wilkinson功分器设计与仿真.ppt

课题任务和技术指标
课题任务:
通过对功分器的学****利用ADS仿真软件,设计一个威尔金森功分器,并仿真得到其各端口的S参数。
等分威尔金森功分器设计主要技术指标:
工作频率:
频带内输入端口的回波损耗:C11>20dB
频带内的插入损耗:C21<,C31<
两个输出端口间的隔离度:C23>25dB
课题研究难点、重点及其关键是什么?
功分器设计的难点功分器微带电路的设计以及隔离电阻的选择。
功分器设计的重点功分器原理图的仿真及优化
功分器设计的关键是电路参数的优化,以及版图的仿真。
目录:
选题背景
功分器的工作原理和技术指标
功分器原理图的设计与优化
功分器的版图生成与仿真
一选题背景:
什么是功分器
功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路输出的一种多端口的微波网络,广泛应用于雷达、多路中继通信机等大功率器件等微波射频电路中。功率分配器又可以逆向使用作为功率合成器,因此有时又称为功率分配/合成器。
2. 功分器的重要性
随着无线通信技术的快速发展,各种通讯系统的载波频率不断提高,小型化低功耗的高频电子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。单波传输使得系统的增益达不到实际的要求,从而必须实现多波传输,也就是将功率进行分配,即产生了功率分配器,简称功分器。本文设计仿真的是最简单最经典的威尔金森功分器,在射频电路和测量系统中,如混频器、功率放大器电路中
中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通信质量,而微带功分器在实践应用中显得更为突出。

Wilkionson具有一些独特的优点如下:功分器可以用作合成器,合成器也可以用作功分器,功率容量较低,可以均分输出设计或者不均分输出分设计,不可以传输DC,隔离度高。它的这些优点使它具有相当高的研究价值
以上几点就是本次选题的意义所在
二功分器的工作原理和技术指标

功率分配器是三端口电路结构,其信号输入端的输入功率为P1,而其它两个输出端的输出功率分别为P2及P3。理论上,由能量守恒定律可知:P1=P2+P3。若P2P3并以毫瓦分贝(dbm)来表示三端口之间的关系,则可以写成:P2=P3=P1-3(dbm)。
功分器各个端口特性如下:
(1)端口1 无反射
(2)端口2 和端口3 输出电压相等且同相
(3)端口2、端口3 输出功率比值为任意指定值1/
由这些条件可以确定Z02,Z03及R2,R3的值。由于端口“2”, “3”的输出功率和输入电压的关系为:P2=, P3=
因为有:
 又因为:U2 = U3
若取: R2 = KZ0 则 R3 =Z0/k
由条件端口1 无反射,即要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗等于Z0。由于在中心频率处则, 均为纯电阻,所以:
如以输入电阻表示功率比,则:
联立可解得:

由于和等幅、同相,故在端口“2”,“3”间跨接一电阻R 并不影响功分器的性能。但当“2”,“3”两端口外接负载不等于, 时,来自负载的反射功率便分别由“2”,“3”两端口输入,此时该三端口网络变为—功率合成器。为使“2”,“3”端口彼此隔离,须在期间加一吸收电阻R 起隔离作用。
隔离电阻的值为: 隔离电阻R 通常用镍镉合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。当k= 1时,上面的结果化为功率等分情况。还可以看出,输出线是阻抗和匹配的,而不与阻抗匹配。


输入端口1 的回波损耗根据输入端口1 的反射功率和输入功率之比来计算:

输入端口的插入损耗根据输出端口的输出功率与输入端口1 的输入功率之比来计算:

输出端口2 和输出端口3 间的隔离度根据输出端口2 的输出功率和输出端口3 的输出功率之比来计算:

当其他端口无反射时,功分比根据输出端口3 的输出功率与输出端口2的输出功率之比来计算:

在做功率合成应用时,功分器输出端口的相位平滑度直接影响功率合成的效率。