配器的制作及调试方法。

二、设计要求指标● 通带范围0.9 — 1.1GHz 。

● 双端输出，功分比为1:1。

● 通带内个端口反射系数小于-20dB 。

● 两个输出端口的隔离度小于-20dB 。

● 传输损耗小于3.1dB 。

三、设计思路图一：设计思路示意图四、理论分析设计1. 基本工作原理分析理论学习尺寸计算绘制ADS 原理图原理图仿真优化设计版图仿真功率分配器是三端口电路结构，其信号输入端的输入功率为P1，而其它两个输出端的输出功率分别为P2和P3。

理论上，由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。

端口特性为：(1) 端口1无反射(2) 端口2和端口3输出电压相等且相同(3) 端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/由这些条件可以确定Z o2、Z o3以及R2、R3的值。

2.功分器技术指标计算(1)输入端口回波损耗输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率和输入功率之比来计算(2)插入损耗输入端口1的回波损耗根据输出端口的输出功率和输入端口1的输入功率之比来计算(3)输出端口间的隔离度输出端口2和输出端口3间的隔离度可以根据输出端口2和输出端口3的输出功率比来计算(4)功分比当其它端口没有反射时，功分比根据输出端口3和输出端口4的输出功率比来计算(5)相位平滑度在做功率分配器时，输出端口的平滑度直接影响功率合成效率。

五、尺寸计算使用ADS软件自带的计算工具计算出微带线的尺寸。

图5.1 50Ω的微带线宽度计算图5.2 75Ω的微带线宽度计算输入Z0=50Ohm,可以算出微带线的宽度为1.52mm。

填入ZO=70.7Ohm和E_Eff=90deg，可以算出微带线的线宽为0.79mm和长度42.9mm。

Wilkinson 功率分配器的设计一、实验目的1. 掌握功分器的原理及基本设计方法。

2. 学会使用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、实验仪器微波无源试验箱一台、矢量网络分析仪一台、电脑一台、ADS 软件 1套 微波软件三、实验过程及仿真结果1. 创建项目和原理图，并修改相关参数。

使Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;中心频率=1GHz（1）在原理图设计窗口元件面板中选择“TLines-Microstrip ”元件库，选择MSub,并修改它的参数。

（2）选择变量插件VAR ，设置变量W50=8.2、W70=4.6、L1=11、L2=12、L3=4、L4=13、Lx=5。

（3）在“TLines-Microstrip ”选择MLIN 和MTEE,加入MSOBND,并设置数值，连接电路。

2. 原理图优化及仿真（1）选择S 参数仿真元件面板“Simulation-S_Param ”，选择负载终端Term ，Term1为输入端口，Term2、Term3为输出端口，连入功分器。

选择仿真控件SP ，设置参数：Sweep Type 为Linear ；Start=0.6GHz;Stop=1.4GHz;Step-size=0.005GHz.（2）双击VAR，对L1、L2优化（3）选择原理图元件面板的“Optim/Stat/Yield/DOE”,选择Optim、Goal,优化4个目标控件，设置相关数值。

（4）仿真，查看原理图仿真数据。

3.版图生成去掉Term和“接地”及优化控件；选择原理图的“Layout”>“Generate/Update Layout”,默认其设置。

弹出“Status of Layout Generation”,将窗口内容与原理图比较，确认后“OK”，完成版图。

四、实物制作与测试将功分器的版图打印出来，利用刀和尺切割铜箔，切割完后将其黏贴在微波板的相应位置，最后将隔离电阻焊接在功分器的隔离位置处。

一种改进型Wilkinson 功分器的设计方案0 引言功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件，在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。

目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(Wilkinson)形式的功分器，其优点在于设计方法较简单、易于实现，输出端口可以实现较高隔离。

近年来，功分器的研究已经越来越成熟，也越来越深入在传统Wilkinson 功分器的输出端添加短路枝节的方法实现了宽带功分器;文芦状的多节阻抗变换器Wilkinson 功分器结构，显着展宽了功分器的工作带宽;一款平面结构的新型双频功分器;直接多路输出Wilkinson 功分器的计算公式，进一步完善了该功分器的设计指导。

