第三章 微带线功率分配器

功分器等器件的介绍功分器（Power Divider）是一种微波器件，用于将输入功率分成两个或多个等分的输出功率。

功分器通常用于无线通信系统中的功率分配和功率合成方面。

在无线通信系统中，通常需要将输入功率分配给多个天线或系统，而功分器则可以实现这一功能。

功分器的工作原理基于电磁场的耦合效应。

它通常由三端口或四端口的传输线型结构组成，其中一个端口是输入端口，而其他端口是输出端口。

当输入功率进入功分器时，它将通过不同的传输线路径被分配到各个输出端口，从而实现功率的分配。

功分器有许多不同的结构和类型，包括平衡型和不平衡型功分器。

平衡型功分器是指输出端口的特性阻抗相等，而不平衡型功分器的输出端口特性阻抗不相等。

根据功分器的结构，还可以分为微带线功分器、负载电阻功分器、同轴线功分器等。

微带线功分器是一种常用的功分器结构，它采用微带线传输线作为分配器和耦合器。

它的主要特点是结构简单、尺寸小、适应频率范围广。

微带线功分器通常由微带线传输线、耦合孔和负载电阻组成。

通过调整微带线的宽度和长度，可以实现不同的功分比。

负载电阻功分器是一种简单的功分器结构，它通过将输入功率分配到一系列负载电阻上来实现功分。

负载电阻功分器的特点是结构简单、性能稳定，适用于低功率和宽频带应用。

同轴线功分器是一种可以在相同频率下对功率进行分配的功分器。

它由同轴线组成，内部采用隔离隔板将输入功率分配到输出端口。

同轴线功分器通常具有较高的功率承受能力和较好的隔离度，适用于高功率应用。

功分器在无线通信系统中起着重要的作用。

它可以实现对多个天线或系统的功率分配，从而提高系统性能和覆盖范围。

此外，功分器还可以用于功率合成和功率调节等应用。

功分器的性能参数主要包括分配均匀度、插入损耗、隔离度、回波损耗等。

在选择功分器时，需要根据具体应用需求来确定合适的类型和参数。

总之，功分器是一种重要的微波器件，用于将输入功率分配给多个输出端口，实现功率的分配。

它具有多种结构和类型，可适应不同的应用需求。

功分器工作原理
功分器，又称功率分配器或功率分配器，是一种用于将输入功率（通常是射频或微波功率）分配给多个输出端口的无源器件。

功分器工作原理主要通过设计特定的传输线结构和耦合方式来实现。

一般而言，功分器由输电线和匹配结构组成。

输电线通常是以微带线、同轴线或波导的形式存在。

当输入信号通过输电线进入功分器时，其将根据特定的设计要求，在不同的输出端口上分配相应的功率。

在功分器内部，通过设计合适的耦合结构，比如电容、电感或实现特定的电磁场耦合来实现功率的分配。

这些耦合结构可以通过设计合适的电路连接或引入衬底模式（substrate mode）
实现功率的分配。

具体来说，功分器的设计通常基于电气长度（electrical length）的原理。

电气长度是一个表示输电线上电磁波传播的概念，与物理长度不完全一致。

通过控制输电线和相应的耦合结构的长度和尺寸，可以实现不同的功率分配比例。

功分器工作原理的关键在于实现输入和输出端口之间的功率匹配。

为了确保功分器在不同端口上有相似的输出，需要通过合适的匹配电路来提供有效的匹配网络。

总之，功分器通过合理设计输电线、耦合结构和匹配网络，实现了输入功率在多个输出端口间的均匀分配。

这使得功分器成
为射频和微波系统中的重要器件，常被应用于无线通信系统、雷达系统和卫星通信等领域。

设计资料微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1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。

1.2分类：1.3概述：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。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。

2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。

下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。

传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。

图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。

如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。

2.2阶梯阻抗变换：在微波电路中，为了解决阻抗不同的元件、器件相互连接而又不使其各自的性能受到严重的影响，常用各种形式的阻抗变换器。

其中最简单又最常用的四分之一波长传输线阶梯阻抗变换器（图2）。

它的特性阻抗Z1为待匹配的阻抗。

设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1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。

1.2分类：1.2.1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。

1.2.2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。

1.2.2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。

1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。

1.3概述：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。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。

