摘要：利用軟件模擬生成多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功率分配器，本寬帶功率分配器工作頻率為1～8 GHz；傳輸損耗<3.8 dB；端口隔離度>20 dB；端口駐波比<1.3；端口具有隔離直流信號(hào)的功能、該分配器設(shè)計(jì)成無源器件具備功能多、用途廣、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：寬帶；Wilkinson；駐波比；隔離度

1.引言

目前微波通訊、雷達(dá)等測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜，測(cè)試指標(biāo)多?，F(xiàn)在一些衛(wèi)星通訊、無人偵察機(jī)等項(xiàng)目，頻段已經(jīng)達(dá)到C（4-8GHz）或X（8-12GHz）波段。現(xiàn)在經(jīng)常使用分配器，主要集中在P、L（1-2GHz）、S（2-4GHz）波段；這些微波功率分配器工作帶寬窄，通用性差。在實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試過程中要常常配備不同波段的微波功率分配器。同時(shí)這類分配器沒有隔離直流信號(hào)的功能，在實(shí)際工作中如果某一微波信號(hào)串入直流信號(hào)往往會(huì)造成微波測(cè)試儀表及設(shè)備的損壞，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

本文主要闡述：一種寬帶微波功率分配器設(shè)計(jì)，同時(shí)該分配器具有較寬工作帶寬、端口具有隔離直流信號(hào)的功能、該分配器設(shè)計(jì)成無源器件具備功能多、用途廣、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2.寬帶功率分配器的研制

寬帶（1-8 GHz）功率分配器的研制主要分為以下幾個(gè)過程：功率分配器的指標(biāo)設(shè)計(jì)、利用ADS 軟件模擬生成多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功率分配器、寬帶功率分配器功能設(shè)計(jì)、寬帶功率分配器性能指標(biāo)仿真測(cè)試等幾個(gè)步驟。

2.1功率分配器的指標(biāo)

雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)常涉及到本振信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、DDS信號(hào)，信號(hào)的波段覆蓋L、S、C波段，為了提高功率分配器在測(cè)試系統(tǒng)使用頻率，本寬帶微功率分配器工作頻率為1～8GHz；傳輸損耗<3.8 dB；端口隔離度>20 dB；端口駐波比<1.3。

2.2 多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功分配器設(shè)計(jì)

多節(jié)分配器的臂長(zhǎng)與電長(zhǎng)度直接相關(guān)，因此工作頻率越低，臂長(zhǎng)越長(zhǎng)。因此可采用多節(jié)阻抗變化級(jí)聯(lián)的形式，實(shí)現(xiàn)寬帶功率分配；理論分析：功率分配器的節(jié)數(shù)越多工作帶寬越寬，但插入損耗也越大，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，合理地選擇功率分配器的節(jié)數(shù)。

結(jié)合ADS 軟件的快速仿真和HFSS 軟件的精度，設(shè)計(jì)出該功率分配器的尺寸見圖一。

2.3 寬帶功率分配器功能計(jì)

功率分配器具有隔離直流信號(hào)功能，設(shè)計(jì)C1、C2、C3 三個(gè)隔離直流信號(hào)電容，電容額定電壓63V，容值180pF；

端口隔離度設(shè)計(jì)指標(biāo)要不小于20 dB，輸入輸出端口的特性阻抗均為Z0=50Ω，端口特性阻抗為 Z0的微帶線，長(zhǎng)度為λ/4，實(shí)現(xiàn)阻抗的變換。由于電路的對(duì)稱性，當(dāng)信號(hào)從端口輸入微波信號(hào)以后，會(huì)在兩路輸出端口得到功率相同、相位相同的兩路信號(hào)，由于電阻R 的兩端電位相同，因此沒有電流通過。達(dá)到信號(hào)隔離的效果。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)輸出端口的良好的駐波比，隔離電阻R 的阻值為2 Z0。所以R1-R6選擇100Ω的功率電阻；

2.4 寬帶功率分配器仿真圖分析

寬帶功率分配器完成設(shè)計(jì)后，利用微波軟件對(duì)Wilkinson功率分配器理想模型進(jìn)行模型與優(yōu)化，仿真結(jié)果見圖三、圖四、圖五。

從仿真圖三中可以看出，帶內(nèi)損耗最大只有3.5dB，但是實(shí)際寬帶功率分配器在1-8 GHz帶寬內(nèi)的損耗達(dá)到3.7dB，比理想情況稍大一些，能夠滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)駐波比和輸入端口隔離度能優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

基于HFSS 仿真軟件，利用6節(jié)λg /4 阻抗變換器設(shè)計(jì)了一種1 -8 GHz 超寬帶Wilkinson 功率分配器。根據(jù)理論分析得到功率分配器各節(jié)微帶線的寬度、長(zhǎng)度和隔離電阻，并構(gòu)造出了理想仿真模型。寬帶功率分配器在測(cè)試過程中相比于理想仿真的性能略有下降，但是其傳輸損耗、隔離度、駐波等指標(biāo)依然可以達(dá)到要求。

3.結(jié)論

本寬帶微波功率分配器頻段為1-8GHz，具有較寬的工作帶寬；同時(shí)各個(gè)端口之間具有隔離直流信號(hào)的功能，能有效的保護(hù)儀表及設(shè)備的使用安全（直流信號(hào)對(duì)微波儀表具有致命性損壞）。同時(shí)寬帶微波功率分配器為無源器件，本分配器使具有用方便及適用范圍廣等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：桑飛（1977），男，安徽太和人，本科，從事微波收發(fā)數(shù)字組件工作。

（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán) 第三十八研究所）