T型功分器的设计与仿真
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功分器设计--基本理论
参考接地线
3端口 图5-36 Wilkinson功分器
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
奇--偶模分析
它归结为两个简单电路之和，在输出端分 别用对称和反对称源来激励并进行分析。
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为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，凑成对称电路结构， 输出端具有的信号源如图 5-37。该网络相当于中间平面是对称的，归 一化值为 1 的电阻代表匹配源阻抗， 1 端源电阻为两个归一化值 2 的并 联组合，隔离电阻以两个 r/2 的串联组合。 /4 线具有的归一化特性阻 抗为z，并联电阻具有归一化值为 r。下面证明对等分功分器，这些值 应为z 2和r = 2。 现在对图5-37的电路定义两个 独立的激励模式：偶模Vg2 = Vg3 = 1V，奇偶Vg2 = –Vg3 = 1V。然后，将这两种模式相叠 加，其有效激励为Vg2 = 2V， Vg3 = 0，由此，可获得此网络 的S参数。下面我们分别讨论 这两种模式激励的情况。
微带功分器（Wilkinson功分器）设计
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（2）奇模 奇模激励时，Vg2 = –Vg3 = 1V，所以V2 = –V3， 在图5-37电路的中间有电压零点。因此，我们可以用一个接 地平面来切开此电路，给出图5-38（b）的网络。向端口2看 去的阻抗为r/2，若r/2=1,则匹配S22=0。由于平行连接传输线 长为/4，而且在端口1处短路，所以看上去在端口2为开路点， 没有功率送到端口1，S12=0。由对称性有S33=0，S13=0。
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功分器设计
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波导功分器，即T形分支(E-T、H-T) 微带功分器，即Wilkinson功分器
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波导T形分支（E-T、H-T）
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第9章功率分配器的设计与仿真
第9章功率分配器的设计与仿真第9章功率分配器的设计与仿真章在射频/微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器）。
反过来使用的功率分配器是功率合成器。
在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用功分器，而且通常功分器是成对使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。
在20世纪40年代，MIT辐射实验室（Radiation Laboratory）发明和制造了种类繁多的波导型功分器。
它们包括E和H平面波导T型结、波导魔T和使用同轴探针的各种类型的功分器。
在20世纪50年代中期到60年代，又发明了多种采用带状线或微波技术的功分器。
平面型传输线应用的增加，也导致了新型功分器的开发，诸如Wilkinson分配器、分支线混合网络等。
本章分析功分器的设计方法，并利用ADS2009设计中心频率为750MHz 的集总参数比例型功分器和中心频率为1GHz的集总参数等分型功分器，进而给出中心频率为1GHz分布参数（Wilkinson）功分器的电路和版图设计实例。
【本章重点】 ? 功分器的原理及技术指标 ? 集总参数功分器的设计及仿真 ? Wilkinson 功分器的设计及仿真9.1 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 2 可知 1 功分器 P2 P 1= P 2+ P 3 （9-1） 3 P1 如果 P2（dBm）=P3(dBm)，三端口功率间的 P3 关系可写成图 9-1 功分器示意图 P2（dBm）=P3(dBm)= P1（dBm）-3dB 当然，P2 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。
9.1.1 主要技术指标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、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化实验目的:理解和分析T型波导分支内部电磁场分布及优化方法。
实验内容：1.建立一个T型波导模型，利用HSFF软件求解，分析，观察T型导波的场分布情况。
2.使用HFSS进行T型波导功分器的优化设计实现，进行参数分析扫描，利用HFSS的优化设计功能实现3端口输出功率为2端口输出功率的2倍、3倍。
然后用重新设计端口激励端，使端口端2为激励端，端口3的输出为端口1的2倍。
实验原理：T型波导功分器又叫T型波导分支器，它能将波导能量从主波导中分路接出，它是微波功率分配器件的一种。
此次设计H面T型分支，使得从1端口输入的功率可以平均的分配给端口2、3，使得2、3端口的TE10波为等幅同向。
同时，通过设置隔片改变各端口的功率分配。
进行扫频设置，观察S参数曲线和电场分布。
实验步骤及结果：一、新建工程设置1．运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。
然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为TeeModal。
2．选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，单击OK按钮。
3．设置长度单位从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】，打开SetModelUnits对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。
