Wilkinson功分器分析 matlab

Wilkinson（威尔金森））功分器和T型功分器都是常用的功率分配器件，它们的设计目的都是将输入信号等分到两个输出端口，但是它们的结构和工作原理有所不同。

Wilkinson功分器是一种基于差分放大器的功率分配器件，它的输出端口之间有一定的隔离度，并且可以实现任意功率分配。

Wilkinson功分器由一个差分放大器和一个隔离电阻组成，其中隔离电阻用于将差分放大器的两个端口隔离开来，从而避免了信号的相互干扰。

Wilkinson功分器的设计要求差分放大器的带宽足够宽，以保证输出信号的频率响应良好。

T型功分器是一种简单的功率分配器件，它由三个电阻组成，其中两个电阻连接在一起作为输入端口，另一个电阻连接到输出端口。

T型功分器的输出端口之间没有隔离度，因此需要通过其他方式来实现隔离。

T型功分器的设计相对简单，但其带宽较窄，因此适用于低频信号的分配。

总的来说，Wilkinson功分器和T型功分器都有其适用的场景和优缺点。

在选择功率分配器件时，需要根据具体的应用场景和需求来选择最合适的器件。

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。

1-3ghz超宽带一分四威尔金森功分器设计的英文版Design of a 1-3 GHz Ultra-Wideband 1-to-4 Wilkinson Power DividerIn the realm of microwave and millimeter-wave systems, the Wilkinson power divider is a crucial component that enables the efficient distribution of power among multiple ports. This article presents the design of a 1-to-4 Wilkinson power divider operating within the ultra-wideband frequency range of 1-3 GHz.Design Considerations:Bandwidth: The design must exhibit a wideband performance, covering frequencies from 1 GHz to 3 GHz.Isolation: High isolation between output ports is essential to minimize cross-talk and maximize power transfer efficiency.Insertion Loss: Minimizing insertion loss is crucial to maintain high power handling capability.Matching: Good impedance matching is necessary to avoid reflections and maximize power transfer.Design Approach:The Wilkinson power divider is based on the concept of quarter-wavelength transformers, which are used to match impedances and provide isolation between ports. The design involves careful consideration of the transformer's impedance, physical dimensions, and material selection.The transformer's impedance is chosen to match the characteristic impedance of the transmission line, ensuring maximum power transfer. The physical dimensions of the transformer are optimized for the desired frequency range, ensuring broadband performance. The selection of high-quality microwave materials, such as low-loss dielectrics and conductors, is essential to minimize insertion loss and maximize power handling.Results:The designed 1-to-4 Wilkinson power divider exhibits excellent performance within the 1-3 GHz frequency range. It demonstrates high isolation between output ports, low insertion loss, and good impedance matching. This design is suitable for use in microwave and millimeter-wave systems requiring efficient power distribution over a wideband frequency range.中文版1-3 GHz超宽带一分四威尔金森功分器设计在微波和毫米波系统中，威尔金森功分器是一个关键组件，它能够将功率有效地分配给多个端口。

电子技术• Electronic Technology一种S 波段微带型Wilkinson 功分器的设计文/艾伟利摘要本文设计了一种工作于2.7 GHz ~ 2. 9GHz 的 Wilkison 功 分 器，使用仿真软件ADS 和HFSS 进 行了仿真验证和参数调整。

针对 Wilkison 功分器输入端连接点不 连续性造成的阻抗不匹配问题， 设计了在连接点处增加矩形导带 的优化方法，输入端的回波损耗 降低了 3dB 以上。

仿真结果表明， 设计的功分器达到了设计要求。

表1：功分器仿真得到的数据参数名称主传输线宽度W1V4支臂宽度W2X/4支臂长度1数值2.30mm1.435mm 20.27mm图1： Wilkinson 功分器结构示意图、端口2.图2： Wilkinson 功分器原理图【关键词［Wilkinson 功分器S 波段回波损 耗隔离度1引言目前工作频率在4GHz 以下的全固态雷达发射机如雨后春笋般地涌现出来，大量地替换原有电子管雷达发射机。

