一种宽带功率分配器的设计

摘要：利用软件模拟生成多节Wilkinson 结构宽带功率分配器，本宽带功率分配器工作频率为1～8 GHz；传输损耗<3.8 dB；端口隔离度>20 dB；端口驻波比<1.3；端口具有隔离直流信号的功能、该分配器设计成无源器件具备功能多、用途广、质量可靠等优点。

关键词：宽带；Wilkinson；驻波比；隔离度

1.引言

目前微波通讯、雷达等测试系统复杂，测试指标多。现在一些卫星通讯、无人侦察机等项目，频段已经达到C（4-8GHz）或X（8-12GHz）波段。现在经常使用分配器，主要集中在P、L（1-2GHz）、S（2-4GHz）波段；这些微波功率分配器工作带宽窄，通用性差。在实际系统测试过程中要常常配备不同波段的微波功率分配器。同时这类分配器没有隔离直流信号的功能，在实际工作中如果某一微波信号串入直流信号往往会造成微波测试仪表及设备的损坏，造成严重的经济损失。

本文主要阐述：一种宽带微波功率分配器设计，同时该分配器具有较宽工作带宽、端口具有隔离直流信号的功能、该分配器设计成无源器件具备功能多、用途广、质量可靠等优点。

2.宽带功率分配器的研制

宽带（1-8 GHz）功率分配器的研制主要分为以下几个过程：功率分配器的指标设计、利用ADS 软件模拟生成多节Wilkinson 结构宽带功率分配器、宽带功率分配器功能设计、宽带功率分配器性能指标仿真测试等几个步骤。

2.1功率分配器的指标

雷达测试系统经常涉及到本振信号、时钟信号、DDS信号，信号的波段覆盖L、S、C波段，为了提高功率分配器在测试系统使用頻率，本宽带微功率分配器工作频率为1～8GHz；传输损耗<3.8 dB；端口隔离度>20 dB；端口驻波比<1.3。

2.2 多节Wilkinson 结构宽带功分配器设计

多节分配器的臂长与电长度直接相关，因此工作频率越低，臂长越长。因此可采用多节阻抗变化级联的形式，实现宽带功率分配；理论分析：功率分配器的节数越多工作带宽越宽，但插入损耗也越大，应根据设计指标，合理地选择功率分配器的节数。

结合ADS 软件的快速仿真和HFSS 软件的精度，设计出该功率分配器的尺寸见图一。

2.3 宽带功率分配器功能计

功率分配器具有隔离直流信号功能，设计C1、C2、C3 三个隔离直流信号电容，电容额定电压63V，容值180pF；

端口隔离度设计指标要不小于20 dB，输入输出端口的特性阻抗均为Z0=50Ω，端口特性阻抗为 Z0的微带线，长度为λ/4，实现阻抗的变换。由于电路的对称性，当信号从端口输入微波信号以后，会在两路输出端口得到功率相同、相位相同的两路信号，由于电阻R 的两端电位相同，因此没有电流通过。达到信号隔离的效果。同时为实现输出端口的良好的驻波比，隔离电阻R 的阻值为2 Z0。所以R1-R6选择100Ω的功率电阻；

2.4 宽带功率分配器仿真图分析

宽带功率分配器完成设计后，利用微波软件对Wilkinson功率分配器理想模型进行模型与优化，仿真结果见图三、图四、图五。

从仿真图三中可以看出，带内损耗最大只有3.5dB，但是实际宽带功率分配器在1-8 GHz带宽内的损耗达到3.7dB，比理想情况稍大一些，能够满足设计要求；同时驻波比和输入端口隔离度能优于设计指标。

基于HFSS 仿真软件，利用6节λg /4 阻抗变换器设计了一种1 -8 GHz 超宽带Wilkinson 功率分配器。根据理论分析得到功率分配器各节微带线的宽度、长度和隔离电阻，并构造出了理想仿真模型。宽带功率分配器在测试过程中相比于理想仿真的性能略有下降，但是其传输损耗、隔离度、驻波等指标依然可以达到要求。

3.结论

本宽带微波功率分配器频段为1-8GHz，具有较宽的工作带宽；同时各个端口之间具有隔离直流信号的功能，能有效的保护仪表及设备的使用安全（直流信号对微波仪表具有致命性损坏）。同时宽带微波功率分配器为无源器件，本分配器使具有用方便及适用范围广等特点。

参考文献

[1] 焦永昌，廖小平. 功率分配器的模拟与设计[ J] . 传感技术学报，2008（3）

[2] 曾文等. 超宽带技术在工业通信中的应用研究[ J] . 仪器仪表学报，2006（S1）

作者简介：桑飞（1977），男，安徽太和人，本科，从事微波收发数字组件工作。

（作者单位：中国电子科技集团 第三十八研究所）