功分器设计报告

Wilkinson功率分配器设计报告一、设计指标要求工作频率0.9-1.1GHz；中心频率1GHz；通带内端口反射系数小于-10db；端口2和端口3之间的隔离度小于-10db；端口1和端口2的传输损耗小于3.1db。

二、功率分配器概述1.功率分配器定义功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件(也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器)，可以等效为将输入功率分成相等或不相等的几路输出功率的一种多端口微波网络。

2.功率分配器分类及比较●功率分配器按路数分为：2 路、3 路和4 路及通过它们级联形成的多路功率分配器。

●功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。

●根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。

●根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。

常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。

微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。

（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。

3.功率分配器基本原理根据设计要求，结合以上对各种类型功率分配器的比较，我选择Wilkinson功率分配器结构进行设计。

Wilkinson功率分配器是三端口网络，它的微带结构如图1 Wilkinson功率分配器微带结构所示。

其输入端口传输线特性阻抗为Z0，两段分支线的长度为λ/4，特性阻抗都是√2Z0，两个终端的负载阻抗为Z0。

图 1 Wilkinson功率分配器微带结构此三端口网络的散射参量为[S]=10j jj00j00]因为S11=S22=S33=0，所以理想情况下在中心频率它的3个端口完全匹配。

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)2.2.3 Wilkinson功分器的优点 (4)2.3 wilkinson基本工作原理： (5)2.4 Wilkinson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)3.1 ADS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V AR (19)I I I目录4.2.6 V AR参数设置 (19)4.2.7 V AR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)I V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；。

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。

功分器设计仿真开题报告1. 研究背景功分器（Power Divider），又称功分器，是一种被广泛应用于无线通信系统、射频电路和微波工程中的无源元器件。

功分器的主要功能是将输入信号分为若干个等幅度的输出信号，通常为二分、三分或四分等。

功分器常用于天线分配、信号合并和功率衰减等场合，对于射频电路的设计和优化起到至关重要的作用。

2. 研究目的本次研究旨在设计一种高性能的功分器，并通过仿真分析其参数和性能指标，为实际电路设计提供参考。

3. 研究内容3.1 功分器基本原理功分器的基本原理是基于电磁场的传输线理论。

传输线上的电磁波在传输过程中会发生反射、传播和辐射等现象，在特定的结构和参数设置下，可以实现功分器的基本功能。

传统的功分器结构包括等长线耦合和辐射耦合两种。

3.2 功分器设计流程功分器的设计流程主要包括以下几个步骤：1.确定功分器的工作频段和频率范围。

2.根据功分器的功分比要求和准确性要求，选择适当的结构和耦合方式。

3.根据设计要求，计算功分器的尺寸和参数。

4.使用电磁场仿真软件对功分器进行模拟和优化。

5.根据仿真结果，进一步优化功分器的性能。

6.制作并测试样品，验证设计结果。

3.3 功分器的性能指标功分器的性能指标主要包括：•功分比（Power Division Ratio）：表示输入功率在输出端口上的分配比例。

•插入损耗（Insertion Loss）：表示输入功率与输出功率之间的损耗。

•匹配度（Match）：表示功分器的输入和输出端口与传输线的匹配程度。

•平衡度（Isolation）：表示功分器在一个输出端口上的输入功率对其他输出端口的影响程度。

4. 研究方法本次研究将采用如下方法：1.使用ADS（Advanced Design System）等电磁场仿真软件进行功分器的模拟和优化。

2.通过改变结构参数、优化线路走向等方式，提高功分器的性能。

3.设计并制作实际样品，通过网络分析仪等测试仪器对功分器进行性能测试和验证。

班级：通信13-2 姓名：王景远学号：1306030220 成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系一、报告要求1.设计波导H-T型接头（功分器）2.两端口功率比1 ：23.工作在10GHz4.利用HFSS或其他软件进行仿真分析注：此设计参考《HFSS电磁仿真设计应用详解_李明洋》里面第二章第十章例程与H—T型2:1功率分配器和同轴馈电矩形天线设计一致。

