原创 宽带Wilkinson功分器的设计

2013-2-19 14:34 3107 23 25 分类: 通信
 
1359621209_6d75ab73.jpg
1359622010_2fe8e439.jpg

 人类进入二十世纪以来,随着现代电子和通信技术的飞速发展,信息交流越发频繁,各种各样的电子电汽设备已经大大影响到各个领域企业及家庭。无论哪个频段工作的电子设备,都需要各种功能的元器件,既有如电容、电感、电阻、功分器等无源器件,以实现信号匹配、分配、滤波等;又有有源器件共同作用。微波系统不例外地有各种无源、有源器件,它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换。现代无源器件中,微带功分器从质量及重量上都日显重要。

 
     在微波电路中,为了将功率按一定的比例分成两路或者多路,需要使用功率分配器。
 
1359619991_adf92f73.jpg
 
 功率分配器反过来使用就是功率合成器,所以通常功率分配/合成器简称为功分器。在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器,而且功率分配器常是成对的使用,先将功率分成若干份,然后分别放大,再合成输出。
 
1359620046_885ec84b.jpg
 1960年,Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N端口功分器。以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。最初它的原始模型是同轴形式,此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展,工程中大量使用的是微带线形式,大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。
 
1359620105_d6d7cfef.jpg
 
在毫米波雷达固态发射机中,为了提高系统的输出功率,往往要采用功率分配/合成器,而Wilkinson功分器由于其自身结构的特点具有良好的特性是在毫米波微波大功率系统中应用最广泛的一种形式。功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络,如图4所示,即为N路功率分配器的基本原理图。
 
      实现宽带功分器的方法由于单节M4阻抗变换器工作带宽为窄带,不能实现宽带功分器。因此本文采用多节阻抗变换器相级连的方式来展宽工作频带。在多节阶梯式阻抗变换器中,若各阻抗阶梯所产生的反射波彼此抵消,便可以使匹配的频带得以展宽。为了便于分析,取多节变阻器具有对称结构,即变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等。

1359622010_2fe8e439.jpg

800-2500MHz二功分器PCB设计版图
 
 
      设计一个2路3节分配器,其频带范围为0.8~2.7GHz,路间一致性小于1°,隔离大于22 dB,驻波小于1.3。那么,利用前述公式并取阻抗变换比R恒为2,即可求出变换节阻抗Zi和隔离电阻Ri(i=1,2,3,…,m),求出R1为100Ω,R2为240Ω,R3为300Ω
进行电路的路仿真时,各元件基本是相互独立的,而在实际的电路中,由于场的存在,各相邻的元件间难免存在一定的耦和互扰,频率越高,对电路的性能影响越大。因此我们在电路优化的基础上对版图进行电磁场仿真,对电路的无源部分进行适当的调整,以减小耦合,改善电路的性能。在进行电磁场仿真时为了对电路的调整具有针对性,在layout中进行适当调整。  
1359620602_346a044d.jpg

1359620602_346a044d.jpg

 用ADS仿真的建模

 
 
首先将在原理图中仿好的电路图生成版图,再加上信号端口和内端口,设置好参数后进行momentum仿真,在momentum中仿好以后,生成s参数模型,再带回电路中仿真,这样可以得到较为准确真实的结果。

1359640762_2fa734ac.jpg

宽带Wilkinson功分器产品实物照片
 
 
      下面是这个二功率分配器的实测数据,曲线:

1359621166_c6a22622.jpg

二功分器的实测 S11  (800MHz-2500MHz)
 

1359621209_6d75ab73.jpg

二功分器的实测 插入损耗
 
1359621236_72a165bd.jpg
二功分器的实测 S22
 文章链接:http://rf.eefocus.com/dongxl/blog/13-01/291349_b55fa.html
PARTNER CONTENT

文章评论2条评论)

登录后参与讨论

用户377235 2015-8-16 08:26

学习了。

用户377235 2013-2-13 11:16

好啊。支持!
相关推荐阅读
用户1228881 2015-08-29 19:51
【TI博客大赛】用X参数协助MMIC设计【1】
用X -参数的模型可以提供对无线系统,包括放大器和混频器的关键部件线性和非线性参数的理解。       设计MMIC最常用的方法,以准确描述射频/微波元件的线性条件,通过的S -参数的允许条件...
用户1228881 2015-07-19 19:31
【博客大赛】节点嵌入式系统的研发【2】
三、项目分析: (一) 项目实施目标、主要内容; 本项目是“感知环境,智慧环保”环境监控物联网应用工程的核心。“感知环境,智慧环保”环境监控物联网应用示范工程针对环保部门对水体、大气、噪声...
用户1228881 2015-07-18 18:11
【博客大赛】节点嵌入式系统的研发【1】
一、市场分析: (一)市场前景:科技发展的脚步越来越快,人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术,也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成...
用户1228881 2015-03-12 23:34
无人机的发展方向
  无人机可以在复杂的天气,地震灾害,水灾,以及边远地区进行拍照,通讯联系,抢险,完成非常有难度的任务。也可以在军事领域,以小的代价取得高性价比的战役胜利。  在反航母战中,无人机会充当通信中...
用户1228881 2014-12-30 17:30
最新DDR 信号分析方法
现在示波器上的DDR 物理层信号分析方案,都是针对JEDEC 规范的一致性 测试。在这种方案中,分析软件会按照JEDEC 规范分析DDR 信号的各种参数, 并判断测试结果Pass 或者Fa...
用户1228881 2014-11-30 20:03
三星的衰落???
三星集团是韩国最大的企业集团,包括26个下属公司及若干其他法人机构,在近70个国家和地区建立了近300个法人及办事处,员工总数19.6万人,业务涉及电子、金融、机械、化学等众多领域。集团旗下3家企业进...
EE直播间
更多
我要评论
2
23
关闭 站长推荐上一条 /3 下一条