然而，当工作频率升高以后，制作器件的实际尺寸将会缩小，由于隔离电阻的存在，使得两个输出支路的电路布局存在限制，尤其在不等功率分配，两个输出端口存在强烈互耦而恶化功分器的整体性能。

设计了改良型的Wilkinson 功分器，该功分器工作在无线局域网S 频段2.4~2.483 5 GHz 频率范围内，从而增加了其实用价值。

利用ADS 软件进行了仿真设计，并进行了实物加工和测试。

1 功分器设计对于基本的Wilkinson 功分器，其输入/输出端口特性阻抗为Z0,两段分支微带线的电长度均为&lambda;g 4 .实现等功分3 dB 设计的Wilkinson 功分器，基本原理与设计公式在参考文献[7]中已经做了详细介绍，其电路结构示意图如图1 所示。

然而传统的Wilkinson 功分器在工作于频率较高的情况下，电路尺寸将会缩小，电路布局受到限制，并且两输出端口互耦严重进而影响其性能。

为了解决这些问题，本文通过在隔离电阻两侧和两输出支路上引入电长度180&deg;( &lambda; 2)微带传输线，将图1 所示的功分器结构改进为图2 所示。

改进型Wilkinson 电路结构，通过引入&lambda; 2 长度的传输线后，大大提高了电路布局的灵活性。

综合课程设计实验报告课程名称：综合课程设计（微波组）实验名称：威尔金森功分器的设计院（系）：信息科学与工程学院2020 年6月12 日一、实验目的1. 了解功分器电路的原理和设计方法；2. 学习使用Microwave office 软件进行微波电路的设计、优化、仿真；3. 掌握功率分配器的制作及调试方法。

二、实验原理Wilkinson 功率分配器根据微波网络理论，对于三端口网络，匹配、互易、无耗三者中，只能有两个同时满足。

Wilkinson 功率分配器是一个有耗的三端口网络（如图1.1所示），它通过在输出端之间引入特性阻抗为2Z 0的电阻，实现了理想的功率分配与功率合成。

用于功率分配时，端口1是输入端，端口2和端口3是输出端；用于功率合成时，端口2和端口3是输入端，端口1是输出端。

可以制成任意功率分配比的Wilkinson 功率分配器，本实验只考虑等分（3dB ）的情况，其结构如图1.2所示。

由两段微带线与输出端之间的电阻构成，两段微带线是对称的，其特性阻抗为02Z ，长度为/4g ，并联电阻值为2Z 0。

图1.1 Wilkinson 功分器示意图图1.2 微带线形式的等分Wilkinson 功分器三、实验内容和设计指标实验内容1. 了解Wilkinson功分器的工作原理；2.根据指标要求，使用Microwave office软件设计一个Wilkinson功分器，并对其参数进行优化、仿真。

设计指标在介电常数为4.5，厚度为1mm的FR4基片上（T取0.036mm，Loss tangent取0.02），设计一个中心频率为f=3.2GHz、带宽为200MHz，用于50欧姆系统阻抗的3dB微带功分器。