此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。
二：创建T形波导模型1．创建长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModelerOptions对话框，选择Drawing选项卡，确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框，然后单击确定按钮。
基于SIGW的T型功分器
基于SIGW的T型功分器作者：项猛申东娅王珂来源：《移动通信》2019年第02期【摘; 要】提出了一种SIGW的T型功分器。
采用微带T型一分四功分器的原理，设计了微带功分器加载于SIGW结构上，实现四路功率分配，使用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS对该结构进行参数优化。
仿真结果表明，在S11参数-20 dB以下的频段为27.2 GHz—31.2 GHz，传输参数S21、S31、S41、S51都在-6.7 dB左右。
【关键词】SIGW;T型功分器;四功分;HFSS1; ;引言功率分配器的性能直接影响整个系统能量的分配效率。
随着5G一些毫米波频段的发布，高频天线、高频滤波器等器件不断发展，对高频功分器的要求也越来越高。
传统微带传输线功分器（如威尔金森、分支线电桥、环形电桥等），品质因数低、易实现宽带，但其具有损耗大、功率容量小等缺点，且存在平面/非平面集成问题，制作成本高、工艺复杂。
因此，需要适用于毫米波通信的功分器。
基片集成波导（SIW， Substrate Integrated Waveguide）能够实现毫米波应用的平面化和集成化，传输损耗低。
文章设计了一款基于SIW 的功分器[6]，用HFSS仿真设计了Ka波段的SIW功分器，利用SIW的腔体进行功率分配，实际测试结果表明其在毫米波频段具有良好的性能。
2012年，E Pucci等学者提出了印刷脊槽波导（PRGW， Printed Ridge Gap Waveguide）[1]。
2016年，张晶等学者提出将空气间隙替换为介质板，称为基片集成间隙波导（SIGW，Substrate Integrated Gap Waveguide）[2]，从而获得更稳定的间隙高度和更好的性能。
从此，无源器件包括天线和滤波器等被陆续提出[3-5]。
本文提出了一种SIGW功分器，利用T型功分器的理论设计了SIGW功分器。
2; ;SIGW功分器结构SIGW功分器由三层PCB构成（如图1），其上层PCB外侧全覆铜形成PEC（Perfect Electric Conductor，理想电导体），内侧则印刷功分器微带线;其底层PCB上全部印制蘑菇状周期结构以构成PMC（Perfect Magnetic Conductor，理想磁导体）;特别地，在上层和底层还加入了一块空白介质板（中间层）来隔断上层和底层，微带线可以很灵活地布局，不必担心受到周期结构制约。
Wilkinson功分器设计与仿真
图12：由原理图生成的功分器版图
2. 功分器版图的仿真
生成功分器的版图后，为观察功分器的性能，需要在版图里再 次进行S 参数的仿真。参数设置与前面S参数仿真类似。本次功分器 版图的仿真结果如图13所示。可以看出能满足设计指标的要求。
2.功分器的技术指标
1.输入端口的回波损耗 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 P 比来计算: C 10Log P 20Log S 2.插入损耗 输入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 入功率之比来计算：
r i 11 11
以上几点就是本次选题的意义所在
二 功分器的工作原理和技术指标
1.基本工作原理
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及P3。理论上，由能量守恒 定律可知：P1=P2+P3。若P2P3并以毫瓦分贝（dbm）来表示三端口 之间的关系，则可以写成：P2=P3=P1-3（dbm）。
a) H=0.8 mm，表示微带线介质基片厚度为0.8mm。 b) Er=4.3 mm，表示微带线介质基片的相对介电常 数为4.3。 c) Mur=1，表示微带线介质基片的相对磁导率为1。 d) Cond=5.88E+7，表示微带线金属片得电导率 5.88E+7。 e) Hu=1.0e+033mm，表示微带电路的封装高度为 1.0e+033mm。 f) T=0.03mm，表示微带线金属片得厚度为0.33mm。 g) TanD=1e-4，表示微带线的损耗角正切为1e-4。 h) Roungh=0mm，表示微带线的表面粗糙度为0mm。 完成设置的MSUB控件如图7所示：
2.建立工程与设计原理图
T型功分器的设计与仿真
T型功分器的设计与仿真1. 平衡性：输出功率P_out1和P_out2应尽可能相等。
2.高隔离度：输入端与输出端之间应具有较高的隔离度，以避免功率泄漏。
3.低插入损耗：功分器的插入损耗应尽可能小，减少对输入功率的损耗。
下面是一个T型功分器的设计步骤：1.确定工作频率范围：首先确定T型功分器所需工作的频率范围。
根据具体应用要求，选择合适的工作频率范围。
2.确定器件材料：根据工作频率范围的要求，选择合适的材料。
一般来说，常见的T型功分器的制作材料有微带线、传输线等。
3.计算理论参数：根据所选择的材料和频率范围，利用理论计算方法得到T型功分器的理论参数，包括传输线的宽度、长度、阻抗等。
4.布局设计：利用电磁仿真软件，根据计算得到的理论参数进行布局设计。
在设计过程中，需注意布局对于传输线的长度和宽度的限制，确保布局的合理性。
5.优化调整：经过布局设计后，我们需要进行优化调整。
将仿真结果与理论计算值进行比较，进行必要的优化调整，以满足设计要求。
6.电磁仿真：进行电磁仿真，验证设计的可行性。
在仿真过程中，需要检查平衡性、隔离度和插入损耗等参数是否满足要求。
7.制作和测试：根据最终确定的设计，进行器件的制作。
制作完成后，进行相关测试，验证设计的正确性和性能指标。
至于具体的仿真软件和参数设置，不同的工程师和设计需求可能会使用不同的工具和方法。
常用的仿真软件包括ADS、Microwave Office等，可以根据自己的熟悉程度和实际需求选择合适的工具。
总结起来，T型功分器的设计与仿真是一个较为复杂的过程，其中涉及到材料的选择、理论参数的计算、布局设计、电磁仿真等多个环节。
只有经过合理的设计和仿真验证，才能得到满足要求的T型功分器。
T型功分器的设计与仿真