2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。

下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。

传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。

图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。

如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。

微波组件运作原理及应用微波组件是一种用于处理和操控微波信号的装置。

它由多种不同的元件组成，例如微带线、滤波器、功率分配器、耦合器、隔离器、相移器等。

这些元件可以根据需要进行组合和配置，形成各种不同的电路结构，用于满足不同的微波信号处理和操控要求。

微波组件广泛应用于通信、雷达、卫星通信、无线网络等领域。

微波信号是指频率范围在300MHz到300GHz之间的电磁波信号，具有较高的传输速率和较低的传输损耗。

微波组件的基本原理是利用微波信号的特性，在不同的元件上进行适当的处理和操控，使得信号能够按照预定的方式进行传输和处理。

下面将介绍几种常见的微波组件及其运作原理和应用。

微带线是一种常见的微波传输线结构，由导体片和基底板组成。

微带线的运作原理是利用基底板上的电磁场对导体片上的电流进行操控，实现微波信号的传输和耦合。

它广泛用于微波射频器件中，如功率分配器、滤波器、方向耦合器等。

滤波器是一种用于选择特定频率范围内信号的微波组件。

它根据频率选择原理，通过合适的设计和制造，使得只有在特定的频率范围内的信号能够通过，并且尽量减小其他频率范围的信号的传输。

滤波器广泛应用于通信、雷达等领域，用于抑制干扰和增强信号的清晰度和稳定性。

功率分配器是一种用于将输入信号分配到多个输出端口的微波组件。

它的运作原理是将输入信号通过特定的传输线路和元件，按照一定比例分配到不同的输出端口上。

功率分配器具有广泛的应用，如天线阵列中的功率分配、射频模拟设备中的信号分配等。

耦合器是一种用于将微波信号从一个传输线路传递到另一个传输线路的微波组件。

它的原理是利用传输线之间的电磁耦合作用，将输入信号分配到多个输出端口上。

耦合器广泛应用于微波器件、射频器件、无线通信等领域。

隔离器是一种用于实现信号的单向传输的微波组件。

它的运作原理是利用非互易元件，使得信号只能从一个方向传输，而不会返回到源端。

隔离器具有抑制反射和干扰的作用，广泛应用于微波通信系统中。

实现方法及仿真设计高级设计系统（ADS）软件由美国安捷伦公司开发，是当前射频和微波电路设计的首选工程软件。

该软件功能强大，仿真手段丰富多样，可实现包括域和频域、数字和模拟、线性和非线性、电磁和数字处理等多种仿真手段，[天线设计网]并可以对设计结果进行成品率分析和优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率。

本设计就采用了ADS软件仿真设计。

用ADS 软件linecalc计算出对应特性阻抗的微带线宽度，以及对应于中心频率12GHZ的λ／４微带线宽度。

理论值如表３所示。

首先用ADS软件设计出电路原理图，并进行仿真和优化，得到最终的原理图如图１所示。

然后将电路原理图转化为版图进行电磁仿真，转化后的版图如图２所示。

版图仿真结果一端口的驻波S11如图３所示，插入损耗S21如图４所示。

测试结果实际做出的产品实物如图所示，该功分器的外部尺寸为２４ｍｍ×２６ｍｍ×１０ｍｍ。

测试系统为矢量网络分析仪。

如下图所示，功分器输入驻波在整个频段内小于1.4，实测的２路传输损耗均小于４ｄＢ（一路为3.5dB，一路为3.6dB），２个端口之间的相位差在18GHZ时为3.210°。

采用多节λ／４阻抗变换器设计工作频带在6~18GHZ的宽带wilkinson功分器，并利用ADS 软件进行设计仿真，结果表明，采用多节λ／４阻抗变换器相级联来展宽工作频带是有效的方法。

在极大展宽频带的同时，功分器的传输损耗、隔离度、驻波等指标可以完全达到要求。

所制作出的实物功分器符合小型化要求，应用在一分四或一分八功分器上，这种葫芦状的功分器结构更加紧凑，在体积上更有优势，完全满足设计指标的要求。

下载提示：有模型附件下载的，请将文件后缀格式“.txsjw”改为“.rar”即可正常打开。

温馨提示：如有转载请注明出处-天线设计网-微带功分器的设计。

设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1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。

1.2分类：1.2.1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。

1.2.2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。

1.2.2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。

1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。

1.3概述：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。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。

2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。

下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。

传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。

图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。

如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。

微带功分器的设计时间：2015-08-16 来源：天线设计网作者：admin TAGS：威尔金森功率分配器无源器件wilkinson功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络。

功率分配器是无源微波器件，反过来就是功率合成器。

功率分配器有多种形式，其中最常用的是g/4功率分配器，这种功率分配器称为威尔金森（wilkinson）功率分配器。

威尔金森功率分配器由三端口网络构成。

在近代射频和微波电路中广泛地使用着功率分配器。

瞬时测频接收机是一种简单而紧凑的接收机，能覆盖很宽的射频频带。

实际的IFM接收机是由若干个简单的瞬时测频（IFM）接收机并行组成。

这就需要使用一分八功分器进行４个通道的信号分配。

一分八功分器可以由几个一分二的功分器级联而成。

[天线设计网]这就对一分二功分器在体积、结构、稳定性以及输出端口之间的相位一致性提出了更高的要求。

本文用多节阻抗变换器级联的方式来实现宽频带和低损耗，使用ADS软件设计并仿真工作频带在6~18GHZ的宽带微带线功分器。

功分器的设计指标功分器的技术指标包括：（１）频率范围：６～１８Ghz；（２）插入损耗：≤４dB；（３）驻波比：≤２；（４）隔离度：≥１８dB；（５）相位一致性：≤５°。

