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功分器的设计制作与调试一、设计制作功分器的原理功分器，也称为功率分配器，是一种用来分配输入功率到多个输出端口的无源器件。
在无源器件中，当我们需要将输入功率按照一定比例分配到多个输出端口时，功分器就可以起到很好的作用。
标准的功分器是一个三端口元件，包括一个输入端口和两个输出端口。
功分器的输入功率将被均匀地分配到两个输出端口上，且输出端口之间相互隔离，不会有能量交流。
设计制作功分器的步骤如下：1.确定功分器的工作频率范围：功分器的设计需要根据具体的应用需求来确定工作频率范围。
功分器的频率范围可以从几百兆赫兹到几十吉赫兹不等。
2.选择功分器的阻抗：功分器的阻抗需要与输入输出系统的阻抗相匹配，通常选用50欧姆。
3.设计功分器的结构：功分器的结构大致可以分为两种，一是二分支结构，二是平衡树状结构。
a.二分支结构是指将输入驻波器通过阻抗转换，分为两个并行的输出通路，使得输入功率均匀地分配到两个输出端口。
b.平衡树状结构则是通过铁氧体等元件来实现功分，具有更高的功分精度和更宽的工作频率范围。
4.确定工艺流程：根据功分器的结构和应用需求，确定制作工艺，如集成电路制作技术或者微带线技术等。
5.制作功分器：根据确定的工艺流程，进行制作。
制作功分器的材料通常采用高频电路工艺中的常见材料，如铝、金、铜等。
6.调试功分器：将制作好的功分器与测试仪器连接，通过测试仪器测量功分器的性能指标，如功分精度、输入输出阻抗等。
调试功分器的步骤如下：1.通过测试仪器测量功分器的插入损耗：将功分器的输入和输出端口连接到测试仪器上，通过测试仪器测量功分器的插入损耗，即输入功率与输出功率之间的损耗。
2.测量功分器的测量精度：通过测试仪器测量功分器的功分精度，即两个输出端口之间的功分误差。
3.测量功分器的输入输出阻抗：通过测试仪器测量功分器的输入输出阻抗，保证功分器的阻抗与输入输出系统的阻抗相匹配。
4.优化功分器的性能：根据测试结果，对功分器的结构和参数进行优化，以提高功分器的性能指标。
论述功率合成器的研制1 前言功率合成器是将两路或多路功率合成一个功率，在微波功率放大器、测试电路、带电粒子加速器等领域应用。
为了将矩形波导的输入功率分为多路，Charles P. Moeller 等人在波导中加入轴向分割带，设计了多口功率合成器，其输入功率比例是固定的。
Ronald J. Hash 等人通过调节谐振电路电容，以控制谐振电路状态的方法，设计出固态二路可变高频功率合成器，使其输入功率可调，但由于电路限制，不适合于大功率条件下工作，而且电路较为复杂。
本文提出的输入比例连续可调的功率合成器利用矩形波导实现两个功率非相干合成，具有体积小、结构简单、功率容量高等优点，还可实现远程自动控制，具有良好的应用前景。
2 工作原理介绍及设计以下分别介绍输入比例连续可调的功率合成器的工作原理及设计。
2.1 工作原理功率合成器原理图如图1所示，楔形板的位置与移动方向z，上端厚度c。
矩形波导不能传播TEM波，只能传播TE波或TM波。
大部分矩形波导的工作主模是模。
其工作波长由矩形波导的宽边a决定，功率容量由矩形波导的窄边b决定。
在T形位置、垂直于矩形波导宽边加入楔形功分板，置于矩形波导的底板上，就不会改变宽边的长度，即不改变波导的工作频率。
通过驱动装置带动楔形板在功率输入波导内移动，改变窄边的长度，从而达到调节两个输入端口功率通过量的目的。
2.2 机械设计功率合成器的机械设计如图2所示。
大功率高频传输多采用矩形波导或同轴波导。
由于矩形波导结构简单，造价低，一般采用矩形波导传输高频功率。
矩形波导的型号已经标准化，因此波导的截面尺寸a和b根据功率合成器的运行频率和功率选择。
为了减小反射功率，在楔形板和波导宽边垂直处倒角，倒角距离为b；在T 形波导的连接处倒角，其距离为b/2；在T形波导的肩处，设计一台阶，其宽度等于楔形板的上端厚度c。
在T形波导底部宽边开槽，在下面布置机械传动系统，使楔形板可以沿着z 轴匀速移动。
一种改进型Gysel功率分配／合成器的设计时间：2010-05-08 11:50:12 作者：张兆华郑新0 引言在微波电路中，功率分配／合成器是非常重要的器件，它广泛应用于馈线系统、混频及功率放大器中。