T型功分器的设计与仿真1.改进型威尔金森功分器的工作原理功率分配器属于无源微波器件，它的作用是将一个输入信号分成两个(或多个)较小功率的信号，工程上常用的功分器有T型结和威尔金森功分器。
威尔金森功分器是最常用的一种功率分配器。
图1所示的为标准的二路威尔金森等功率分配器。
从合路端口输入的射频信号被分成幅度和相位都相等的两路信号，分别经过传输线Bl和BZ，到达隔离电阻两端，然后从两个分路端口输出，离电阻R两端的信号幅度和相位都相等，R上不存在差模信号，所以它不会消耗功率，如果我们不考虑传输线的损耗，则每路分路端口将输出二分之一功率的信号。
图1威尔金森功分器但是这种经典威尔金森等功率分配器有几个缺点:1、大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大因此电阻的体积也会比较大2、如果功分器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这样就需要考虑电阻的分布参数。
3、为了提高功分器性能，就要尽量减小Bl和BZ这两段传输线之间的藕合，因此在实际设计时，要求四分之一波长传输线Bl、BZ之间的距离较大，在低频应用时，由于四分之一波长较长，占用面积还是太大了，此外，四分之一波长传输线Bl、BZ的阻抗较高，因此线宽较细，制板的相对误差更大[24]。
为克服这些缺点，本文采用了一种改进型的威尔金森等功率分配器，如图2所示图2 改进型威尔金森功分器可以看到，它仅由四段传输线组成，没有隔离电阻。
传输线A 、Cl 、CZ 的特 征阻抗均为Z0。
传输线B 位于A 和Cl 、CZ 之间，它的电长度为四分之一波长， 特征阻抗为Z0/2。
从合路端输入的信号，通过传输线B ，被分成幅度和相位相等的的两路信号，分别经过传输线Cl 和C2到达分路端口一和二，在整个结构中，传输线B 起到了阻抗变换的作用。
从传输线A 、B 相接处向左看，输入阻抗为Z0。
从传输线B 与C1、C2相接处向右看，输入阻抗为Z0/2。
利用四分之一阻抗变换器的原理我们知道，传输线的特征阻抗为2/00Z Z •，即Z0/2。
一分四功分器的设计与仿真
一分四功分器的设计与仿真作者：刘楷来源：《科技创新与应用》2018年第18期摘要：在微波电路中，功分器是将一路功率按照比例分为两路或多路分支，这种器件叫功分器。
功分器的实现方式有很多种，可以用微带线、共面波导、槽线、不对称共面带线等传输线实现。
文章对功分器的应用及参数进行了简单介绍，利用CST仿真软件对一分四功分器进行设计，着重讲述了功分器设计中的参数计算和优化过程。
关键词：微波；功分器；电磁仿真；损耗；参数优化中图分类号：TN626 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）18-0084-03Abstract： In microwave circuit， power divider is divided into two or more branches according to the proportion of the power. This device is called power divider. There are many ways to realize the power divider， such as microstrip line， coplanar waveguide， slot line， asymmetric coplanar strip line and so on. In this paper， the application and parameters of the power divider are briefly introduced， and the design of the sub-four power divider is carried out by using the CST simulation software， and the process of parameter calculation and optimization in the design of the power divider is emphatically described.Keywords： microwave； power divider； electromagnetic simulation； loss； parameter optimization1 功分器的介绍功率分配器是一种在现代通信中广泛应用的微波无源器件，被广泛应用于通信、雷达以及电子站等电子系统中。
H-T形波导接口设计
班级：姓名：学号：指导教师：**成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系1实验目的熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。
掌握T型波导功分器的设计方法和工作原理。
2实验内容使用HFSS进行T型波导功分器的设计实现，创建设计模型，进行求解设置，并运行仿真计算。
最后进行相关的数据后处理。
3实验原理T型波导功分器又叫T型波导分支器，它能将波导能量从主波导中分路接出，它是微波功率分配器件的一种。
此次设计H面T型分支，使得从1端口输入的功率不平均的分配给端口2、3，使得2端口的输出功率为3端口的一半。
同时，注意隔片尺寸的大小对于改变各端口的功率分配的作用。
改变波端口激励，实现2端口输入，1、3端口输出。
当隔膜位于中央1端口，它把信号分开并将其均匀地向端口2和端口3输出。
在输出端口的S参量大小约为0.7。
偶然反射预计发生在1端口。
移动隔膜在端口2附近为0.2英寸，通过端口2降至0.1英寸，通过端口3后增加至0.9。
比较研究的S参数在每个间隔位置的二维情形来确定实验值是否与理论值相同。
通过创建在电场空间的动态相位模型你还比较每个隔膜位置的电场模式。
这些比较将会表明具有隔膜的场模式的变化是否和预期的一样。
4实验步骤4.1新建项目4.1.1运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。
然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为Txingbodao。
图4-1新建工程4.1.2选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开SolutionType对话框，选中DrivenModal 单选按钮，单击OK按钮。
