SOFTWARE 软 件2021
变压器防盗器第42卷 第2期2021年
Vol. 42, No.2
1 原理分析
构，带状线结构的功分器损耗小，各路信号的一致性好和可靠性高，但是对设计、加工精度和装配精度都有较 微带线结构进行设计。
图1 Wilkinson 功分器
Fig.1 Wilkinson power divider
微带功分器的具体结构形式很多，功分器常用的
电路形式主要有三种：Ratrace 型、Vranchline 型和Wilkinson 型，常使用的是Wilkinson 功分器，它是在简单功分器的基础上，其输出端口增加隔离电阻R，变成有耗的三端口网络，从而实现各端口间的匹配以及 作者简介：杨晶晶（1986—），女，江苏海门人，硕士，工程师，研究方向：微波电路设计。
一种超宽带功分器的设计
杨晶晶 雒寒冰 张红英 沈晓唯 沈亚飞
设计研究与应用
杨晶晶 雒寒冰 张红英等：一种超宽带功分器的设计
输出端口间的隔离，进而改善功分器的性能[3]。基本的微带Wilkinson功分器的示意图见图1。
由图1所示，输入与输出微带线的特征阻抗是系统阻抗Z0，输入信号从端口1进入，各路分支线的长度均为λ/4，两路信号所经过的电长度是相等的，所以到达端口2和3的输出信号是同电位的，因此，通过隔离电阻的电流为0，隔离电阻上无功率损耗。当某输出端口如端口3失配时，会有反射波折回：一路经过隔离电阻到达端口2；一路沿分支线到达端口1后再反射回来，沿另一分支线到达端口2。适当选
择电阻以及焊接位置可以使两路信号的相位相差180度，幅度相等，方向相反，相互抵消，从而使输出端口实现隔离[4]。在二功分器中隔离电阻阻值为2Z0。Wilkinson功分器具有良好的幅度相位特性而且设计简便，是微波电路设计中常用的部件。然而单级Wilkinson功分器的带宽较窄，为实现宽频带需求，可使用用多级功分器进行级联，其工作原理与多级阻抗变换类似[5]。多节功分器是由四分之一波长线组成，在每节功分器尾端放置隔离电阻，功分器级数越多，工作带宽就越宽，隔离度也越高[6]。卡口摄像头
雨水循环系统2设计目标
本设计是基于Wilkinson型功分器结构，利用电磁场仿真和电路路仿真软件设计了一个2～8GHz 频段的功分器，具体设计指标如下：
设计频率：2～8GHz；
输入、输出驻波比：≤1.5；
插入损耗：≤5dB；
输出端口隔离度：≥15dB。
3 仿真设计
本文设计2～8GHz二等分超宽带功分器，根据工作频段选择了罗杰斯的TMM3基板，基板的介电常数为3.27，板厚为0.508mm。功分器的隔离电阻采用0603封装的贴片电阻。
首先根据各项指标，如工作频带，传输损耗，隔离度等要求[7]，在ADS软件中Design Guide菜单里的passive circuit工具初步确定所需超宽带功分器的设计模型，分别设置工作频段、电路节数等参数，计算出功分器的各级线宽、线长和电阻的阻值。调整节数以满足带宽和传输损耗要求，用该设计模型我们首先对2GHz～8GHz超宽带二路功分器用ADS进行了设计和优化仿真，由此得到功分器的初始尺寸[8]。由于ADS采用的是二维结构的仿真办法，根据该初始尺寸在HFSS软件中进行3D建模，设置腔体和端口激励, 进行精确的仿真和优化。仿真结果跟ADS仿真结果有一定的偏差，HFSS是三维仿真，仿真结果更为精确。在HFSS软件中对功分器建模，设置四分之一波长线长度、微带线宽和隔离电阻为变量，L n、W n和R n（n 为1，2，3…）。改变各变量的值，通过优化仿真得到最优的设计结果。用HFSS软件进行仿真优化计算，优化后的隔离电阻的阻值分别为R1=110Ω,R2=190Ω,R3= 270Ω,R4=360Ω,R5=470Ω。
图2 功分器的HFSS仿真模型
Fig.2 HFSS simulation model of power divider
图3 端口驻波系数仿真结果
Fig.3 Simulation results of VSWR
图4 端口驻波比仿真结果应急通信系统
Fig.4 Simulation results of S11
由仿真结果可知，该功分器在1.1GHz～8GHz频带内，驻波系数小于1.4，各个端口的匹配性能良好。在所设计频带内，传输损耗小于3.5dB，端口隔离度均
145
软 件
第42卷 第2期SOFTWARE
大于20dB，输出端口在工作时基本不会相互影响，具有很好的隔离效果．仿真曲线见图3至图6。
图5 传输损耗仿真结果
Fig.5 Simulation results of transmission loss
图6 端口隔离度仿真结果
Fig.6 Simulation results of isolation
4 结语
本文通过ADS和HFSS软件仿真，基于Wilkinson 功分器结构，设计了一种超宽带功分器；结合两种仿真软件的优点，有效缩短了研制周期[9]，仿真结果的正确性提高了设计效率，且保证了精度。从设计的功分器的仿真结果可看出，在整个宽频带范围内性能良好，该功分器的各性能指标均满足设计要求，验证了该设计方法的可行性，同时本文的超宽带功分器在超宽带通信技术中也有很好的应用前景。
参考文献
[1] R.E.Collin.Foundation of microwave engineering, McCraw-Hill,Inc,1992.
[2] David M.Pozar微波工程(第三版)[M].北京：电子工业出版社,2015.
[3] 清华大学微带电路编写组.微带电路[M].北京：人民邮电出版社,1976.
[4] 朱英超，杨青慧，张怀武.超宽带功分器的设计[J].电子技术与软件工程,2016(11):138.
防静电涂层[5] 何猛.超宽带微波功分器的研制[D].成都：电子科技大学, 2009.
[6] 陈茂林.2～4GHz 宽带Wilkinson六功分器的仿真和设计[J].通讯世界,2018(7):62-63.
[7] 杜姗姗，杨青慧，张怀武.1～18GHz超宽带功分器的设计[J].压电与声光,2017,39(4):498-500.
[8] 郭峥，池少腾，杨自强.2～12GHz超宽带功分器的设计[J].应用科技,2015,42(4):34-37.
[9] 赵兰，廖斌.宽带Wilkinson功分器的研制[J].材料导报,11, 2007,21(11A):195-197.
统需要，可以将T组件增加，对应改变功分器或增加功分器的个数，以及改变框图中电源模块、天线阵列数量，最后只需根据任务需求，对波控软件进行相应修改就可以实现一个新型相控阵天线的设计，并且使用过程中维修方便，可靠性高。所以柔性降级技术在相控阵天线中良好的应用前景。
参考文献
加热搅拌反应釜
[1] 钱林.基于可扩充阵列模块的相控阵天线及其可靠性分析[J].硅谷,2012(11):55-56.[2] 胡明春，周志鹏，严伟.相控阵雷达收发组件技术[M].北京：国防工业出版社,2010.
[3] 王贞松，丁丁.星载合成孔径雷达有源相控阵天线研究[J].电子与信息学报,2009(5):598-605.
[4] 张中伟.相控阵天线关键技术的研究[D].杭州：杭州电子科技大学,2012.
[5] 朱文冰.星载合成孔径雷达的可靠性设计[J].现代雷达,2006 (4):75-78.
[6] 束咸荣，何炳发，高铁.相控阵雷达天线[M].北京：国防工业出版社,2007.
······上接第130页
146
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议