第9章功率分配器的设计与仿真(下)

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1、第9童功率分配器的设计与仿真在射频/微波电路中，为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器(简称功分器)。反过來使用的功率分配器是功率合成器。在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用功分器，而且通常功分器是成对使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。在20世纪40年代，MIT辐射实验室(RadiationLaboratory)发明和制造了种类繁多的波导型功分器。它们包括E和H平面波导T型结、波导魔T和使用同轴探针的各种类型的功分器。在20世纪50年代中期到60年代，又发明了多种釆用带状线或微波技术的功分器。平面型传输线应用的增加，也导

2、致了新型功分器的开发，诸如Wilkinson分配器、分支线混合网络等。本章分析功分器的设计方法，并利用ADS2009设计屮心频率为750MHz的集总参数比例型功分器和屮心频率为1GHz的集总参数等分型功分器，进而给出中心频率为1GHz分布参数(Wilkinson)功分器的电路和版图设计实例。【本章重点】•功分器的原理及技术指标•集总参数功分器的设计及仿真•Wilkinson功分器的设计及仿真9.1功分器的基本原理一分为二功分器是三端口网络结构，如图9-1所示。信号输入端的功率为戸，而其他2两个端口的功率分别为B和由能量守恒定律可知Pi=巴+巴(9-1)如果P2(dBm)=P

3、3(dBm),三端口功率间的关系可写成P2(dBm)=Ps(dBm)=(dBm)・3dB当然，巴并不一定要等于巴，只是相等的情况在实际电路中最常用。因此，功分器可分为等分型(巴二卩3)和比例型(巴二1＜巴)两种类型。9.1.1主要技术指标功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离带、每个端口的电压驻波比等。(1)频率范围这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确功分器的工作频率，才能进行下面的设计。(2)承受功率在功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决

4、定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种传输线。（3）分配损耗主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比A”有关。其定义为勺=101申r()Ut式中/%=好爲。例如两等分功分器的分配损耗是3dB,四等分功分器的分配损耗是（4）插入损耗输入输岀间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素产生的。考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗人•定义为A是在英他支路端口接兀配负载，主路到某一支路间的传输损耗，其为实测值。A在理想状态下为在功分器的实际工

5、作中，儿乎都是用A作为研究对象。（5）隔离带支路端口间的隔离带是功分器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就是求支路之间有足够的隔离度。在主路和其他支路都接匹配负载的情况下，i口和丿•口的隔离度定义A.=101g^隔离度的测量也可按照这个定义进行。（6）驻波比每个端口的电压驻波比越小越好C9.2集总参数功分器设计及仿真9.2.1等分型功分器根据电路使用元件的不同，功分器可分为电阻式和L-C式两种类型。1.电阻式(a)A形电阻式电路仅利用电阻设计，按结构分成A形和Y形，图9・2所示。（b）Y形图9-2电阻式功分器图9・2中

6、Z。是电路特性阻抗，在高频电路中，不同频段的特性阻抗不同。这种电路的优点是频宽大，布线面积小，设计简单；缺点是功率衰减较大（6dB）。如图9・2（b）所示,设Zo=5OQ,则201g冬=_6dB52.L~C式这种电路利用电感及电容进行设计。按结构分成低通型和高通型两种类型，如图9・3所示，下面分别给出其参数的计算公式。（a）低通型图9・3L・C式集总参数功分器（1）低通型LsCP=乙）(9-5)（2）高通型Lp(9-6)Q（）=2对（）集总参数功分器的设计过程是先确定电路结构，再计算出各个电感，电容或电阻的值,最后，按照确定的电路结构进行设计。9.2.2等分型功分器设计实例

7、设计工作频率^=lGHz的功分器，特性阻抗为Zo=5OQ,功率比例为k=0.5,且要求在1±0.02GHz的范围内Sll<-14dB,S21>-4dB,S31>-4dBo电路结构的选择及参数计算选择高通型L・C式电路结构如图9・3（b）所示。按照式（9-6）计算得厶卩=7.96nH,Cs=4.5pF。2.ADS设计与仿真（1）创建新项目•启动ADS2009•选择Mainwindows•菜单栏【File】一［NewProject］,按照提示选择项目保存的路径和输入文件名•点击

8、ok

9、按钮创建新项目•点击塾］,新建电路