功分器、定向耦合器及应用简介
由于平行耦合导体之间的电磁场的相互作用， 使耦合信号传播的方向正好与入射信号的传播 方向相反，因而把这种定向耦合器叫反向定向 耦合器。 图2.14（a）为窄边带线耦合器，图2.14（b） 为宽边带线耦合器。对上述两种单节反向定向 耦合器，假定信号由端口1输入，由端口2、3 输出，端口4无信号输出，为隔离端。值得注 意的是输出信号相差90º ，端口2的相位超前端 口3 90º 。 经常用独立的偶模和奇模来分析和表示定向 耦合器，把两个模叠加就能得到最后结果，详 细分析可参看有关资料，这里只给出设计用公 式。
图中T1是阻抗变换变压器，按照理想 变压器阻抗与匝数的平方成正比，可以 求出T1变压器初次级匝数之比等于 2 （7/5=1.4≈ 2 ）。T2是匝数相同的分配变 压器，实际电路中还并联了几只电容， 它与T1、T2变压器的漏感构成谐振回路， 以改善高频特性。 图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。
T型功分器由于结构简单，既可以用同 轴线，也可以用微带线实现，因而在基 站天线阵中，大量用它作为馈电网络。T 型功分器的缺点是输出端口彼此不隔离， 因此也把T型功分器叫无隔离功分器。
2、Wilkinson功分器
图1.2所示为匹配Wilkinson功分器的结构 示意图。
信号由端口1输入，由端口2、3输出。所有 端口的负载阻抗均为Z0，当Z1=Z2= 2 Z0，R= 2Z0时，由端口1输入的功率，由端口2、3同相 等功率输出。 在中心工作频率，Wilkinson功分器具有以下 特性： 输入、输出端口完全匹配； 端口2、3彼此隔离，隔离度在20dB以上； 宽频带，VSWR≤1
双分支线定向耦合器是由周长为λ的方形环 状传输线构成的分支线定向耦合器，如图2.7所 示。也可以看成主要是由两根传输线组成，主 线传输线1-3利用两个间隔λ/4且λ/4长的分支线 耦合到辅助传输线2-4上，耦合系数由串联臂和 并联臂的阻抗比Z2/Z1决定，输入输出端均有相 同的特性阻抗Z0。
一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法
一种基于波导E-T结的新型功分器的设计方法寇阳【摘要】针对传统功分器的不足,提出了一种改进型波导E-T结功分器.通过三维电磁仿真软件CST对其进行了建模仿真,得到一个合理的设计方案,该结构具有高隔离度、低插入损耗、小体积、宽频带等优点.加工的实物经测试在12～ 17 GHz的频率范围内,该功分器的插入损耗＜0.12 dB,回波损耗＞18 dB,隔离度＞15 dB,具有良好的工程应用价值.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)008【总页数】3页(P18-20)【关键词】E-T结;功分器;高隔离度;CST;Ku频段【作者】寇阳【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所卫星通信与广播电视专业部,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TN73在卫星通信系统中，EIRP 值是衡量系统性能的重要技术指标，而在天线增益确定后，该指标主要取决于发射机的输出功率［1］。
为了提高发射机的输出功率，工程中通常采用功率合成的方式实现微波大功率输出，这就对功分器提出了更高的要求［2］。
目前常用的功分器主要有:威尔金森功分器，波导E－T 结、波导H－T 结、3 dB分支波导定向耦合器及波导魔T 等［3 ～7］。
威尔金森功分器是一种微带功分器，插入损耗较大，不适合于大功率合成;波导E－T结和H－T 结功分器是最常用的波导功分器，具有体积小、频带宽、插入损耗低、易加工等优点，缺点是两输出端口之间隔离度仅有－6 dB;3 dB 分支波导定向耦合器的两个输出端口相位相差90°，两路输出之间具有良好的隔离度，但是其带宽较窄。
通过对以上各种功分器分析，本文在其基础上提出了一种新型功分器，在波导E－T 结功分器的基础上大幅提高了两个输出端口间的隔离度。
1 理论分析本文论述的功分器是在波导E－T 结功分器的基础上进行改进的，波导E－T 结功分器可以看成是一种无耗三端口网络，它是由一段波导及从波导宽边接出来的分支波导构成，其轴线平行于主波导的TE10模的电场方向，是一种串联分支［8］，其结构示意图如图1所示。
功分器设计仿真开题报告
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。
MWO&AXIEM设计功分器并进行电磁仿真(MTRACE2元件,T 形结模型,电磁提取流程,封装设计等)
本章节应用Microwave Office设计了一个实际的功分器，并讲述了应用AWR的电磁提取流程进行电磁仿真的过程。
1. 打开AWR软件，点击菜单Options>Project Options，点击Global Units选项卡进行单位设置如下：选择菜单File>Save Project，设置工程为PD，并保存。
应用理想传输线模型创建理想功分器：1）在Project 选项卡下，右键点击Circuit Schematics节点，在弹出菜单中选择New Schematic，设置原理图名称为IdealPD，软件自动打开新的原理图窗口，如下：2）点击Elements选项卡，在此查找所使用的理想传输线和电阻位置：理想传输线TLIN: Transmission Lines>Phase理想电阻Res: Lumped Element>Resistor将上述两器件拖入到原理图中，并连接，设定各元件参数如下：3）在Project选项卡下，右键点 Graphs节点，在弹出菜单中选择New Graph菜单，选择图表类型为Rectangle，如下图所示：4）点击Create。