真正的学习不是盲目模仿，而是消化吸收，做的不仅仅是报告。

二、设计依据图 1设计理论依据：端口1 是信号输入端口，端口2 和端口3 是信号输出端口。

正对着端口1 一侧的波导壁上凹进去一块，相当于放置了一个隔片，通过改变隔片的位置可以改变端口1 到端口2 和端口3 的传输功率以及端口1 的反射功率。

设计时可以先把隔片的位置设计到中央，观察在8～10GHz 的工作频段内，波导3 个端口的S 参数随着频率变化的关系曲线，同时分析查看在10GHz 时波导表面的电场分布。

然后利用HFSS 的参数扫描分析功能分析在10GHz 处，波导3个端口的S 参数随着隔片位置变量Offset 变化的关系曲线，使用HFSS 的优化设计功能，求解出当端口3 的输出功率是端口2 的输出功率的两倍时隔片所在的位置。

三．结构模型图2 功分器结构模型参数设置：此模型有三个小长方体组合而成中间有一隔片长方体参数：dx 2 dy 0.9 dz 0.4 单位in材料真空隔片尺寸Xsize 0.45 Ysize 0.1 Zsize 0.4 单位inY轴位置0.093in（优化后功分比2:1时）四．相关报告数据分析图3 S参数幅度随频率变化的曲线图4 隔片在中间位置时表面场流动分布（平均分）图5 隔片偏离中间某一位置时表面场流动分布（全反射）图6隔片偏离中间某一位置时表面场流动分布（一端输出）图7优化求解功分比2:1时表面场流动分布最终优化结果：图8图 9 五．具体设计步骤1、新建工程及工程设置a．新建工程b．设置求解类型c．设置模型长度单位in图102、设计建模a.创建小长方体b.设置激励端口面c.复制2个小长方体d.Uinte三个小长方体组合e.创建隔片f.Tee中减去隔片 Subtract图11 图12 图13图14模型如下：图153、求解设置a. Solution Frequency 项输入10，默认单位为GHz，其他项都保持默认设置不变图 16b.扫频设置图17 4、设计检查和运行仿真计算图18 5、分析隔片位置和各端口功率之间的关系a．添加参数扫描分析项b．运行参数扫描分析c．查看分析结果图196、根据6中参数优化隔片位置并求解求解功率比2:1时隔片位置=====WORD完整版----可编辑----专业资料分享=====六．设计总结及体会在许多题目中选择这个确实是个缘分，不过这个题目带来了很多未知的探索和迷茫，要设计功分器首先要知道和熟悉功分器的设计原理，由于自己在微波技术与天线的前4章还学习的很好，对很多概念还能看懂，受到《HFSS电磁仿真设计应用详解》书中T型波导的启发，根据书上的相关步骤，首先总体把握设计流程，根据设计流程，和设计细节一步一步耐心地做，设计的过程中虽然也遇到了一些警告和错误但是最后经过有道词典和百度和自己的分析终于排除所有错误完成了整个设计流程。