与大型真空电子管相 比，固态放大管具有尺寸小、可靠性高、寿命长、工作电压低等许多优点，但受到固态器件 增益较低的制约，固态放大管的峰值功率大约 从几十瓦至一千瓦。

在固态雷达发射机中，需要几十个至几百个固态放大管并联工作，然后进行功率合成以提高输出功率。

因此，设计合 理的功率合成器和功率分配器（简称功分器）成为固态雷达发射机的必然要求。

本文设计了一种应用于S 波段固态雷达 发射模块中的微带型Wilkinson 功分器，频率 为2.7GHz 〜2.9GHzo 传统的Wilkinson 功分器，在其输入端和两24并联支臂的连接处，由于 连接点的不连续性，其阻抗并不能达到理想的 完全匹配。

为了减小不匹配带来的指标恶化，本文提出了一种在Wilkinson 功分器输入端和两A/4并联支臂的连接处加上一块矩形导带的 方法。

与未经优化的Wilkinson 功分器相比，从HFSS 软件版图仿真结果看，输入端口回波损耗S （l,l ）提高了 3dB 以上，输出端口的隔 离度也有提高。

Wilkinson功率分配器的设计、仿真、加工、和测试一.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,提高动手能力力二.实验内容:1设计一中心频率为1Ghz,工作频带0.9Ghz--1.1GHZ的3dB单节Wilkinson 功分器;2 指标要求:带内匹配S11≤-15dB, 功分-3.5dB≤S21≤-2.5Db, 隔离S23≤-15dB;3 微带线基板的相对节点常数ε=2.65,微带线基板的厚度h=3mm,损耗角正切0.003三.实验仪器微波无源试验箱一台,矢量网络分析仪一台,TXLine2001,ADS软件;四.实验过程Ⅰ.原理图设计a、根据实验的指标要求计算微带的尺寸,计算得50Ω的微带线宽度为8.195mm,四分之一波长为50.748mm。

b、打开ADS软件,创建项目,在元件库选择元器件MSUB、V AR、MLIN、MTEE、MSOBND和电阻R=100Ω。

搭建如下图所示的原理图并输入参数:Ⅱ.功分器仿真:a、选择S参数仿真元件面板,设置参数,起始频率0.6GHZ,频率扫描终止值1.4GHZ,步长为0.005GHZ。

b、插入优化控件Optim和4个目标控件Goal,修改其参数如图1;c、进行仿真,单击Simulate图标,进行仿真,在数据显示窗用矩形表示S 参数曲线图表示,如下图d、生成版图,先将原理图中的TERM、电阻和接地以及优化控件去掉,生成版图后按其实际的大小打印,如下图:Ⅳ.实物制作将打印的功分器版图贴在铜箔上,用刀切割铜箔,切割完成后,将铜箔粘到实验板上,如下图1.粘贴铜箔时要整齐,可先用粘性不太大的胶带粘在刚切好的铜箔上,让后再贴在实验板上;2.粘贴铜箔时要平整,在用万用表的欧姆档进行验证。

有响声表示短路则说明连接好了;Ⅴ. 实物测试及结果。

威尔金森功分器设计与仿真威尔金森功分器（Wilkinson Power Divider）是一种常用的微波功分器，广泛应用于无线通信和雷达系统中。

它能将输入信号均匀地分配到两个输出端口，并且具有较宽的工作频率范围和较低的插入损耗。

本文将介绍威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

1.威尔金森功分器的设计原理```┌─Z1─┐RF in ─┤ ├─ Z2 ─ RF out1├─Z0─┤└─Z3─┘RF out2```其中，RF in为输入端口，RF out1和RF out2为输出端口，Z0为特征阻抗，Z1和Z2为等效阻抗，Z3为耦合阻抗。