在出现的图表窗口中右键点击，选择Add New Measurement，添加S11，S21，S31, S23等测试量，其中S11的设置如下所示：5）右键点击IdealPD原理图，在弹出菜单中选择Options，设置Frequencies选项卡如下，点击Apply使得频率设置生效：6）3. 应用微带线实际设计功分器1）在Project 选项卡下，右键点击Circuit Schematics节点，在弹出菜单中选择New Schematic，设置原理图名称为PhysicalPD，其中微带线的介质基板参数如下：2）点击菜单Tools>Txline，计算50 Ohm 和 70.7 Ohm 微带线的宽度如下：50 Ohm:70.7 Ohm:Dielectric Constant Er = 3.66Tangential loss = 0.0035Thickness H = 0.762 mm Conductor thickness (1/2 oz copper) = 0.017783) 插入各微带线元件电阻，微带线MLIN: Microstrip>Lines自动布线型微带线Mtrace2: Microstrip>LinesT型结MTEEX$: Microstrip>Junction电阻Res: Lumped Element>Resistor介质基板定义MSUB: Substrates（也可以在任一微带线上右键点击选择Add Model Block）并设置参数如下：4. 绘制隔离电阻的封装电阻的封装用于确定功分器上下两臂之间的距离，此实例中应用0603封装，尺寸如下：1）绘制电容的主体点击Layout选项卡，右键点击Cell Libraries>New GDSII Library，输入此封装库的名字为Resistor，然后双击此节点下面的New_GDS_Cell，出现封装编辑窗口。
无源器件设计仿真和优化
④隔离； ④输入：②③等幅反相输出，
①隔离； ②③输入：①输出和信号，
④输出差信号；
(1)双T
“①④臂隔离”原因：
4臂输入的TE10 模式关于中 轴面T反对称，而1臂中TE10 模式关于中轴面T对称，故 相互不能激励。
1臂（4臂）输入的TE10 模 可以在4臂（1臂）中激励 起高次模，但高次模式不 能传输，不能输出。
信号1－信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
• 若两输入信号等幅，则3臂无输出。
2.波导E-T
求和功能：
信号1 1
信号1＋信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。
3. Set up and Solve the Parametric Analysis
Select Power 11, Power21, Power 31 Click Add Calculation
S
1
1
0
0 1
2 1 0 0 1
0
1
1
0
3 1（H）
(3)魔T的应用
单脉冲雷达
△β=(A+B)-(C+D)
和差网络：
Δ
接收机 ∑=A+B+C+D
Σ
Ⅳ
发射机
ΣⅠ
△α=(A+C)-(B+D)
Σ
C
Ⅱ
Σ
Ⅲ
Δ
D
A
Δ
B
和波束 差波束
A
C
①隔离； ②③输入：①输出和信号，
④输出差信号；
(1)双T
“①④臂隔离”原因：
4臂输入的TE10 模式关于中 轴面T反对称，而1臂中TE10 模式关于中轴面T对称，故 相互不能激励。
1臂（4臂）输入的TE10 模 可以在4臂（1臂）中激励 起高次模，但高次模式不 能传输，不能输出。
信号1－信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
• 若两输入信号等幅，则3臂无输出。
2.波导E-T
求和功能：
信号1 1
信号1＋信号2
3 2 信号2
T • 两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时
相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。
3. Set up and Solve the Parametric Analysis
Select Power 11, Power21, Power 31 Click Add Calculation
S
1
1
0
0 1
2 1 0 0 1
0
1
1
0
3 1（H）
(3)魔T的应用
单脉冲雷达
△β=(A+B)-(C+D)
和差网络：
Δ
接收机 ∑=A+B+C+D
Σ
Ⅳ
发射机
ΣⅠ
△α=(A+C)-(B+D)
Σ
C
Ⅱ
Σ
Ⅲ
Δ
D
A
Δ
B
和波束 差波束
A
C
实验一：t型波导内部仿真场分析与优化精要
实验一：T型波导内部仿真场分析与优化实验目的:理解和分析T型波导分支内部电磁场分布及优化方法。
实验内容：1.建立一个T型波导模型，利用HSFF软件求解，分析，观察T型导波的场分布情况。
2.使用HFSS进行T型波导功分器的优化设计实现，进行参数分析扫描，利用HFSS的优化设计功能实现3端口输出功率为2端口输出功率的2倍、3倍。
然后用重新设计端口激励端，使端口端2为激励端，端口3的输出为端口1的2倍。
实验原理：T型波导功分器又叫T型波导分支器，它能将波导能量从主波导中分路接出，它是微波功率分配器件的一种。
此次设计H面T型分支，使得从1端口输入的功率可以平均的分配给端口2、3，使得2、3端口的TE10波为等幅同向。
同时，通过设置隔片改变各端口的功率分配。
进行扫频设置，观察S参数曲线和电场分布。
实验步骤及结果：一、新建工程设置1．运行HFSS并新建工程双击桌面上的HFSS快捷方式，启动HFSS软件。
HFSS启动后，会自动创建一个默认名称为Project1的新工程和名称为HFSSDesign1的新设计。
从主菜单栏选择命令【File】→【SaveAs】，把工程文件另存为Tee.hfss。
然后右键单击HFSSDesign1，从弹出菜单中选择【Rename】命令项，把设计文件HFSSDesign1重新命名为TeeModal。
2．选择求解类型从主菜单栏选择【HFSS】→【SolutionType】，打开SolutionType对话框，选中DrivenModal单选按钮，单击OK按钮。
3．设置长度单位从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】，打开SetModelUnits对话框，选择英寸（in）单位，单击OK按钮。
此时，设置了建模时的默认长度单位，即英寸。
二：创建T形波导模型1．创建长方体（1）从主菜单栏选择【Tools】→【Options】→【ModelerOptions】，打开3DModelerOptions对话框，选择Drawing选项卡，确认选中EditPropertiesofnewprimitives复选框，然后单击确定按钮。
微波射频学习笔记10.T型结功分器
T型结功率分配器一、概述功分器的作用：将一路输入信号的能量（功率）按比例从多个端口分配出去，当然中间会造成一点损耗（主要来自于导体材质，信号传播方式）。