功分器的设计威尔金森功率分配器由三端口网络构成，由于单节λ／４阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此需要采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带。

本文设计的是一个工作频带在６～１８ＧＨｚ，功分比为１∶１的二路带状线型wilkinson功分器。

带宽为３个倍频层，结合多节λ／４阻抗变换器[天线设计网]相级连的形式，阻抗变换器为３节。

由于本功分器对结构尺寸和相位一致性要求较高，在此选用介电常数为2.2、层压板厚度为0.254mmRoger5880高频层压材料。

结构上采用葫芦状的结构设计。

根据各项指标（工作频段、输入输出端口的驻波、输出端口间的隔离度）要求，由宽带功分器设计理论确定功分器具体尺寸，计算出各段λ／４阻抗变换器的特性阻抗，如表１所示，并计算出隔离电阻的阻值如表２所示。

功率分配器的种类和作用
功率分配器是一种电路组件，用于将输入的信号功率分配到多个输出
端口上。

功率分配器的作用是在信号传输过程中，将信号的功率均衡地分
配到多个接收器中，避免信号强度的不均衡对传输带来的影响。

功率分配
器广泛应用于通信、雷达、卫星通信、微波通信、电子对抗、测量仪器等
领域。

功率分配器可以具有不同的传输线结构，包括微带线、同轴线和波导线。

微带线功率分配器因其体积小，重量轻，成本低等优点，广泛应用于
小型通信设备、无人机、雷达系统和卫星通信系统等。

同轴线功率分配器
则使用同轴电缆作为传输线，具有高功率承受能力和低噪声特性，适用于
大功率应用，如航空电子和医疗设备。

波导线功率分配器的频率范围广，
适用于高频率应用，如微波通信和雷达系统。

功率分配器的输出功率平衡度和相位平衡度是其关键性能指标。

输出
功率平衡度是指分配器各输出端口的信号输出功率之间的差异程度，而相
位平衡度是指分配器各输出端口之间相位差的差异程度。

这些指标决定了
功率分配器的可靠性和性能。

因此，制造高性能的功率分配器需要利用最
先进的材料和工艺，并进行精细的实验测试和优化。

总之，功率分配器是现代电子通信系统不可或缺的重要组件。

它不仅
能有效分配信号功率，保持信号质量，还具有稳定和高效的性能，适用于
各种通信系统和应用场合。

随着通信技术的不断发展和改进，功率分配器
的性能和特性也将不断提高和优化，为现代通信系统的发展注入新的动力。

实现方法及仿真设计高级设计系统（ADS）软件由美国安捷伦公司开发，是当前射频和微波电路设计的首选工程软件。

该软件功能强大，仿真手段丰富多样，可实现包括域和频域、数字和模拟、线性和非线性、电磁和数字处理等多种仿真手段，[天线设计网]并可以对设计结果进行成品率分析和优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率。

本设计就采用了ADS软件仿真设计。

用ADS 软件linecalc计算出对应特性阻抗的微带线宽度，以及对应于中心频率12GHZ的λ／４微带线宽度。

理论值如表３所示。

首先用ADS软件设计出电路原理图，并进行仿真和优化，得到最终的原理图如图１所示。

然后将电路原理图转化为版图进行电磁仿真，转化后的版图如图２所示。

版图仿真结果一端口的驻波S11如图３所示，插入损耗S21如图４所示。

测试结果实际做出的产品实物如图所示，该功分器的外部尺寸为２４ｍｍ×２６ｍｍ×１０ｍｍ。

测试系统为矢量网络分析仪。

如下图所示，功分器输入驻波在整个频段内小于1.4，实测的２路传输损耗均小于４ｄＢ（一路为3.5dB，一路为3.6dB），２个端口之间的相位差在18GHZ时为3.210°。

采用多节λ／４阻抗变换器设计工作频带在6~18GHZ的宽带wilkinson功分器，并利用ADS 软件进行设计仿真，结果表明，采用多节λ／４阻抗变换器相级联来展宽工作频带是有效的方法。

在极大展宽频带的同时，功分器的传输损耗、隔离度、驻波等指标可以完全达到要求。

所制作出的实物功分器符合小型化要求，应用在一分四或一分八功分器上，这种葫芦状的功分器结构更加紧凑，在体积上更有优势，完全满足设计指标的要求。

下载提示：有模型附件下载的，请将文件后缀格式“.txsjw”改为“.rar”即可正常打开。

温馨提示：如有转载请注明出处-天线设计网-微带功分器的设计。