要求：工作频带内各端口的反射系数小于-20dB，两输出端口间的隔离度大于25dB，传输损耗小于3.5dB。

功分器的参考结构如1.3图所示。

在设计时要保证两个输出端口之间的距离大于10mm，以便于安装测试接头；同时为了便于焊接电阻，d要为2.54mm左右。

等分威尔金森功分器的设计威尔金森功分器（Wilkinson power divider）是一种常用的无源微波分路器，可以将输入信号等分为三个输出信号。

它广泛应用于无线通信系统、天线阵列、雷达系统等领域。

在设计威尔金森功分器时，需要考虑频率响应、插入损耗、功分精度等因素。

```________[3dB]_________输入---威尔金森功分输出1--输出2--________[3dB]________```为了实现等分，威尔金森功分器需要满足以下条件：1.输入和输出之间的相位差为0度，即输入和输出之间的信号相位一致。

2.输入和输出之间的功率比为1：2，即输出1和输出2之间功率比为1：13.输入和输出之间的波阻抗匹配，即输入和输出之间的阻抗一致。

威尔金森功分器的设计可以分为两个主要步骤：计算和布局。

1.计算：根据所需的频率范围，计算威尔金森功分器的参数。

首先，选择合适的传输线类型（如微带线、同轴线等）和介质材料，确定传输线的特性阻抗。

然后，根据所需的频率范围和功分精度，计算传输线的长度和宽度。

最后，根据所选的耦合器类型，计算其特性阻抗和尺寸。

2.布局：根据计算得到的参数，进行电路布局。

首先，绘制输入和输出传输线的布局，保证它们的长度和宽度符合计算结果。

然后，将耦合器和传输线连接起来，确保它们的相互作用符合设计要求。

最后，进行电路的布线和布局优化，减少传输线之间的串扰和损耗。

在威尔金森功分器的设计中，还需要考虑一些其他因素，如插入损耗、功分精度和频率响应等。

为了减小插入损耗，可以选择低损耗的传输线材料和合适的耦合器类型。

为了提高功分精度，可以采用精确的计算方法和优化的布局。

为了获得平坦的频率响应，可以采用宽带的传输线和耦合器。

总之，威尔金森功分器的设计是一个综合考虑多个因素的过程，需要进行计算、布局和优化。

通过合理选择参数和优化布局，可以实现性能良好的威尔金森功分器，满足不同应用的需求。

Wilkinson功分器设计与仿真Wilkinson功分器是一种常用的微波功分器，广泛应用于射频和微波领域。

它可以将一个输入信号分成两个相等的输出信号，同时提供良好的功率分配和隔离性能。

在本文中，将对Wilkinson功分器的设计和仿真进行详细讨论。

首先，我们需要了解Wilkinson功分器的基本原理。

它由三个端口构成：一个输入端口和两个输出端口。

输入信号通过一个负载阻抗为Z0的电阻网络分成两个输出信号。

这个电阻网络由两个相等的阻抗为Z0/2的电阻和一个相等于Z0/√2的电容组成。

通过适当的设计和匹配，可以实现功率分配和隔离性能的最佳效果。

接下来，我们将讨论Wilkinson功分器的设计步骤。

首先，确定输入和输出的工作频率范围。

然后，选择合适的电阻和电容值，以满足所需的功率分配和隔离性能。

一般来说，电阻的阻值应为Z0/2，而电容的容值应为Z0/√2在设计过程中，需要进行一些计算和优化。

首先，计算输入和输出端口的阻抗匹配。

使用S参数和阻抗转换公式，可以得到所需的电阻和电容值。

然后，使用电磁仿真软件，如ADS或CST，对设计进行仿真和优化。

通过调整电阻和电容的值，可以获得最佳的功分和隔离性能。

在进行仿真时，需要考虑一些关键参数。

首先是功率分配性能，即两个输出端口的功率是否相等。

通常，我们希望它们的功率差异尽可能小。

其次是隔离性能，即两个输出端口之间的信号隔离程度。

我们希望它们之间的隔离尽可能高。

最后是带宽，即功分器在工作频率范围内的性能稳定性。

我们希望功分器在整个频率范围内都能提供稳定的功分和隔离性能。

在完成设计和仿真后，可以进行实际制作和测试。

制作功分器时，需要使用合适的材料和工艺。

常用的材料包括微波陶瓷、FR-4等。

制作完成后，需要使用网络分析仪等测试设备对功分器进行性能测试。

测试中需要关注功率分配、隔离和带宽等参数，以验证设计的正确性。

综上所述，Wilkinson功分器是一种重要的微波功分器，具有良好的功分和隔离性能。

如图1(a)
其中ω为工作频段的中心频率
与电感L的值，具体如下：
(3)该电路实际上就是一级
当端口匹配，则有奇模输入阻抗等于
当满足上述公式时
因此，当L、C1和C2满足式(3)、
当信号从端口1进入时，将均匀地分配在端口图1 功分器结构图
(d) 端口一输入信号时等效电路
(a) 功分器拓扑结构图
(b) 偶模激励等效电路
(c) 奇模激励等效电路
合。