Gysel功率分配／合成器由Ulrich H．Gysel于1975年提出，其拓扑结构介于分支线耦合器结构和威尔金森结构之间，与分支线耦合器一样，其终端负载可以通过一段任意长度，且特性阻抗与负载阻抗相同的传输线引到电路上的任意位置，因而负载可以根据需要外接在电路上，便于大功率负载的使用；同时具有和威尔金森功率分配／合成器一样的相对带宽。
此外，Gysel 功率分配／合成器可以采用同轴线、带状线、空气板线及微带线等多种形式实现。
但是，Gysel功率分配／合成器也存在一些缺点：首先，Gysel形式在20％相对带宽情况下，其插入损耗、驻波等指标比威尔金森形式要好，显示出较好的宽带特性。
但窄带情况下，当传输线损耗相同时，Gysel形式的损耗值约为0.12 dB，威尔金森则为0.1 dB，驻波也稍大一些。
其次，在输入输出端口回波损耗小于-20 dB的原则下，Gysel功率分配／合成器的相对带宽为20％左右，在一些宽频带应用的场合，Gysel功率分配／合成器的带宽仍需要提高。
另外，在设计Gysel 功率分配／合成器时，各个微带支节的阻抗值不是完全确定的，其中两个隔离电阻间的λ0／2微带线的阻值随带宽、隔离度等指标的要求变化，不利于设计和应用。
本文对Gysel功率分配／合成器进行了改进，目的是提高其隔离度、回波损耗等指标的宽带特性。
通过对整个拓扑的改进，新功率分配／合成器的插入损耗、回波损耗、隔离度等指标明显优于Gysel功分器，而且各个微带支节的阻抗值是确定的，非常便于设计。
1 结构及原理分析传统微带型Gysel功分器的结构如图1所示，由4个λ0／4微带线及1个λ0／2微带支节构成。
对于Gysel功分器典型的分析方法是奇偶模分析法及单位元素(Unit Elements)分析方法。
功率分配器设计范文第一章引言1.1课题背景随着电子设备的普及和功能的增强，对于电力供应的要求也越来越高。
在很多场合下，需要将一路电源供应分配到多个负载上，以满足不同设备的电力需求。
功率分配器正是为了满足这一需求而设计的一种电路。
它将输入的电源信号分为多个输出信号，并分配到各个负载上，实现了电源的有效分配和管理。
1.2设计目标本文的设计目标是设计一种高效可靠的功率分配器，其具体要求如下：1)输入电压范围广，能适应不同场合下的电源供应要求。
2)输出电流稳定，在负载不同的情况下，能保持稳定的输出电流。
3)具有过载和短路保护功能，能有效防止因负载变化或短路等原因导致的损坏。
4)整体电路简单、成本低，易于生产和维护。
第二章功率分配器设计原理2.1功率分配器工作原理2.2设计方案根据设计目标和功率分配器的工作原理，本文采用以下设计方案：1)输入端：选择适合电源工作电压范围的整流电路，将输入电压转化为稳定的直流电压。
2)输出端：采用多路输出的设计，通过控制开关管的开关状态，控制输出端口的高低电平，实现电源的多路输出。
3)控制电路：设计过载和短路保护电路，当负载过载或发生短路时，自动切断输出电路，以保护功率分配器和负载。
4)整体电路：整个功率分配器电路布局紧凑，采用常用元器件，生产和维护成本低。
第三章功率分配器的具体设计3.1输入端设计输入端的设计主要包括整流电路和稳压电路。
整流电路采用桥式整流电路，能够将交流电源转为直流电压。
稳压电路采用稳压二极管，使得输出电压可以在一定范围内保持稳定。
3.2输出端设计输出端的设计主要包括开关管的选型和控制逻辑电路的设计。
开关管选型时需要考虑负载的电流需求和耗能情况，以保证输出的稳定性和功耗的控制。
控制逻辑电路的设计需要根据需要配置多个开关管，以实现多路输出和控制。
3.3控制电路设计控制电路设计主要包括过载和短路保护电路。
过载保护电路通过感应输出端的电流大小，当输出电流超过设定值时，切断输出电路以保护负载和功率分配器。
平面功率分配/合成器的设计Design of Planar Power Divider/Combiner华中科技大学电信系(武汉430074) 陈柯张祖荫【摘要】讨论一种用于雷达功率源的多路平面功率分配/合成器的设计及其参数仿真问题。
这种功率分配器和合成器结构简单，合成效率较高，是固态功率合成的理想途径。
关键词：功率分配器，功率合成器，微波仿真【Abstract】The design and emulation of multiway planar power divider/combiner are discussed。
This kind of power divider/combiner will provide enough combining efficiency。
