Ku波段一分八宽带功分器开发及实现

杨星华

[摘要]利用Wilkinson功分器的工作原理，仿真設计了一款Ku波段1分8微带线功分器，并通过产品实测验证，该功分器在14～18GHz的范围内性能优良，各端口匹配和幅相一致性良好，带内起伏小，与仿真结果吻合较好。

[关键词]Ku波段；宽带功分器；一分八

功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的多路输出的一种多端口微波网络，广泛运用在雷达、多路中继通信机等微波射频电路中。同时功率分配器也可以逆向用作功率合成器，所以也可称为功率分配/合成器。在微波技术和制造工艺不断发展的条件下，近年微带功分器作为高频段低功率的功率分配/合成器的主要形式广泛应用。本文即在Ku波段支持下，研究可实现一分八功能的宽带功分器。具体分析如下：

1背景分析

近年来有源相控雷达系统广泛应用，同时随雷达系统的工作频率越来越高，阵列单元间距越来越小，微带形式的功率分配/合成器是小型化微波模块的首选设计方式。

由于微带板材料在高频段相对插损越来越高，所以在设计中需要通过仔细的理论分析和仿真计算预先优化好功率分配器性能，以降低后期制造和调试的难度。

对于微波模块中使用的微带功分器的主要要求是各端口驻波较小、各路插损较小、各路幅相一致性好、通道间隔离度好以及与设计一致的工作带宽

2微带功分器原理

一个二等分功分器如图所示，其输入线和输出线特性阻抗都是ZO，输入和输出口之间的分支线特性阻抗为Z₁，线长为λ_g/4。

对功分/合成器的主要要求有：当（2）、（3）口接匹配负载时，在输入的（1）口无反射，反之，对（2）、（3）口也如此。（2）、（3）两输出口功率按一定比例分配，以及（2）、（3）两输出口之间相互隔离。

从图中可直接看出：由于（2）及（3）两路结构上对称，故功率是平分的。

跨接在A、B两点上的电阻R是为了得到（2）（3）两口之间相互隔离的作用。

由于单级变换的功分器无法达到Ku波段4GHz的带宽要求，所以必须采取2级以上变换的功分器来实现，实际设计中我们采用2级功分器，采用的两级隔离电阻分配方式为100Ω和260Ω。

3仿真设计

为验证该设计实现方案的科学性，设计工作频带控制范围为14～18GHz，微带板材选用RT5880，介电常数2.2，采用威尔金森功分器两级变换设计方式。仿真模型如下图1所示。仿真结果如图2～3所示。根据图2～3：该功分器所对应的总口驻波小于1.22（-20dB），分口驻波小于1.1（-26.6dB）。隔离度小于-23.7dB，可满足一分八功分器的设计标准。

对于加工出的产品进行了测试，在频带14～18GHz范围，驻波小于1.37；中心频点插入损耗小于2dB，带内起伏±0.3dB；通道间隔离度小于-25dB，优于仿真结果。

实物包含了加工工艺的影响，包含了SMP连接器及转接器的插入损耗，性能良好，实测的工作频带与理论值相吻合。

5结束语

本文通过以上分析，研究了一种基于威尔金森多级功分器理论的Ku波段的一分八宽带功分器，该宽带功分器在整个Ku波段中有良好的覆盖效果（覆盖区域为14GHz～18GHz），与设计非常吻合，同时可满足宽带功分一分八的要求。该功分器尺寸小重量轻具有良好的工程应用性，可以免调试量产使用，达到很好的预期效果。