比如说：一个1W的信号通过一个二公分器，变成两个0.49W的信号；直观感受到的好处就是两个信号共用一套线路，省了一套的钱和空间，虽然功率降低了，但是你还能放大啊或者输入功率搞大点！二、微带T型功分器上图这些就是，我只学学微带/带状线的功分器1.一分二结构目前市面上各种信号传输的接头和线缆大多是50Ω，所以为了应用，功分器也要搞50Ω，所以如图，A、B、C三个端口，A为50Ω微带线，B和C是并联的，所以都是100Ω微带，同样条件下，阻抗越大，线越细；图上红圈记得来1刀，因为之前学过，微带不连续的地方有寄生电抗，影响匹配。
2.一分二功能分析（1）为什么信号经过它就1分为二了？别问，问就是把它当成一条水渠；ps：别想那些有的没的，看把你能的。
（2）水渠是怎么工作的来，我们看看这个水渠，水源源不断的从A口进来了，通过B、C流出去。
为了让他们水速和水位保持一致，，B、C两条肯定要细些；再看这个，为了让B和C口能同时开始出水和停水，那么B和C结构就要一样，山路18弯咱不管，你可以适当调整，但是这个长度得差不多。
（3）水渠转换为线路①A口进B、C口出：代表着输入输出关系；②保持水速和水位一致：保证信号还是这个信号，频率和幅度不变；③B、C同时出水停水：意思是不改变相位。
3.T型优缺点①B、C口不能作为输入，反过来看，阻抗就不是50Ω，不能全端口阻抗匹配；②B、C两端口没有隔离开来，信号会相互影响到，毕竟信号和水不是一个东东..③优点暂时没想到，可能就是便宜，简单吧。
4.按比例分配只需要将输出线的阻抗按比例即可。
比如说，让B口出水量是C口两倍，也就是说B=2/3A，C=1/3A。
所以B线阻抗75Ω，C线阻抗150Ω（记得，阻抗越大，线越细，出水量越小）因为75||150=50Ω，所以阻抗还是匹配的（1/Z B+1/Z C=1/Z A）。
T形波导内场分析
微波技术与天线实验报告5．创建隔片（1）创建一个长方体。
从主菜单栏选择【Draw】→【Box】，进入新建长方体工作状态。
移动鼠标光标在三维模型窗口任选一个基准点，在xy面展开成长方形，单击确定；再沿着z轴移动鼠标光标展开成长方体，单击确定，完成后弹出属性对话框。
（2）设置长方体的位置和尺寸。
在“属性”对话框的Command选项卡界面，Position栏输入"0.45in，Offset-0.05in，0in"，设置长方体的起始点位置，按回车键确定，此时会弹出AddVariable对话框，要求设置变量Offset的初始值，在Value 栏处输入“0in”，然后单击OK，返回属性对话框。
在Xsize、Ysize和Zsize栏处分别输入0.45、0.1和0.4，设置长方体的长宽高尺寸。
然后，选择属性对话框的Attribute选项卡，在Name栏处输入长方体的名称Septum，单击完成。
此时，在T形波导内部添加了一个小长方体。
（3）相减操作。
展开操作历史树，首先选中Tee，按下Ctrl键的同时再选中Septum，确认Tee和Septum都被选中；之后，从主菜单栏选择【3DModeler】→【Boolean】→【Subtract】命令或者单击工具栏的按钮，打开相减操作对话框。
确认对话框中Tee在BlankParts栏，Septum在ToolParts栏，表明是从模型Tee中去掉模型Septum。
单击OK按钮执行相减操作。
相减操作完成后，创建出完整的T 形波导。
三：分析求解设置1．添加求解设置在工作界面左侧的工程管理窗口（ProjectManager）中，展开TeeModal设计，选中Analysis节点，单击右键，在弹出的快捷菜单中单击【AddSolutionSetup…】，打开求解设置对话框。
在该对话框中，SolutionFrequency项输入10，默认单位为GHz，其他项都保持默认设置不变，单确定按钮击结束。
功分器的设计制作与调试原
功分器的设计制作与调试原功分器是一种用于分配输入功率到多个输出端口的无源器件。
它广泛应用于无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域。
1.需求分析：初步确定功分器的频率范围、输入功率和输出端口数目等参数。
根据实际需求，选择合适的设计方案。
2.设计理论：根据功分器的工作原理，通过理论计算和仿真，确定功分器的主要设计参数，如输入阻抗、输出阻抗、功分比等。
3.组件选取：根据设计理论确定的参数，选取合适的器件和元件，如功分器结构中的耦合器、衰减器、隔离器等。
4.布局设计：根据选取的器件和元件规格，进行功分器的布局设计。
在设计过程中要考虑排布的紧凑性、尽量减小端口之间的串扰和互相影响。
5.制作工艺：将布局设计图转化为PCB板图，并进行PCB板的制作。
在制作过程中，要保证板厚、质量符合要求，并注意PCB板的阻抗匹配和分布电容等问题。
6.组件安装：将设计好的器件和元件按照布局图的要求进行精确安装。
安装过程中要注意焊接质量和对器件的保护。
7.调试测试：完成功分器的制作后，需要进行调试测试。
通过网络分析仪等测试仪器，检测功分器的各个指标是否符合设计要求，如S参数、功率分配准确性、隔离度等。
8.故障排除：如果在调试测试中发现功分器存在问题，需要对问题进行分析和定位，进一步调整和优化。
可以采取改变元件参数、考虑布局优化或增加衰减器等措施。
9.性能评估：最后对完成的功分器进行性能评估，比较实际测试结果与设计指标的偏差，评估功分器的性能优劣。
需要注意的是，功分器的设计制作和调试是一个复杂的过程，需要掌握电磁场理论、微波传输线理论、PCB设计和封装、RF测试等知识和技能。
此外，对于高频、高功率的功分器设计，还需要特别注意功率损耗、温度和稳定性等问题，以保证功分器的可靠性和稳定性。
在实际的设计制作和调试过程中，还需要结合实际情况灵活调整，并进行各种验证和验证。
该过程需要良好的设计能力、实践经验和耐心。
HFSS【T形接头即波导功分器】
非线性规划--数学模型
对实际规划问题作定量分析，必须建立数学模型。建立 数学模型首先要选定适当的目标变量和决策变量，并建 立起目标变量与决策变量之间的函数关系，称之为目标 函数。然后将各种限制条件加以抽象，得出决策变量应 满足的一些等式或不等式，称之为约束条件。非线性规 划问题的一般数学模型可表述为求未知量x1，x2，…， xn，使满足约束条件： gi(x1，…，xn)≥0 i＝1,…,m hj(x1，…，xn)＝0 j＝1,…,p 并使目标函数f(x1，…，xn)达到最小值(或最大值)。其 中f，gi和hj都是定义在n维向量空间Rn的某子集D(定义 域)上的实值函数，且至少有一个是非线性函数。
Generally, Pattern Search algorithms are not used when more than three variables are used in the optimization.