Keyterms: Power divider，Power combiner, Microwave emulation1引言雷达功率源是现代固态雷达发射机中的重要组成部分。
雷达功率源是用来产生微波频率和大功率信号的一种装置，一般由调制器、振荡源和功率放大单元组成。
由于现代雷达系统对雷达功率源的输出功率要求很高，脉冲功率可以高达数千瓦到数十千瓦，在微波频段，靠单个功率源和单路功率放大是很难获得如此高的功率的，这就需要要采用微波功率合成技术。
功率合成技术就是一种由较小功率组合成更大输出功率的方法。
采用功率合成技术的雷达功率源结构图如下所示。
号在理想情况下，总输出功率等于各末级放大器输出功率之和。
但实际上，由于功率合成器存在损耗，各路的幅度和相位不可能完全一致，输出总功率比理想情况要小。
为了获得较高的合成效率，功率分配器和合成器的各路幅度和相位一致性必须很好，且要求损耗小，及各端口应当具有足够的隔离作用，使得各路放大器互不影响。
2.电路设计多路功率分配器和合成器的设计原理相同。
要设计的是16路平面功率分配/合成器，所以没有采用一路到多路的直接变换，尽管那样损耗小，可是无法实现平面结构。
为了实现平面结构的多路功率分配器和合成器，一般采用的是多级分支结构，如图2所示。
分配/合成单元采用的是Wilkinson两路分配/合成器。
因此，分配器电路结构为四级分配结构，而为了减少损耗，合成器采用三级合成结构，其合成末级采用了四路合成的合成方式，而非两路合成。
2N2N-12N-2器件合成器合成器2合成器1合成器对于以上功率分配/合成阵中的分配/合成单元，要求具有以下两个基本特性：1）可以实现输入端口到输出端口的匹配；2）支路端口之间互相隔离。
我们使用的Wilkinson 两路功率分配/合成单元其结构如图3所示，其工作原理，文献【1】已经做了详细分析，下面以两路路功率分配器为例简要说明。
在以上电路中，由于对称性，可见输入功率将平均分配于两个个输出端，得到同相同模的输出。
反过来，同相同模的两路路输入亦可被合并成两倍的功率输出。
当功率从合成端输入时隔离电阻上无功率损耗，因为两个传输支路是同电位的，故无电流通过隔离电阻。
但当某一输出端失配，致使有反射波折回，则此反射功率将分拆开：一部分经过隔离电阻到达另一输出端；另一部分沿分支传输线走到输入端，然后又反射回来，沿另一分支传输线到达另一输出端。
如果隔离电阻尺寸很小而可视为集总元件时，则它的电长度可近似地认为是零。
由于各锯齿的长度为λ/4，电长度在中心频率时为π/2，因而往返二次地电长度是π。
因此到达另一输出端的两部分信号是反相的。
可以证明，只要适当选择隔离电阻和支线的特征阻抗值，就可以使这两部分信号幅度相等，因而彼此相消。
这就是利用隔离电阻R 达到各分支端口之间的隔离的原理。
如果隔离电阻R 的值选择合适，则这两部分信号可以完全隔离的作用。
通过计算，可以得到输入端的匹配条件与输出端的匹配及完全隔离的条件同时成立，此时输入与输出负载相等，都等于传输线特性阻抗Z 0，而隔离电阻和支线的特征阻抗值为0012Z Z =02Z R =因为对合成器而言，承受的功率比分配器要高的多，特别是我们设计的大功率雷达信号源，其合成器输入端的脉冲功率就为720W ，则在输出端就高达上十kW ，因此降低损耗的要求就比分配器更为迫切。
因此，我们通过在末级采用四合一的分叉合成单元，使合成级数降为三级，以减少损耗。
对于分叉合成器的设计原理，文献【2】作了详细分析，当其输入输出负载均为Z 0时，其支线阻抗Z 01为()02/1000124Z Z Z Z ==由于在这种平面四路分叉合成单元之间加隔离电阻有一定难度，而我们设计的大功率合成器是非隔离型的，对隔离要求远远小于对损耗的要求，所以在合成器末级的四路分叉合成单元是不加隔离电阻的。
由于各级的输入输出阻抗都等于传输线的特性阻抗，所以在将各级连接起来的时候，无需阻抗变换，只需通过传输线直接连接起来就可以。
由于功率分配器承受的功率低，传输媒质可采用微带线形式实现，合成器承受的功率高，可采用带状线形式实现。
而它们一般传输线的特性阻抗Z 0都是50Ω。
将传输线的特性阻抗代入上面的设计公式中可得，Wilkinson 两路分配/合成单元的支线阻抗Z 01和隔离电阻R 分别为Z 01＝70.7Ω ,R=100Ω，而四路分叉合成单元的支线阻抗Z 01为Z 01＝100Ω。