功分器的设计范文功分器是一种常见的无线通信电路元件，用于将输入信号分配到多个输出端口上，常用于天线阵列、无线信号接收和传输系统中。

功分器的设计需要结合具体的应用需求和性能指标，本文将从功分器的基本原理、设计流程和优化方法等方面进行详细探讨。

1.功分器的基本原理：功分器的基本原理是将输入信号经过特定的网络分配到多个输出端口上，使得每个输出端口上的功率尽可能相等。

常见的功分器有微带功分器和负荷耦合功分器两种类型。

微带功分器由微带线和阻抗变换网络组成，通过微带线上的特定尺寸和形状来实现不同端口的功率分配。

负荷耦合功分器则是通过负荷和相应的耦合元件来实现功率的分配。

2.功分器的设计流程：(1)确定应用需求：首先需要明确功分器的工作频率范围、输入和输出阻抗、功率分配比等参数，以确定功分器的基本设计要求。

(2)选择功分器类型：根据应用需求和性能指标选择合适的功分器类型，如微带功分器或负荷耦合功分器。

(3)设计网络参数：根据所选功分器类型，设计微带线或耦合元件的尺寸和参数。

(4)优化设计：通过仿真和实验等方法对功分器进行优化设计，使得功率分配更加均匀，并满足其他性能要求。

(5)制作和测试：根据设计完成PCB板的制作，并进行实测，验证设计的性能指标和工作频率范围。

3.功分器的优化方法：(1)耦合元件的优化：负荷耦合功分器中，耦合元件的参数对功率分配有较大影响，可以通过仿真和试错法来得到较优的耦合元件参数。

(2)反馈网络的设计：通过添加适当的反馈网络，可以改善功分器的频率响应和工作稳定性。

(3)多级结构的设计：将多个功分器级联，可以实现更细致的功率分配和增强功分器的带宽性能。

(4) 调控电路的设计：通过添加可调控的电路结构，如 PIN diode 或变容二极管等，可以实现功分器的可调功分功能。

(5)高精度制作工艺：利用先进的微加工技术和高精度制作工艺，如光刻和无线电频率电子束均匀在生长环境的真空中被扫描的实验技术（EBL），可以提高功分器的性能和稳定性。

功分器现在有如下几种系列[11]：1、400MHz-500MHz 频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz 无线本地环路系统。

2、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。

3、800MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM ／CDMA/PHS/WLAN 室内覆盖工程。

4、1700MHz-2500MHz 频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN 室内覆盖工程。

5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz 频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。

这里介绍几种常见的功分器：一、威尔金森功分器 我们将两分支线长度由原来的4λ变为43λ，这样使分支线长度变长，但作用效果与4λ线相同。

在两分支线之间留出电阻尺寸大小的缝隙，做成如图1-1所示结构。

图1-1 威尔金森功分器二、变形威尔金森功分器将威尔金森功分器进行变形，做成如图1-2所示结构。

两圆弧长度由原来的4λ变为43λ，且将圆伸展开形成一个近似的半圆。

每个支路通过2λ传输线与隔离电阻相连，这样做虽然会减小电路的工作带宽，但使输出耦合问题得到了解决，而且可以用于不对称，功分比高的电路，隔离电阻的放置更加容易，且两支路间的距离足够大，在输出口可直接接芯片。

图1-2 变形威尔金森功分器三、混合环混合环又称为环形桥路，它也可作为一种功率分配器使用。

早期的混合环是由矩形波导及其4个E-T 分支构成的，由于体积庞大已被微带或带状线环形桥路所取代。

图1-3为制作在介质基片上的微带混合环的几何图形，环的平均周长为 23g λ，环上有四个输出端口，四个端口的中心间距均为4g λ。

环路各段归一化特性导纳分别为a, b, c ，四个分支特性导纳均为0Y 。

这种形式的功率分配器具有较宽的带宽，低的驻波比和高的输出功率。

实验报告 （功分器）
一． 实验目的：
用频谱仪测量三功分器的插入损耗，平衡度，隔离度等相关参数。

二． 实验器材：
RIGOL DSA1020频谱仪 SUING SU3001G 信号发生器 功分器等。

三． 实验步骤：
1 用SMA 线等相关器件连接器好三功分器，信号发生器，频谱仪。

2 打开信号发生器，输入频率900MHz ，幅度-10 dBm 。

3 打开频谱仪，按下ＦＲＥＱ键，输入中心频率；按下ＳＰＡＮ键，输入
带宽看屏幕上显示的频谱图，适当调节参考电平ＡＭＰＴ，将波形调至合适位置。

4 将1作为输入，2,3,4分别作为输出，测量并记录相关数据。

（总损耗—
分配损耗=插入损耗）
5 将2.3.4之间的输出相互做减法取绝对值，得出相互之间的平衡度（例
如：3输出—2输出得到的便是2.3之间的平衡度）
6 将2.3.4三者当中的任何一个作为输入，另一个作为输出，得出二者之
图示：三功分器示意图：
四． 实验数据：
五． 实验结论：
通过测量得出此三功分器的插损为小于0.1，0.2，平衡度为0.1，隔离度分别为39.7，27.7，45.7。