在设计过程中，首先需要确定特征阻抗Z0的数值，一般为50欧姆。

然后，根据所需的功分比例，计算等效阻抗Z1和Z2的数值。

最后，选择合适的耦合阻抗Z3，使得整个电路达到最佳的工作性能。

2.威尔金森功分器的仿真方法首先，打开ADS软件并创建一个新的工程。

然后，在工程中添加一个新的设计，选择“Schematic”类型。

在Schematic设计界面中，依次添加所需的元件，包括传输线、阻抗匹配器和耦合器。

其中，传输线用于连接输入端口和输出端口，阻抗匹配器用于实现输入和输出的阻抗匹配，耦合器用于实现信号的均匀分配。

接下来，设置传输线的特性阻抗和长度，以及阻抗匹配器和耦合器的阻抗数值。

通过调整这些参数，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

完成电路设计后，可以进行仿真和优化。

选择“Simulation”菜单，设置仿真参数，如频率范围和步长。

然后，运行仿真并得到结果。

根据仿真结果，可以评估电路的性能，并进行优化。

如果需要改变功分比例或工作频率范围，可以调整各个元件的数值，并重新运行仿真。

最后，完成电路设计和优化后，可以进行PCB布局和封装设计。

根据实际需求，选择合适的材料和尺寸，并进行布局和封装设计。

总结：本文介绍了威尔金森功分器的设计原理和仿真方法。

通过合理选择和调整各个元件的数值，可以实现所需的功分比例和工作频率范围。

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。

Z 03 Z 0 (1 K 2 ) K 3 ;
R
(1 K 2 ) Z0 ” K
2. 威尔金森功分器技术指标 频率范围，中心频率 f0 和带宽 BW 频带内输入端口的回波损耗，C11 频带内的插入损耗，C21，C31 两个输出端口之间的隔离度，C23 二、正文 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. ADS 仿真威尔金森功分器 1.1 技术指标如下图所示：
图2
ADS 仿真时的技术指标
1.2 仿真流程： 1.2.1 创建项目和原理图
1.2.2 原理图建模 1）将 MUSB 插入原理图画图区，在画图去双击 MUSB，弹出设置对话框，对微带线设置参数设 置如下：
2 ）在菜单中选择变量 VAR 空间，插入到原理图的画图区，双击空间 VAR ，分别设置四个变量 W50,W70，L1，L2，L3，L4，Lx，分别赋值为 8.2，4.6，11，12，4，13，5。这里取这些值的依据在于下 图所示：
3）
4）
5）画出原理图如下：
6) 原理图的仿真：通过添加 S 参数求解器 SP。对 SP 的设置如下所示：
计算结果如下图：
7) 生成版图： 注：在生成版图前需要关闭与生成版图无关的项目，否则生成会出现各种各样的 bug。 同时，生成版图可以帮助我们很快地检查出那些语法上的错误，如单位错误
这里：L = L1+L2+(W50)/2
图 1 理想 3dB 微带 Wilkinson 功分器示意图 端口 1 输入，端口 2 和 3 作为输出。中间粉色的为隔离电阻。 由于结构对称，各路信号经过的电长度相同，因此在输出端口处于相同的电位，此时隔离电阻不消耗 任何功率。假如信号由于某种原因在输出端口 2 处发生反射，则反射信号功率一部分经过隔离电阻 R 传至 输出端口 3，另一部分功率反射回输入端口，并在支线处再度分配，重新由两支路传输至两个输出端口。由 于阻抗变换线的长度为λ/4，则两路反射信号到达端口 3 时的电长度相差 180 度，所以在端口 3 处，两路信 号幅度相等、相位 相反，彼此相消，从而实现两输出端口之间的相互隔离。对于任意分配比的混合型功率 分配器，隔离电阻的作用相同。 隔离电阻的作用： “从隔离电阻那里开始走起,左右对称,每边都是 1/4 波长,信号走完这两个 1/4 波长 后到达隔离电阻的另一端,但这个时候,在隔离电阻两端信号的电压正好相反,一起走了 1/2 个波长,可以在隔 离电阻上消耗,这样到达另一个端口的信号就没什么了,起到了隔离的作用.”

