功率分配器的设计与仿真.ppt

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1、第九章功率分配器的设计与仿真【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第九章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）。反过来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

2、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，又发明了多种采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设计中心频率为750MHz的集总参数比例型功分器和中心频率为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。图9-1功分器意图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

3、示。信号输入端的功率为P1，而其他两个端口的功率分别为P2和P3。由能量守恒定律可知P1=P2+P3（9-1）如果P2（dBm）=P3(dBm)，三端口功率间的关系可写成P2（dBm）=P3(dBm)=P1（dBm）-3dB当然，P2并不一定要等于P3，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（P2=P3）和比例型（P2=kP3）两种类型。9.11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/

4、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Ad有关。其定义为（9-2）式中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6dB。（4）插入损耗输入输出间的插入损耗是

5、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Ai定义为（9-3）A是在其他支路端口接匹配负载，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Ad。在功分器的实际工作中，几乎都是用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j口的隔离度定义（9-4）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

6、压驻波比越小越好。9.2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.电阻式电阻式电路仅利用电阻设计，按结构分成Δ形和Y形，图9-2所示。(a)Δ形(b)Y形图9-2电阻式功分器图9-2中Z0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Z0=50Ω，则2.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

7、的计算公式。(a)低通型(b)高通型图9-3L-C式集总参数功分器（1）低通型（9-5）（2）高通型（9-6）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设计工作频率f0=1GHz的功分器，特性阻抗为Z0=50功率比例为k=0.5，且要求在10.02GHz的范围内S11-14dB，S21-4dB，S31-4dB。1.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。2.ADS设计与仿真（1）创建

8、新项目启动ADS2009选择Mainwindows菜单栏【File】→【NewProject】，按照提示选择项目保存的路径和输入文件名点击按钮创建新项目点击，新建电路原理图窗口，开始设计功分器（2）功分器电路设计在“Lu