决定了各电路的电参数和传输线之后，就选择合适的介质通过传输线的计算公式来求出电路的具体尺寸。
微带线的基片介质选用的是聚四氟乙烯，介电常数2.55，基片厚度0.8mm ，导带厚度0.035mm ，而带状线采用空气作为介质，前两级导带厚度为2mm ，空气介质厚度20mm ，末级导带厚度4mm ，空气介质厚度40mm 。
已知阻抗和介质求尺寸的传输线的计算公式在文献【5】中有详细的介绍，不过一般公式都比较复杂，因此我们使用的是一些商用软件来计算的。
有HP 的Appcad 和AWR 公司的TXLine 。
只要将我们已知的条件输入到软件中，就可以得出要求的参数。
这里我们要求的是导带的宽度。
对于分配器的微带线求出的结果为50Ω阻抗线线宽为2.2mm，70.7Ω阻抗线线宽为1.22mm；对于合成器前两级50Ω阻抗线线宽为26mm，70.7Ω阻抗线线宽为15.2mm；合成器末级50Ω阻抗线线宽为52mm，100Ω阻抗线线宽为15mm。
另外，整个雷达功率源的工作频带为860～1000MHz，因此中心频率为930MHz，通过传输线的计算公式，可以此时微带线分配器中的λ/4长度为55.4mm，而带状线合成器中的λ/4长度为80.6mm。
求出电路的具体尺寸之后，就可以绘制工艺图了。
因为分配器采用微带线形式，所以可以直接用PROTEL绘制印刷电路板。
而合成器是带状线形式的，实际上是机械结构，我们采用的是一个金属盒结构，导带固定在盒中，上下盖板作为带状线结构的上下接地板，盖板之间的距离即为介质的厚度，另外，由于前两级和末级的介质厚度不一样，实现的办法是改变对应处上下盖板的厚度，介质厚处盖板薄，介质薄处盖板厚，其中盒子的材料为铝，导带的材料为铜。
因此我们要先画好工程机械图，再送去机械加工。
下面是分配器和合成器的平面结构图。
在绘制实际工程图时，要考虑到以下几点：一. 为了保证分配器和合成器的各路幅度和相位一致性，则必须使输入端口到输出端口的路径长度保持相同；二. 各传输线之间保持一定间距，避免耦合，该距离一般大于介质基片厚度的3倍，就可认为耦合已经相当功率分配器的平面结构弱了；三.由于合成器采用的是空气介质，烟此要把导带固定在盒子中部，我们采用四氟乙烯为材料的支撑块把导带支撑起来，功率合成器的平面结构然在支撑处相当于介质材料改变了，导带的宽度也要相应的改变。
3.电路性能仿真以上的工艺图虽然都是从经典的电路，严谨的公式中推导求出的，有完备的理论支持，但是对于微波电路来说，理论和实践往往有一定差距的。
因此初始设计出来的电路，一般都需要调整，如果一开始就把整个电路全部做好，再去做实验，肯定比较麻烦。
我们可以采取下面两个方法同时进行：一. 先对整个电路用软件仿真，观察仿真得到的性能参数，利用软件的参数扫描和优化功能，优化电路参数；二. 即使采用了软件仿真，可以使设计结果最大程度上的逼近实际结果，但也不是完全可靠的，由于分配器和合成器都是采用的主要由三端口分配/合成单元构成的分配/合成阵列，该单元的性能将决定整个阵列的性能。
因此我们可以先只做出分配器和合成器的一部分，即只做出一个单元来进行调试。
这样显然更加简单保险一些。
我们采用的仿真软件是Applied Wave Research公司的Microwave Office。
Microwave office 是一个运行在Windows环境下的集设计、仿真、优化于一体的可视化微波电路设计和仿真软件。
在进行仿真前首先要将我们先前确定的电路输入到该软件中，Microwave office 提供了一种图形化的输入方法，方便直观，然后设定需要仿真的性能参数，就可以用该软件进行仿真。
软件很快可以给出电路的性能参数，对于不满意的地方，可以设定优化值及相应可调整的电路参数值，利用软件的参数扫描和优化功能，改善性能，以得到满足设计指标要求的电路参数。
下面就是仿真及优化之后，Microwave office 给出的分配器和合成器的典型性能曲线如下。
各路幅度隔离度输入反射系数输出反射系数分配器输入输出反射系数、隔离度及各路输出幅度典型曲线各路幅度隔离度输出反射系数输入反射系数合成器输入输出反射系数、隔离度及各路输出幅度典型曲线4. 结束语本文描述的功率分配器和合成器在固态发射机上使用后证明，它的合成效率比较高，可以满足要求，可靠性好，结构简单，方便于发射机的维修，可以在不停机的状态下对发射机中有故障的放大器进行维修。
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