实验二：wilkinson 功分器设计报告一、实验目标1. 掌握功分器的原理及基本设计方法。

2. 学会使用电磁仿真软件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、实验要求1. 充分做好实验前的准备工作，认真学习电磁仿真软件ADS 。

2. 掌握微波器件和微波测试仪器的使用方法，以免损坏器件和仪器。

3. 分析仿真结果与测试结果，记录必要数据。

三、设计思路四、理论设计：Wilkinson 功率分配器有三端口网络构成，如下图，信号由端口1输入，端口2和端口3输出。

理想3dB 微带wilkinson 功率分配器的散射参量为 S=-1/因为S11=S22=S33=0，所以理想状态下在中心频率，三个端口是完全匹配的。

因为S21=S31=-j/ ，所以在端口1有输入而其他端口匹配时，端口2和端口3有等幅同相的输出，并且都比输入信号之后90度，这说明这是一个功分比为1的3dB 功率分配器。

因为S23=S32=0,所以这个功率分配器两个支路是完全隔离的。

因为有 段，所以这个功率分配器不是带宽器件。

功分器的技术指标主要包括频率范围、端口电压驻波比或回波损耗、输入输出间的传输损耗、输出端口间的隔离度。

1.频率范围频率范围是各种射频和微波电路工作的前提，功率分配器的设计结构和尺寸大小与工作频率有密切关系，必须首先明确功分器的工作频率，才能进行具体的设计工作。

本实验取，中心频率f0=1GHz 带宽BW ：0.9GHz —1.1GHz 。

2.端口的电压驻波比（回波损耗）理论设计ADS 软件仿真加工制作实验测试调试修正端口的电压驻波比或反射系数是射频和微波电路的一个重要指标，它反映了端口的匹配状况。

端口1，端口2和端口3的电压驻波比或反射系数，分别有散射参量S11，S22，S33决定。

其中端口1的电压驻波比为用同样方法可以测得端口2和端口3的电压驻波比和回波损耗。

3.输入输出时间的传输损耗定义为输出端口2（端口3）的输出功率P2(P3)和输入端口1的输入功率P1之比，记为输入输出时间的传输损耗是由于传输线的介质或者导体不理想等原因导致的，介质的损耗角正切和导体的电导率是形成损耗的原因。

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。

功率分配器的设计与仿真学院：物理与电子工程学院专业：通信工程功分器设计实验报告一、实验目的通过设计功分器结构，了解功率分配器电路的原理及设计方法，学习使用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1:1.。

通带内个端口反射系数小于-20dB。

俩个输出端口隔离度小于-20dB。

传输损耗小于3.1dB.三：功分器的基本原理：一分为二功分器是三端口网络结构，如图9-1所示。

信号输入端的功率为P1，而其他两个端口的功率分别为P2和P3。

由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。

如果P2(dBm)=P3(dBm),三端口功率间的关系可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=(dBm)-3dB。

当然，并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。

因此，功分器可分为等分型（P2=P3）和比例型(P2=kP3)两种类型。

功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、I/O间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。

1）频率范围：这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。

必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计。

2）承受功率：在功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。

一股地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。

3〕分配损耗：主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比，Ad有关。

其定义为，式子中：Pin=kPout，例如：两等分功分器的分配损耗是3dB，四等分功分器的分配损耗是6dB。

4）插入损耗：1/0间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素产生的。

考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗，Ai定义为：Ai=A-Ad。

威尔金森功分器设计威尔金森（Wilkinson）功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的功率分配器。

