鐘淑蓉 電子科技大學成都學院通信系

一種一分六功分器的設計

鐘淑蓉 電子科技大學成都學院通信系

為了將功率按照一定的比例分成兩路或者多路，需要使用功率分配器。而功率分配器反過來將多路信號能量合成一路輸出，此時也稱為功率合成器。在近代微波通信領域，隨著微波技術的發(fā)展，功分器作為一個重要的器件，其性能對系統(tǒng)有不可忽視的影響，因此對其的研究也在不斷地深入與改進。

一分六;功分器

隨著現(xiàn)代電子和通信技術的飛速發(fā)展，信息交流越發(fā)頻繁，各種各樣的電子設備已經(jīng)大大影響到各個領域。微波系統(tǒng)各種無源和有源器件，它們的功能是對微波信號進行必要的處理和變換。功分器是將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路輸出的一種多端口網(wǎng)絡，它廣泛應用于雷達系統(tǒng)及天線的饋電系統(tǒng)中。在現(xiàn)代無源器件中，微帶功分器從質(zhì)量以及重量上都日益重要。

本文的設計原理是：

先設計一個一分三的等分功分器，再將三等分分別分成一個二等分功分器。工作頻率：1～2GHz,帶內(nèi)波紋：＜±1dB,輸入輸出電壓駐波比（VSWR）：＜1.5,隔離度：＜-15dB

簡單的二路等分功分器可以看作三端口網(wǎng)絡。由于普通的無耗互易三端口網(wǎng)絡不可能達到完全匹配，且輸出端口間無隔離。而在工程上對信道之間的隔離要求較高，因此，一般采用混合型的功率分配器，即威爾金遜（Wilkinson）功率分配器。

Wilkinson的理論主要是在簡單功分器中引入隔離電阻，從而實現(xiàn)信號鏈路的匹配和高度隔離。它的原理是在于引入隔離電阻后，功分器變成有耗的三端口網(wǎng)絡。從三端口網(wǎng)絡的基本性質(zhì)可知，有耗三端口網(wǎng)絡可以做到完全匹配，并且各輸出端口之間具有一定的隔離度，從改善了普通功分器的不足。

同樣，該類型的功分器可以實現(xiàn)任意功率比的分配，并且可以方便地使用微帶線或帶狀線來實現(xiàn)。

在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)中，終端負載一般為50Ω，即圖1中R2=R3=50Ω。根據(jù)匹配原理，分支節(jié)點A處的電阻ZinA=Zin2=Zin3=Z0=50Ω。因此功分器的結構是對稱的，所以輸入阻抗Zin2=Zin3=100Ω。Zin2、Zin3分別通過λ/4阻抗變換段的阻抗變換作用來實現(xiàn)與終端電阻R2、R3的匹配。由傳輸線理論得：

三等分功分器初始值計算及原理

圖2 一分三示意圖

三等分功分器各端口特性如下：

（1）端口1無反射

（2）端口2、3、4輸出電壓相等且同相

（3）端口2、3、4輸出功率比值為任意指定值1/k2

由這些條件可以確定各段微帶阻抗以及所用隔離電阻的阻值。

一分六功分器可由一個一分三功分器和三個一分二功分器級聯(lián)而成，具體電路仿真模型如圖3所示。

圖3 六路功分器ADS仿真原理圖

最終優(yōu)化所得數(shù)據(jù)如圖4所示。

經(jīng)優(yōu)化后，各項指標符合設計要求。

生成相應的版圖，將元器件的位置進行適當調(diào)整后所得版圖，并加工成PCB板。

其實物圖如圖所示圖5

圖5 一分六功分器內(nèi)部圖

用矢量網(wǎng)絡分析儀可以測試S參數(shù)，如圖6為功率分配S12的結果,由圖可以看到測試結果滿足設計要求。

圖6 S12的測試結果

本文通過在一分三的每個輸出端再分別加上一個一分二的威爾金遜功分器，完成了一分六的設計，使用軟件仿真后，加工得到實物圖。測試結果滿足設計要求。