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1、摘 要功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路或多路较小的功率信号。功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求也越来越高，电路的功能也越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期越来越短，传统的设计方案已经不能满足微波电路设计的需求，使用微波软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。小型低功耗器件是射频电路设计的研究热点 ，而微带技术具有小型化低功耗的优点 ，为此我学习了功分器的基本原理，结合当下的实际情况，
2、设计了一个 Wilkinson 功分器 ，并使用基于矩量法的ADS 软件设计、仿真和优化计算相关数据参数 ，进行参数的优化，并制作了一个性能良好的Wilkinson功分器。关键词：功分器，ADS，优化参数ABSTRACTPower divider is referred to as power divider, in which the input signal is divided into two (or more) smaller power signals when the power distribution is used.Power synthesizer,and a power
3、 divider is reciprocity structure, power synthesis can be carried out using the power splitter and combiner.Power divider is widely used in phased array radar,high power devices and other microwave circuits. Now the design of RF and microwave system is more and more complex, the circuit requirements
4、 are also getting higher and higher,more and more functions of the circuit， the circuit size is getting smaller and smaller and design cycle becoming shorter and shorter, the traditional design scheme has been unable to meet the demand of microwave circuit design， using microwave software tools for
5、the design of microwave system has become the inevitable trend of the microwave circuit design. small size and low power consumption devices is the focus of the research on the RF circuit design，and microstrip technology has the advantages of miniaturization and low power consumption. Therefore,I le
6、arned the basic principle of power divider, combined with the current actual situation,the design of the a Wilkinson power divider, and use based on method of moments of the ADS software to design,simulation and optimization calculation parameters,parameter optimization, and produced a good performa
7、nce of Wilkinson power divider. Key words: power divider,ADS,optimization parameters目 录第1章 引言11.1 功分器的发展概况1第2章 研究理论基础22.1 功分器的理论基础22.2 功分器技术基础42.2.1 什么是功分器42.2.2 功分器的重要性42.2.3 Wilkinson功分器的优点42.3 wilkinson基本工作原理：52.4 Wilkinson功率功分器的基本指标62.4.1.输入端口的回波损耗62.4.2插入损耗72.4.3输入端口间的隔离度72.4.4功分比72.4.5相位平衡度7第3
8、章 ADS的介绍83.1 ADS趋势83.2线性分析93.3电磁反正分析103.4仿真向导10第4章 功分器的原理图设计仿真与优化124.1 等分威尔金森功分器的设计指标124.2 建立工程与设计原理图124.2.1 建立工程124.2.2 设计原理图：134.2.3 基板参数设置164.2.4 基板参数输入184.2.5 插入VAR194.2.6 VAR参数设置194.2.7 VAR微带线194.3 功分器原理图优化仿真214.4 功分器优化版图生成244.5 功分器优化244.6 功分器的版图生成与仿真31第5章 结论36参考文献37致谢38外文资料原文39译文41第1章 引言1.1 功分
