[分享] 前因后果后续部分宽带功分器版图电路赏析

btty038 2022-2-23 20:39 楼主

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宽带Wilkinson功分器的设计仿真制作。

在微波系统中，需要将发射功率按一定的比例分配到各发射单元，如相控阵雷达等，因此功分器在微波电路中有着广泛的应用。它性能的好坏直接影响到整个系统能量的分配和合成效率。随着宽带天线、宽带滤波器等器件的不断发展，对宽带功分器的要求也越来越高，需求也越来越大。

对于功分器，需要在一定的频率范围内，输出功率按一定的比例分配，并且要求输出端口相互隔离，各输入输出端口匹配及传输损耗尽可能小。 Wilkinson 功分器不仅具有良好的幅度相位特性而且设计简便，是功率合成、天线阵列、混频器等微波电路设计中重要的组成部件。由于单节 Wilkinson 功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用，为了增加带宽，实现宽频化，笔者采用多节 λ / 4 阻抗变换器，采用多节阻抗变换方式设计了宽带Wilkinson 功分器。.

工作原理

二等分功分器是三端口网络，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 Wilkinson 功分器在简单功分器中引入隔离电阻 R，从而实现各端口的匹配及输出端口间的高度隔离。引入 R 后，功分器变为有耗三端口网络，因此可以实现各端口的匹配以及隔离。图 1 是一个二等分微带 Wilkinson 功分器的示意图。

在图 1 中，输入与输出微带线的特征阻抗都是系统阻抗 Z0，输入与输出口间的传输线长均为 λ / 4，特征阻抗为 2 Z0，从而实现阻抗变换。输出端口 2 和 3 的隔离通过隔离电阻 R 实现。由电路的对称性可知，当信号从 1 端口输入时，在 2，3 端口得到大小相等、相位相同的输出信号。由于电阻 R 两端等电位，故 R 上没有电流流过，相当于 R 不起作用。而当 2 端口有信号输入时，它就分两路到达 3 端口。适当选择电阻以及焊接位置可以使两路信号相互抵消，从而使 2、3 端口得到隔离，在二等分功分器中 R = 2Z0。

由于单节 Wilkinson 功分器工作带宽较窄，不能实现器件的宽带化。为了进一步加宽工作频带，可以用多节的宽频带功分器，即和其他宽频带器件一样，可以增加节数，即增加 λ/4 线段和相应的隔离电阻R的数目[7]。图2是多节宽带功分器的结构示意图。

图 2 所示的多节宽带功分器采用了多节阻抗变换器的形式，每节微带线的特征阻抗分别为 Z1、Z2、Z3……Zn，电阻 R1、R2、R3……Rn 分别为每一节的隔离电阻。本文所设计的多节宽带功分器采用多节 λ/4 阻抗变换器，即各段传输线长度均为 λ/4。在多节阶梯式阻抗变换器中，若各阶梯阻抗所产生的反射波彼此抵消，便可以使匹配的频带得以展宽。通常选择的节数越多，功分器的工作频带越宽，但同时尺寸也越大，传输线的损耗也会增加，所以选择合适的节数是关键。