“单纯形”不断被镜像构成模式图
模式搜索法最大步长和最小步长变量设置
模式搜索法的最大步长设置：
Cost function的定义
The cost function that the optimizer uses is built based on the norm setting as long as there are multiple goals. Thus, in this case the error associated with each individual goal (weighted) is combined in a way that is specific for each norm type chosen. For L1 norm the actual cost function uses the sum of absolute weighted values of the individual goal errors:
(完整版)功分器、定向耦合器及应用简介
西安海天天线科技股份有限公司 专题讲座
功分器、定向耦合器及应用简介
编写:俱新德
西安海天天线技术支持部天线部 2005年12月
第一部分 功分器
1、T型功分器
图1.1所示为T型功分器，端口1为输入 端，端口2、3为输出端。如果输入、输 出端口的负载阻抗均为Z0，为了使输入、 输出端口均匹配，如图1.1（b）所示，必 须加一段特性阻抗Z01=Z0/ ，长度2 为λ/4 的阻抗变换段。
③端口1无反射。
第二部分 定向耦合器
2.1 分类
定向耦合器的对称性是定向耦合器的 重要特性，在分析和计算中经常利用对 称性。按对称性把定向耦合器分成三类， 如图2.1所示。
1类：沿X、Y轴均对称——完全对称 2类：沿X轴对称——部分对称 3类：沿Y轴对称——部分对称
按输出端口的相位差也分成三类：
图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。
6、不等功分比功分器
在工程中，有时还需要使用一些不等功分比 二功分器。如在赋形基站天线阵中，需要用不 同功率给各辐射单元馈电，对不等功分比功分 器，按照端口之间的功分比与端口之间馈线特 性阻抗成反比的原则来设计相应的不等阻抗匹 配网络，来满足所需要的不等功分比。图1.14 为三端口微带不等功分器的结构示意图，信号 由端口1输入，由端口2、3按不等功分比输出。
把Wilkinson功分器级联，可以进一步展宽它 的带宽。
对图1.3所示2级联功分器，在倍频程带宽内， 在端口1，VSWR≤1.1，在端口2、3， VSWR≤1.01，端口2、3之间的最小隔离度为 27.3dB。
图 1.4
多段功分器级联后，输入/输出端口的 最大VSWR的频率特性如图1.4所示。
T型功分器由于结构简单，既可以用同 轴线，也可以用微带线实现，因而在基 站天线阵中，大量用它作为馈电网络。T 型功分器的缺点是输出端口彼此不隔离， 因此也把T型功分器叫无隔离功分器。
功分器、定向耦合器及应用简介
编写:俱新德
西安海天天线技术支持部天线部 2005年12月
第一部分 功分器
1、T型功分器
图1.1所示为T型功分器，端口1为输入 端，端口2、3为输出端。如果输入、输 出端口的负载阻抗均为Z0，为了使输入、 输出端口均匹配，如图1.1（b）所示，必 须加一段特性阻抗Z01=Z0/ ，长度2 为λ/4 的阻抗变换段。
③端口1无反射。
第二部分 定向耦合器
2.1 分类
定向耦合器的对称性是定向耦合器的 重要特性，在分析和计算中经常利用对 称性。按对称性把定向耦合器分成三类， 如图2.1所示。
1类：沿X、Y轴均对称——完全对称 2类：沿X轴对称——部分对称 3类：沿Y轴对称——部分对称
按输出端口的相位差也分成三类：
图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。
6、不等功分比功分器
在工程中，有时还需要使用一些不等功分比 二功分器。如在赋形基站天线阵中，需要用不 同功率给各辐射单元馈电，对不等功分比功分 器，按照端口之间的功分比与端口之间馈线特 性阻抗成反比的原则来设计相应的不等阻抗匹 配网络，来满足所需要的不等功分比。图1.14 为三端口微带不等功分器的结构示意图，信号 由端口1输入，由端口2、3按不等功分比输出。
把Wilkinson功分器级联，可以进一步展宽它 的带宽。
对图1.3所示2级联功分器，在倍频程带宽内， 在端口1，VSWR≤1.1，在端口2、3， VSWR≤1.01，端口2、3之间的最小隔离度为 27.3dB。
图 1.4
多段功分器级联后，输入/输出端口的 最大VSWR的频率特性如图1.4所示。
T型功分器由于结构简单，既可以用同 轴线，也可以用微带线实现，因而在基 站天线阵中，大量用它作为馈电网络。T 型功分器的缺点是输出端口彼此不隔离， 因此也把T型功分器叫无隔离功分器。
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T型功分器的设计与仿真