9、器的发展概况功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络，广泛应用于雷达，多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器，因此有时又称为功率分配/合成器。对于高效率应用场合，对功率分配器的主要要求是：插损较小，各路幅度和相位一致性要好，以保证较高分配与合成效率。两支路之间的隔离度要好，平滑度高，当其中的一路出现故障时不至于影响另一路的正常工作或影响很小，以提高设备的安全系数和可靠性。宽频带，即在超宽的频带内达到所要求的性能。电路形式简单，容易调整，且体积小，以便于设备的小型化和实现批量生产。有足够的功率容量，以满足大功率分配合成
10、的需要。当功率分配/合成器的工作频率较低时，其理论分析与实际研制都能达到较高的效果，但随着频率升高，特别是在10Ghz以上，则会带来许多的问题，要求加工精度更高，微带线的损耗增加，微带不连续模型不够精准，隔离电阻尺寸可以与波长相比拟，不再是一个纯电阻，且波长变短使分配/合成器的体积减小带来微带间的耦合等。功率分配器和定向耦合器都属于无源微波器件，主要应用于功率分配和功率合成。工程上常用的功率分配器和定向耦合器有T型结功分器，威尔金森功分器，倍兹孔定耦合器，分支线混合网络，Lange耦合器，波导魔T和对称渐变耦合线耦合器等。功分器有两路功率分配器，三路功率分配器，八路功率分配器等功率分配器通常采
11、用三端口网络，常用3dB等分形式，但也有不等分的形式。而定向耦合器通常采用四端口网络，它可以设计为任意功分比。第2章 研究理论基础2.1 功分器的理论基础随着我国军事装备发展的突飞猛进，对频率高端，尤其是2Ghz到10Ghz宽频带内高可靠微波功分器的应用也越来越广，需求量迅猛增加。特别是在微波测量和电子对抗系统中，为提高装备的实用性和多信号捕捉能力，往往选用宽带体制来作为系统方案，此时对功分器提出了全频带带宽覆盖的要求。功分器是微波接收，射频及频率合成系统中不可缺少的部件，无论是微波通信，雷达，遥 控遥感，电子侦测，电子对抗还是微波测量系统中，都有将信号等功率分配的要求，讲信号等分配为多路，再
12、分别进行处理，是非常普遍的应用。在发射系统中，将功分器反转使用，就是功率合成器，在中，大功率发射源中，对整个系统性能有着重要的影响。尤其是在多通道侧向系统中，更是决定着系统性能的关键部件，对幅度的一致性，相位的一致性指标有着严格的要求，这样才能保证系统的测量精度。微波功分器除了幅度，相位一致性要求外，对功分器的插入损耗还有着较高的要求，以避免过大的损耗降低信号强度。同时，为保证各路之间的不受串扰的影响，隔离度指标也相当的很重要，在微波测量系统中尤其如此。此外，在微波发射源中作为微波功率合成器使用时，对微波功分器的承受功率还有更高的要求。近年来随着我国国民经济和科学技术的发展，电子信息尤其是无线
13、通信日新月异，3G还没普及，4G已经暂露头角，功率分配器不仅应用在射频功率的分配和合成，在超宽带短脉冲电磁场应用中，采用阵列天线的技术是提高探测距离是较为理想的选择，阵列天线的关键技术功分器的研制就相当重要。无线电发射设备中，为了保证足够远的传输距离。采用功率合成技术将多路固态器件输出功率进行同向叠加，是获得更高输出功率的有效途径之一。随着无线通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化低功率的高频嗲子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。单波传输使得系统的增益达不到实际的要求，从而必须实现多波传输，也就是将功率进行分配，即产生了功率分配器，简单功分器。本文设计仿真的是最简单最经典
14、的威尔金森功分器，在射频电路和测量系统中，如混频器，功率放大器电路中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量，微带功分器在实验应用中显得更为突出。随着我国军事装备的迅猛发展，对功分器的带宽覆盖提出了更高的要求。在全频率带范围内，要满足功分器的各项性能指标，具有相当大的难度。目前，国内能够生产此类宽带微波功分器的单位不多，一般均为研制配套件或根据用户定制少量生产，未构成产品系列，其结果是研制周期长，成本高，实用性不强。微波功分器的产品从上世纪70年代国外就早以有之，早期产品多用于微带线威尔金森结构，基本属于窄带应用，经过四十多年的发展，随着工艺水平的提高和传输线理论的进一步完善，在该领
15、域已经有了很大的突破。目前，国外的产品以PULSAR，NADAR，MERRIMAC，TMT，M/ACOM，MCS等公司为代表，已经形成了从窄带到快带，从双路到多路的完整的产品线，其中以PULSAR的公司的产品最全，质优面广著称。PULSAR的快带微波功分器产品主要以带状线工艺为主，可以提供较高的性能指标。国内产生微波功分器的厂家主要有亚光厂和泰格微电子研究所，尤其是亚光厂在该领域已经有较为齐全的产品系列，占据了国内很大一部分军品市场。已经研制出了YGG系列产品采还有4个GOAL和OPTM优化还有4个GOAL和OPTM优化本上为窄带和倍频程产品，已大批供应市场，无源TGG功分器如图2-1所示：图2-1无源YGG功分器但目前的产品主要根据用户要求定制，系统化，标准化程度还不够高，可靠性也还需要加强，电性能指标也还有继续提高的余地。同时在产品上还应向宽频带高隔离，低损耗的方向发展，并由此解决产生的各种工艺问题。2.2 功分器技术基础功率分配器简称功分器，在被用于功率分配时，一路输入信号被分成两路(或多路)较小的功率信号。功率合成器与功率分配器属于互易结构，利用功率分配器与功率合成器可以进行功率合成。功分器在相控阵雷达，大功率器件等微波射频电路中有着广泛的应用。目前提供功分器产品的知名厂商主要有美国安捷伦公司和德国Narda公司，常用的型号有11667A/B/C，4315-2/43