...................................................1 端口的输入功率 P2 .......................................................2 端口的输出功率 P3 .......................................................3 端口的输出功率 Z 0 .......................................................输入端口特性阻抗 Z 02 ............................................... /4分支微带线的特性阻抗 Z 03 ............................................... /4分支微带线的特性阻抗 R2 .....................................................2 端口接的负载电阻 R3 .....................................................3 端口接的负载电阻 U 2 .........................................................2 端口输入电压 U 3 .........................................................3 端口输入电压 Z in 2 ........................................................2 端口输入阻抗 Z in 3 ........................................................3 端口输入阻抗 Pr ...............................................................反射功率 Pi ...............................................................入射功率 S11 ..........................................端口2 匹配时,端口1 的反射系数 S 21 ..............................端口2 匹配时,端口1 到端口2 的正向传输系数 S 31 ..............................端口3 匹配时,端口1 到端口3 的正向传输系数 C11 ...............................................................回波损耗 C 21 ...............................................................插入损耗 C31 ...............................................................插入损耗 C 23 .................................................................隔离度

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。

一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现微带一分八Wilkinson功分器是一种用于将输入功率平均分配到八个输出端口的微带功分器。

本文将介绍该功分器的设计与实现。

1.设计要求设计一个工作频率为f的微带一分八Wilkinson功分器，其特点如下：-输入端口和输出端口的阻抗为Z0(通常为50Ω)。

-输入功率分配到八个输出端口时的功率分配误差不超过±0.5dB。

-高频信号的传输损耗尽量小，以确保功分器的高频性能。

2.设计步骤2.1确定微带线宽度和阻抗首先，根据设计频率f和介质常数，可以计算出微带线的宽度W和介质常数εr。

使用商用PCB设计软件，比如EAGLE或Altium Designer，可以根据W和εr计算出微带线的阻抗Z0。

2.2确定功分器的尺寸接下来，根据所选的微带线宽度W和长度L，可以计算出微带线的特性阻抗Z0。

根据Wilkinson功分器的设计原理，输入端口和输出端口的微带线长度应为L/4，耦合器的长度应为L/2、通过调整L的值，可以得到所需的阻抗Z0。

2.3设计耦合器根据Wilkinson功分器的原理，耦合器的长度应为L/2、通过调整耦合器的宽度，可以控制功分器的功分比。

通常，通过微带线的宽度Wc和长度Lc来控制耦合器的宽度。

通过调整Wc和Lc的值，可以得到所需的功分比。

2.4设计阻抗变换器为了将输入阻抗Z0变换到耦合器的阻抗Zc，需要在输入端口和耦合器之间添加一个阻抗变换器。

阻抗变换器可以由微带线和补偿电容或电感组成。

通过调整阻抗变换器的参数，可以使输入阻抗匹配到耦合器的阻抗。

2.5仿真和调整完成设计后，使用商用EM仿真软件，如Ansoft HFSS或CST Microwave Studio，对功分器进行全波仿真。