1.改进型威尔金森功分器的工作原理
功率分配器属于无源微波器件，它的作用是将一个输入信号分成两个(或多个)较小功率的信号，工程上常用的功分器有T型结和威尔金森功分器。
威尔金森功分器是最常用的一种功率分配器。
图1所示的为标准的二路威尔
金森等功率分配器。
从合路端口输入的射频信号被分成幅度和相位都相等的两路信号，分别经过传输线Bl和BZ，到达隔离电阻两端，然后从两个分路端口输出，离电阻R两端的信号幅度和相位都相等，R上不存在差模信号，所以它不会消耗功率，如果我们不考虑传输线的损耗，则每路分路端口将输出二分之一功率的信号。
图1威尔金森功分器
但是这种经典威尔金森等功率分配器有几个缺点:
1、大功率应用的时候，要求隔离电阻的耗散功率大因此电阻的体积也会比较大
2、如果功分器应用于较高的频段，波长就会与大功率电阻的尺寸相比拟，这样就需要考虑电阻的分布参数。
3、为了提高功分器性能，就要尽量减小Bl和BZ这两段传输线之间的藕合，因此在实际设计时，要求四分之一波长传输线Bl、BZ之间的距离较大，在低频应用时，由于四分之一波长较长，占用面积还是太大了，此外，四分之一波长传输线Bl、BZ的阻抗较高，因此线宽较细，制板的相对误差更大[24]。
为克服这些缺点，本文采用了一种改进型的威尔金森等功率分配器，如图2所示
图2 改进型威尔金森功分器
可以看到，它仅由四段传输线组成，没有隔离电阻。
传输线A 、Cl 、CZ 的特 征阻抗均为Z0。
传输线B 位于A 和Cl 、CZ 之间，它的电长度为四分之一波长， 特征阻抗为Z0/2。
从合路端输入的信号，通过传输线B ，被分成幅度和相位相等的的两路信号，分别经过传输线Cl 和C2到达分路端口一和二，在整个结构中，传输线B 起到了阻抗变换的作用。
从传输线A 、B 相接处向左看，输入阻抗为Z0。
从传输线B 与C1、C2相接处向右看，输入阻抗为Z0/2。
利用四分之一阻抗变换器的原理我们知道，传输线的特征阻抗为2/00Z Z •，即Z0/2。
因此，整个电路处于功率分配与合成时，在中心频点处，三个端口都能匹配良好，没有反射。
这种改进型的结构克服了标准威尔金森功分器的一系列缺点，同时由于省略了隔离电阻，所以成本降低，也不存在电阻分布参数的问题，与传统威尔金森功分器相比，减少了一段四分之一波长传输线，另外，构成变换器的四分之一波长传输线B 的特征阻抗较低，线宽较宽，能有效降低制板误差。
2功分器的设计与仿真
通过前面的分析，我们知道改进型威尔金森功分器四段传输线特征阻抗之间 的比例关系。
由此可得，传输线A 、C1和C2的特征阻抗均为50Ω，而传输线B 的特征阻抗为352/0=Z Ω
为了实现右旋圆极化，经过C2输出的信号要比经过Cl 的相位超前︒90，即Cl 要比C2长λ4/1g (λg 为中心频率所对应的介质波长)。
设计的功率分配器
如图3所示，传输线段B 的长度约为λ4/1g ，起阻抗变换的作用。
传输线段
Cl、C2的3、4分段长度相等，而C1的1、2分段长度之和为λ4/1g，这样就使得Cl比C2长λ4/1g，同时，传输线弯角处采用︒45形式，以减小拐角处不连续所引起的反射和幅射。
图3威尔金森功分器设计图
采用介电常数为4.4，厚度为lrn们n的FR4板材来制作功分器。
我们利用TXLine软件来计算各段传输线线的宽度。
TXLine是一款专门用于计算传输线参数的软件，简单实用。
运行界面如图4所示，选择微带线模式(MicrostriP)，中心频率为1.593GHz、介电常数4.4、介质基片厚度1mm、阻抗值先后输入50和35、铜箔厚度0.017mm等参数，就可以计算出微带线的初始宽度。
经过计算，特性阻抗为35Ω和50Ω微带线的初始宽度分别为:3.3mm和1.9rnrn。
计算出传输线的宽度后，我们对馈电功分网络进行布局，根据需要对局部传输线的长度进行小范围调整。
图4TXLine计算微带线宽度
下面我们使用ADs电磁仿真软件对馈电网络功分器进行仿真优化。
利用上节设计所得到的初始尺寸，建立如图4所示的功分器原理图，利用ADS中OPTIM 控件的优化功能，经过数次优化，最终得到的仿真结果如图5所示:
图4 功分器ADS原理图
图5功分器ADS原理图仿真结果
从图5(a)中可以看出，dB(s(3，l))和dB(s(2，l))在通带范围内基本都保持在-3dB，即两个输出端口的信号功率都近似为输入信号的一半，dB(s(1，1)在通带范围内均在-30dB以下，输入端匹配良好;图5(b)为两输出端的相位差，从中可以看出，在通带范围内相位差基本保持在
90左右，满足设计要求。
版图的仿真是采用矩
量法直接对电磁场进行计算，它的仿真结果要比原理图更加精确一些，由原理图生成的版图如图6所示:
图6功分器ADS版图
图7功分器ADS版图仿真结果
从图7中可以看出版图的仿真结果与原理图的相差不大，图7(b)所显示
的两输出端口相位差与原理图相比稍微变差，为 6.
87，可以接受。
综上，版图的仿真结果基本满足了指标要求，如果结果不理想的话，我们可以重新回到原理图中进行再次优化调整，直到满足要求为止。