由于实际元件中寄生效应的存在， 3 生产与测试
图3 集总wilkinson功分器三维结构图
(a)功分器S参数 (b)输出端口相位不平衡度图2 ADS中功分器性能曲线
(a)功分器仿真S参数 (b)功分器输出端口相位不平衡度图4 HFSS中功分器仿真性能
图5 样品及测试夹具图
(a)功分器样品S参数测试曲线 (b)功分器输出端口相位不平衡度测试曲线图6 功分器样品测试曲线。

2018年2月第41卷第1期舰船电子对抗SHIPBOARD ELECTRONIC COUNTERMEASURE Feb.2018Vol.41 No. 1一种小型化毫米波三等分功分器的设计林元根，徐海洋(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州225101)主商要：针对毫米波功率合成技术研究，吸取传统Wilkinson电桥的优点，设计了一款性能优良、便于工程加工的小型化直接 三等分功分器，仿真结果表明:在32〜37GHZ的频段内驻波小于1.55,插人损耗1.1 d B以内，隔离度大于14 9 dB。

关键词：毫米波（功分器;三等分中图分类号：TN626 文献标识码：B文章编号：CN32-1413(2018)01-0114-03 D O I:10.16426/ki.jcdzdk.2018.01.026Design of A Miniaturized Three Equal Power Divider For Millimeter WaveL I N Yua n-g e n,X U Hai-yang(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225101,China)Abstract： Aiming at the research into millimeterwave power synthesis technology, this paper absorbs the advantages of traditional Wilkinson hybrid junction to design a miniaaturized direct l^hree equal power divider which i s excellent and convenient for engineering processing. Simulation results show that t he standing wave s less than 1. 55 in 32 "37G H z,insert loss i s less than 1. 1 dB,isolation i s greater than 14. 9 dB .Key words：millimeterwave；power divider；one-three divider0引百现代的毫米波系统中，对固态电路的输出功率要求越来越高，提高输出功率的基本技术就是功率合成，即通过组合若干个相干工作单元或者通过叠加多个分离电路功率的方法，获取更大的输出功率。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810245224.7(22)申请日 2018.03.23(71)申请人 南京邮电大学地址 210023 江苏省南京市亚东新城区文苑路9号申请人 南京邮电大学南通研究院有限公司(72)发明人 王柠琳　王其鹏　黄龄萱　周波　(74)专利代理机构 南京正联知识产权代理有限公司 32243代理人 王素琴(51)Int.Cl.H01P 5/16(2006.01)(54)发明名称一种威尔金森功分器(57)摘要本发明公开了一种威尔金森功分器，包括对称设置的第一分支线结构、第二分支线结构以及用于通信的第一端口、第二端口和第三端口，第一分支线结构和第二分支线结构内设置有电容、金丝键合线、第一传输线以及第二传输线；第一分支线结构和第二分支线结构内部设置有相同数量且对称的电容和金丝键合线，第一分支线结构由内部的电容通过金丝键合线级联形成，第二分支线结构由内部的电容通过金丝键合线级联形成；第一传输线设置在第一端口位置处，第一端口通过第一传输线与第一分支线结构和第二分支线结构连接，所述第二传输线设置在所述第二端口和第三端口位置处；本发明既实现了良好的谐波抑制，又实现了功分器的小型化。

