寬帶微帶結(jié)構(gòu)的功率分配器

寬帶微帶結(jié)構(gòu)的功率分配器

1rafige型、branchlus型、wilpun型網(wǎng)絡(luò)的特點功能分配器用于將輸入信號的功能分配給不同數(shù)量的通道功率，如圖1所示，用于功能分配或功率合成。常用的功分器主要有三種,RatRace型、Branchline型和Wilkinson型。其中由于Wilkionson型沒有專門多出的隔離端口,結(jié)構(gòu)簡單,易于微帶實現(xiàn),所以運用更為廣泛。Wilkinson功率分配器是這樣一種網(wǎng)絡(luò):當(dāng)輸出端口都匹配時,它仍具有無耗特性,它只是耗散了反射功率。微帶結(jié)構(gòu)的功率分配器可以方便的用印刷電路板實現(xiàn)。本文設(shè)計了一種寬帶(2～4GHz)微帶結(jié)構(gòu)的功率分配器,并對其用微波仿真軟件Designer進(jìn)行了仿真。2功分器輸出匹配這里我們首先考慮等分(3dB)情況。其微帶形式如圖2(a)所示;圖2(b)給出了相應(yīng)的傳輸線電路。Wilkinson功分器因為其輸出端口同時滿足隔離和匹配的要求而用途很廣。對于兩路等功分Wilkinson分配器其S參數(shù)矩陣為:[S]=?j2√???011100100???[S]=-j2S11=0說明在端口1,Zin=1,輸入端口匹配;S22=S33=0說明端口2和端口3匹配;S12=S21=Ve1+Vo1Ve2+Vo2=?j/2√S12=S21=V1e+V1oV2e+V2o=-j/2,由于互易性所以對稱;S13=S31=?j/2√S13=S31=-j/2,由于等功分所以端口2和端口3對稱;S23=S32=?j/2√S23=S32=-j/2,說明端口2與端口3是隔離的;當(dāng)功分器在端口1驅(qū)動并且輸出匹配時,沒有功率消耗在電阻上。所以,當(dāng)輸出都匹配時,功分器是無耗的;只有從端口2或端口3反射的功率消耗在電阻上。3z0b、z0b、z0、papb、z00.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.5+b0.25r0.5+b0.25rw任意功分比Wilkinson功分器的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其每部分計算公式如下:Z0A=Z0×((PAPB)?1.5+(PAPB)?0.5)0.5Z0B=z0×(1+PAPB)0.5(PAPB)0.25Z0C=Z0×(PAPB)?0.25Z0D=Z0×(PAPB)0.25RW=Z0×((PAPB)0.5+(PAPB)?0.5)Ζ0A=Ζ0×((ΡAΡB)-1.5+(ΡAΡB)-0.5)0.5Ζ0B=z0×(1+ΡAΡB)0.5(ΡAΡB)0.25Ζ0C=Ζ0×(ΡAΡB)-0.25Ζ0D=Ζ0×(ΡAΡB)0.25RW=Ζ0×((ΡAΡB)0.5+(ΡAΡB)-0.5)42電路設(shè)計結(jié)果為了加寬工作頻帶,可以采用多節(jié)的功分器結(jié)構(gòu),即增加線段和相應(yīng)的隔離電阻R的數(shù)目。這里設(shè)計了一個3節(jié)的功分器,其電路結(jié)構(gòu)圖見圖4。第一節(jié)傳輸線特征阻抗Z1=57.485Ω;并聯(lián)電阻R1=400Ω;第二節(jié)傳輸線特征阻抗Z2=70.71Ω;并聯(lián)電阻R2=211.46Ω;第三節(jié)傳輸線特征阻抗Z3=86.98Ω;并聯(lián)電阻R3=107.18Ω;由于所能獲得的電阻阻值有限所以用100Ω電阻代替107.18Ω電阻,用220Ω電阻代替211.46Ω電阻,用430Ω電阻代替400Ω電阻。通過對各個節(jié)的線段長度進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整對系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化,對電路進(jìn)行初步確定,其電路原理圖用Designer仿真,效果如見圖5。板材選擇duroid5880,Er=2.2,板厚20mil。功分器layout圖見圖6。對其用Designer進(jìn)行EM仿真,其效果如圖7所示。由仿真效果圖可以看出,此寬帶等功分器傳輸損耗小于3.7dB,輸出端口間的隔離度大于24dB,各個端口的反射系數(shù)小于-24dB。5微波頻率特性功分器各性能指標(biāo)的測量采用Anritsu公司的37369D矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,測試時三個端口的其中之一接50Ω匹配負(fù)載,S21,S22,S32,S11的實際測試值見圖8～圖11。實際功分器外形見圖12。由實測結(jié)果可以看出此功分器各項指標(biāo)均達(dá)到使用要求。與仿真值相比較,隔離度有一定的偏差,部分原因是由于實際電阻與仿真時所用的電阻模型在微波頻段特性有所不同造成的。電阻的焊接位置,焊錫的多少,SMA頭的加入都對性能有所影響。6寬帶wilpin-la布置仿真本文對Wilkinson型功分器的原理以及計算公式給以了介紹,