它可以将输入功率均匀地分配到多个输出端口上，同时保持相对较低的插入损耗和反射损耗。

该设计是由威尔金森在1960年首次提出的，至今仍被广泛使用。

威尔金森功分器的基本原理是利用两个负载和两个耦合器来实现功率的分配。

它的结构简单，由一个中央传输线和两个分支传输线组成。

中央传输线被连接到输入端口，而分支传输线则与两个输出端口相连。

两个耦合器被用来连接中央传输线和分支传输线，以实现功率的分配。

在威尔金森功分器中，输入功率通过中央传输线传输到两个分支传输线上。

在分支传输线的连接点处，耦合器将一部分功率耦合到负载上，同时将另一部分功率传输到另一个分支传输线上。

这样，输入功率就被均匀地分配到两个输出端口上。

为了保持较低的插入损耗和反射损耗，威尔金森功分器要求分支传输线具有相同的特性阻抗，并且耦合器能够实现理想的功率分配。

在实际设计中，可以使用微带线、同轴电缆或波导等不同的传输线类型来实现威尔金森功分器。

威尔金森功分器的设计需要考虑多个参数，包括特性阻抗、分支传输线的长度和宽度、耦合器的设计等。

通过合理选择这些参数，可以实现所需的功率分配比例和频率响应。

尽管威尔金森功分器在功率分配方面表现出色，但它也存在一些限制。

首先，它只能实现功率的均匀分配，不能实现不同比例的功率分配。

其次，威尔金森功分器的设计需要考虑较多的参数，对于频率较高的应用来说，设计和制造的难度会增加。

总之，威尔金森功分器是一种常用的功率分配器，广泛应用于微波和射频电路中。

它的设计原理简单，通过合理选择参数可以实现所需的功率分配比例。

然而，设计师在使用威尔金森功分器时需要考虑一些限制，以确保其性能和可靠性。

实验一：第四章功率分配器设计一、设计要求设计一个2路等分功率分配器，采用微带电路结构。

输入端特性阻抗Z＝50Ω，工作频率f0＝3GHz，要求S11、S23＜-30dB:基板参数＝9.8，H＝1000um，T＝18um。

基本内容:测量特性指标S11、S21、S23(单位dB)与频率(0.5f0～1.5f0)的关系曲线。

调节微带线的尺寸，使功分器的性能达到最佳。

进阶内容:进行版图设计，包括元件封装、布线调节，尤其是 MTRACE2元件的布线扩展内容:利用自动电路提取(ACE)技术，提取电磁模型，进一步缩小版图尺寸。

二、实验仪器硬件：PC软件：AWR软件三、设计步骤1、初始参数计算2、物理参数计算3、电路图仿真分析4、版图设计与仿真5、电磁提取分析四、数据记录及分析1、初始参数计算根据书上提供的数据2、物理参数计算用TXline计算的结果如下表：Para Impedance/ΩElectrical length/deg L/um W/um Z01 50 20 2159.34 952.279 Z02,Z03 50√2≈70.7107 90 10055 405.969 Z04,Z05 50 20 2159.34 952.279 R 100 \ \ \3、电路图仿真分析（1）绘制原理图（2）分析电路4、版图设计与仿真（1）电阻封装如下图：激活并选中元件，自动连接，如下图：（2）版图细调，如下图：（3）版图对比分析：得到MTRACE2 X1元件参数值为：DB { 4097,1256,2364 }um，RB { 270,180,270 }，W=406，L=10695，BType=2，M=1 对比图如下：5、电磁提取分析（1）ACE分析提取出的电磁结构如下：进行电磁电路联合仿真得到，如下图：实线和阴影线重合，即是ACE提取和无提取一样。

版图最小化调整：2D结构：提取三维电磁电路模型结构：进一步压缩尺寸分析结果：（2）AXIEM分析2D结构展示：3D结构展示：Mesh结构展示：最终分析结果展示：。

功率分配器的设计与仿真学院：物理与电子工程学院专业：通信工程功分器设计实验报告一、实验目的通过设计功分器结构，了解功率分配器电路的原理及设计方法，学习使用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1:1.。

通带内个端口反射系数小于-20dB。

俩个输出端口隔离度小于-20dB。

传输损耗小于3.1dB.三：功分器的基本原理：一分为二功分器是三端口网络结构，如图9-1所示。

信号输入端的功率为P1，而其他两个端口的功率分别为P2和P3。

由能量守恒定律可知：P1=P2+P3。

如果P2(dBm)=P3(dBm),三端口功率间的关系可写成：P2(dBm)=P3(dBm)=(dBm)-3dB。

当然，并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。

因此，功分器可分为等分型（P2=P3）和比例型(P2=kP3)两种类型。

功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、I/O间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。

