一种一分六功分器的设计

钟淑蓉 电子科技大学成都学院通信系

一种一分六功分器的设计

钟淑蓉 电子科技大学成都学院通信系

为了将功率按照一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。而功率分配器反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也称为功率合成器。在近代微波通信领域，随着微波技术的发展，功分器作为一个重要的器件，其性能对系统有不可忽视的影响，因此对其的研究也在不断地深入与改进。

一分六;功分器

随着现代电子和通信技术的飞速发展，信息交流越发频繁，各种各样的电子设备已经大大影响到各个领域。微波系统各种无源和有源器件，它们的功能是对微波信号进行必要的处理和变换。功分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网络，它广泛应用于雷达系统及天线的馈电系统中。在现代无源器件中，微带功分器从质量以及重量上都日益重要。

本文的设计原理是：

先设计一个一分三的等分功分器，再将三等分分别分成一个二等分功分器。工作频率：1～2GHz,带内波纹：＜±1dB,输入输出电压驻波比（VSWR）：＜1.5,隔离度：＜-15dB

简单的二路等分功分器可以看作三端口网络。由于普通的无耗互易三端口网络不可能达到完全匹配，且输出端口间无隔离。而在工程上对信道之间的隔离要求较高，因此，一般采用混合型的功率分配器，即威尔金逊（Wilkinson）功率分配器。

Wilkinson的理论主要是在简单功分器中引入隔离电阻，从而实现信号链路的匹配和高度隔离。它的原理是在于引入隔离电阻后，功分器变成有耗的三端口网络。从三端口网络的基本性质可知，有耗三端口网络可以做到完全匹配，并且各输出端口之间具有一定的隔离度，从改善了普通功分器的不足。

同样，该类型的功分器可以实现任意功率比的分配，并且可以方便地使用微带线或带状线来实现。

在现有的通信系统中，终端负载一般为50Ω，即图1中R2=R3=50Ω。根据匹配原理，分支节点A处的电阻ZinA=Zin2=Zin3=Z0=50Ω。因此功分器的结构是对称的，所以输入阻抗Zin2=Zin3=100Ω。Zin2、Zin3分别通过λ/4阻抗变换段的阻抗变换作用来实现与终端电阻R2、R3的匹配。由传输线理论得：

三等分功分器初始值计算及原理

图2 一分三示意图

三等分功分器各端口特性如下：

（1）端口1无反射

（2）端口2、3、4输出电压相等且同相

（3）端口2、3、4输出功率比值为任意指定值1/k2

由这些条件可以确定各段微带阻抗以及所用隔离电阻的阻值。

一分六功分器可由一个一分三功分器和三个一分二功分器级联而成，具体电路仿真模型如图3所示。

图3 六路功分器ADS仿真原理图

最终优化所得数据如图4所示。

经优化后，各项指标符合设计要求。

生成相应的版图，将元器件的位置进行适当调整后所得版图，并加工成PCB板。

其实物图如图所示图5

图5 一分六功分器内部图

用矢量网络分析仪可以测试S参数，如图6为功率分配S12的结果,由图可以看到测试结果满足设计要求。

图6 S12的测试结果

本文通过在一分三的每个输出端再分别加上一个一分二的威尔金逊功分器，完成了一分六的设计，使用软件仿真后，加工得到实物图。测试结果满足设计要求。