通过仿真结果，可以评估功分器的性能，并进行必要的调整，以满足设计要求。

3.实现完成设计和仿真后，可以将功分器制作成实际的PCB。

根据设计要求，选择合适的材料和加工工艺，并使用PCB加工设备制作PCB板。

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。

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。

图9：用于S参数仿真的电路图
完成所有的连接和仿真参数设置后,就可以对电路进行S 参数进行 仿真。分别将S（11）、S(21)、S(31)、S(23)、S（32）添加到数 据显示窗口，最终的S参数如图10所示。
图10：参数仿真结果图
• 采取理论计算的结果作为功分器的参数时，各个指标可能不是最理 想的，所以还需要对其进行优化。
课题研究难点、重点及其关键是什么？
功分器设计的难点功分器微带电路的设计以及 隔离电阻的选择。 功分器设计的重点功分器原理图的仿真及优化 功分器设计的关键是电路参数的优化，以及版 图的仿真。
目录：
选题背景 功分器的工作原理和技术指标 功分器原理图的设计与优化 功分器的版图生成与仿真
图11:加入优化元件后的功分器原理图
优化完成后，下面观察优化后的仿真曲线。必须关掉优化控件，才 能观察仿真的曲线。最终仿真结果同样如图12所示
图11：优化后的S 参数仿真结果图
四 功分器的版图生成与仿真
1. 功分器版图的生成
关掉优化控件“Optim”和4 个“Goal”元件。在进行版图生 成时，他们就不会出现在所生成的版图中。然后进行版图生成， 生成的版图如图12所示
课题任务和技术指标
课题任务：
通过对功分器的学习，利用ADS仿真软件，设计一 个威尔金森功分器，并仿真得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标：
• • • • 工作频率：2.5GHz 频带内输入端口的回波损耗：C11>20dB 频带内的插入损耗：C21<3.1dB,C31<3.1dB 两个输出端口间的隔离度：C23>25dB
P C21 10Log 2 20Log S 21 Pi

威尔金森功分器阻抗计算
威尔金森功分器（WilkinsonPowerDivider）是一种常用的无源微波功分器，常用于将输入信号均匀分配到多个输出端口上，并使每个输出端口之间具有相等的功率。

这种功分器通常由电阻和电容组成，其电路结构简单且易于实现。

威尔金森功分器的阻抗计算可以按照以下步骤进行：
1.首先确定功分器的端口个数，假设为n个。

2.对于每个输出端口，假设其电阻为Zout，输入端口电阻为Zin。

3.根据电路的工作原理，威尔金森功分器的输入电阻应等于输出电阻的平方和加上输入电阻的平方，即：
Zin=(Zout^2+Zout^2+...+Zout^2)+Zin^2
即
Zin=n*Zout^2+Zin^2
将Zin和n代入上式中，即可得到Zout的计算公式。

4.求解Zout，可以使用以下计算公式：
Zout=sqrt(Zin/n)
这里的sqrt表示开方运算，Zout表示每个输出端口的电阻值。

需要注意的是，威尔金森功分器的阻抗计算结果是理论值，
在实际应用中可能会受到一些实际因素的影响，如器件的制造
精度、特性参数的漂移等。

因此，在实际设计中，需要对计算
结果进行合理的修正和调整，以确保性能的实际表现符合要求。

15. 7 5 G H z 〜 16. 2 5 G H z 频率范围内端口驻波比小于 1. 4 , 在 16. 2 5 G H z 〜 16. 7 5 G H z 频 率 范 围 内 端 口 驻 波 比 小 于 1. 4 ,端口
隔 离 度 大 于 2 1 d B ，插 损 小 于 0. 7 d B 。
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y m 2 ^ w
16.2 16.6 17.0 17.4 17.8 freq,GHz
图 5 回波损耗仿真结果
分别利用ADS和 HFSS软件对功分器回波损 耗 、隔离度、端口驻波比及幅度相位关系进行仿真分 析 ，相关的仿真结果如图5〜1 1 所 示 ，其 中 图 5〜7 为 ADS仿真结果，图 8〜1 1 为 HFSS仿真结果，从图 中 可 以看出A D S 仿 真 结 果 较 好 ，均达到了设计要 求 ，而 HFSS因建模更接近于真实情况，考虑因素更 多 ，其 仿 真 结果没有A D S 仿 真 结果好，其输入端口 驻波比<1. 32,输 出 端 口 驻 波 比 <1. 3,隔 离 度 >
则可以满足式（4)。为 了 保 证 一 号 端 口 匹 配 ，
应有:
1_
Байду номын сангаас
I ^3
1 kZ^ Zs
(6)
Z2〇2 kZls
f f 同时考虑到 =k
(7)
则有
^=
乙0
( ^ -2 +
1
)Z
^
〇
3
=
( ^ -2 +
1
)Z
^
〇
3
( 8)
因此可得到
图 1 W ilk in s o n 功分器基本结构图

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。