1）频率范围：这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。

必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计。

2）承受功率：在功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。

一股地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。

3〕分配损耗：主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比，Ad有关。

其定义为，式子中：Pin=kPout，例如：两等分功分器的分配损耗是3dB，四等分功分器的分配损耗是6dB。

4）插入损耗：1/0间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素产生的。

考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗，Ai定义为：Ai=A-Ad。

功分器设计报告组员：指导老师：日期：2013年5月3日功分器基本原理功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。

功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。

腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换。

功分器通常备为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的选择，具有很宽的频带特性。

参数说明：插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：理想分配损耗（dB）=10log（1/N）N为功分器路数N=2 3.0dBN=3 4.8dBN=4 6.0dB隔离度：当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。

幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。

相位平衡：指频带内各输出端口之间相对于输入端口相移量的起伏程度。

图是二路功分器的原理图。

图中输入线的特性组抗为Z0,两路分支线的特性阻抗分别为Z02和Z03，线长为λ/4 , λ/4为中心频率时的带内波长。

图中R2,R3为负载阻抗，R为隔离阻抗。

对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。

下面根据上述要求，确定Z02 、Z03、R2、R3及R的计算公式。

设2口、3口的输出功率分别为P2、P3 ，对应的电压为V2、V3 .根据对功分器的要求，则有：P3=K2P2 |V3|2/R3=K2|V2|2/R2式中K为比例系数。

为了使在正常工作时，隔离电阻R上不流过电流，则应V3=V2 于是得R2=K2R3若取R2=KZ0则R3=Z0/K因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为：Zin2=Z022/R2 Zin3=Z032/R3为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的Z0，即Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032若电路无损耗，则|V1|2/Zin3=k2|V1|2/Zin2式中V1为1口处的电压所以Zin=K2Z03Z02=Z0[(1+K2)/K3]0.5Z03=Z0[(1+K2)K]0.5设计目标工作频率：1.5—2.5GHz插入损耗：≤1dB隔离度：≥20dB (3个端口)幅度不平度：≤1dB相位不平度：≤3º输入输出驻波比：≤1.5电路仿真电路仿真采用ADS2011软件，原理图如下图所示：原理图经过多次优化之后，各项指标均能达到设计要求，仿真曲线如下所示：原理图隔离度S23原理图发射系数S111.851.901.952.002.052.102.151.802.20-28-26-24-22-30-20freq, GHzd B (S (2,3))1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-24.0-23.5-23.0-24.5-22.5freq, GHzd B (S (1,1))原理图插入损耗S21电磁场仿真场仿真采用HFSS10.0软件，3D 模型及仿真曲线如下图所示3D 模型1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-3.125-3.120-3.115-3.110-3.130-3.105freq, GHzd B (S (2,1))S参数仿真曲线版图设计经过ADS软件仿真及优化之后，通过Layout得到仿真版图如下图所示：版图经过HFSS软件可导出CAD版图，如下图所示：CAD版图实验调试根据CAD版图，可制得实际版图，经过简单的焊接工作之后，制作的功分器如图所示：实物图将功分器连接电缆与频谱分析仪连成回路，经过频谱仪操作，可测得测试曲线如下图所示：S21参数测试曲线相位不平度测试曲线S11参数测试曲线隔离度测试曲线幅度不平度测试曲线数据分析通过测试曲线，可知功分器基本工作在1.8-2.2GHz；S11参数最小值为-4.394dB，考虑到仪器本身的3dB损耗，可知插损为1.394dB，略大于1dB，未达到插损≤1dB的设计指标；相位不平度最大值为2.718°，数值小于等于3°，达到设计指标；设计指标中要求输入输出驻波≤1.5，经过换算可得S11≤-14dB才能满足设计要求，而测试数据中S11参数最大值为-15.517dB，满足设计要求；工作频率范围内，隔离度为24.244dB ~ 26.824dB，满足隔离度≥20dB的设计要求；幅度不平度最大值为0.465dB，达到幅度不平度≤1dB的设计指标。