权利要求书1页 说明书3页 附图4页CN 108400418 A 2018.08.14C N 108400418A1.一种威尔金森功分器，包括对称设置的第一分支线结构、第二分支线结构以及用于通信的第一端口、第二端口和第三端口，其特征在于，所述第一分支线结构和第二分支线结构内设置有电容、金丝键合线、第一传输线以及第二传输线；其中，所述第一分支线结构和第二分支线结构内部设置有相同数量且对称的所述电容和金丝键合线，所述第一分支线结构由内部的所述电容通过所述金丝键合线级联形成，所述第二分支线结构由内部的所述电容通过所述金丝键合线级联形成；所述第一传输线设置在所述第一端口位置处，所述第一端口通过所述第一传输线与所述第一分支线结构和第二分支线结构连接，所述第二传输线设置在所述第二端口和第三端口位置处，所述第二端口通过所述第二传输线与所述第一分支线结构内部的所述电容连接，所述第三端口通过所述第二传输线与所述第二分支线结构内部的所述电容连接。

南京邮电大学电子科学与工程学院电磁场与无线技术Wilkinson功分器课题报告课题名称 Wilkinson功分器学院电子科学与工程学院专业电磁场与无线技术班级组长组员开课时间 2012/2013学年第一学期一、课题名称Wilkinson（威尔金森）功分器的设计二、课题任务运用功分器设计原理，利用HFSS软件设计一个Wilkinson功分器，中心工作频率3.0GHz。

⏹基本要求实现一个单阶Wilkinson等功分设计，带内匹配≤-10dB，输出端口隔离≤-10dB，任选一种微波传输线结构实现。

⏹进阶要求多阶（N≥2），匹配良好（S11≤-15dB），不等分，带阻抗变换器（输出端口阻抗不为50Ω），多种传输线实现。

三、实现方式自选一种或者多种传输线实现，如微带线，同轴线，带状线等，要求输入输出端口阻抗为50Ω，要求有隔离电阻（通过添加额外的端口实现）四、具体过程1.计算基本参数通过ADS Tool中的Linecalc这个软件来进行初步的计算。

在HFSS中选定版型为Rogers RT/duroid 5880 (tm)，如具体参数下图50Ω微带线计算得到选取微带线宽度约为0.67mm。

70.7Ω微带线计算得到选取微带线宽度约为0.34mm，由于微带线电长度与其宽度没有必然联系，所以两个分支微带线的长度根据具体情况进行更改。

2.绘制仿真模型微带单阶功分器◆微带参数：w50：阻抗为50Ω的微带线宽度；w2：两分支线宽度；l1，l2，l3，l4：各部分微带线长度；rad1，rad2：各部分分支线长度（即半环半径）◆在本例中，需要调整的调整关键参数为w2，rad1，空气腔参数随关键参数相应调整即可。

◆根据计算，此处的吸收电阻值应该为100Ω，但是在实际情况中，选取97Ω。

微带多阶功分器◆微带参数：w50：阻抗为50Ω的微带线宽度；w2：两分支线宽度；l1，l2，l3，l4：各部分微带线长度；rad1，rad2：各部分分支线长度（即半环半径）◆在本例中，需要调整的调整关键参数为w2，rad1，微调参数为w50，rad2，空气腔参数随关键参数相应调整即可。

威尔金森是怎么设计出威尔金森功分器的？威尔金森功分器是个好东西，在射频领域里面应用很广泛。

第一次认识它是在教科书上，书上介绍了他的原理，自己也琢磨了很久，也理解了奇偶模分析的方法和隔离电阻的作用。

但是一直想知道威尔金森是怎么设计出来的？我们是否也可以按照一定的思路设计功分器呢？下面就去找这个思路，最终找到的这个思路可以方便的设计各种各样的功分器，俺的同事已经实践了哈，大家看完也可以试验一把。

首先明确一下这个功分器的要求：1.在微波射频领域，能量是非常宝贵的，所以设计的功分器不能够额外损失能量，如果分为两路的话就是每一路损耗3dB，即︱S21︱=︱S31︱=0.7072.各端口均50欧姆匹配，且两个输出口的完全隔离，即︱S11︱=︱S22︱=︱S33︱=︱S32︱=︱S23︱= 0图2根据以上的要求，我们设计一个对称的功分器，这样就可以只考虑一个端口，上面条件的一半就可以了，即︱S21︱=0.707，︱S11︱=︱S22︱=︱S32︱=0。

如图2所示，从中间把这个我们要设计的功分器分开，两边的的电压都是一模一样的，处处都是开路点。

1．由于端口1匹配，所以输入阻抗为50欧姆。

从1端口输入的能量分为对称的两路，那么每一路的阻抗都是100欧姆。

这个功分器第一个任务的就要用开路线左边的部分把端口2的50欧姆变换到100欧姆，且无损耗。

2．根据微波网络的理论，如果我们使用的都是电容，电感，传输线，电阻这些互易原件，那么整个功分器也就是互易的（关于对这个理论的理解后面文章会给出解释）。

即︱S2 1︱=︱S12︱=0.707。

也就是从端口2到端口1的能量为一半，那另外一半呢？又不能反射回去，又不能泄漏到端口3。

所以这个功分器的第二个任务就是要有一个电阻来吸收端口2入射过来的一半能量。

这个需求太抽象了，还要细化分解，下面利用奇偶模的方法来分析一下。

如下图所示，从端口2输入一个电压幅度为1的波，分解为奇偶模式，偶模式就是1端口输入情况下功率分配的逆过程，端口2、3均无反射波，有一半的能量从端口1输出，那么奇模的能量必须都要消耗到电阻上，不能有反射波回来。