第九章功率分配器的设计与仿真 【本章重点】 功分器的原理及技术指标 集总参数功分器的设计及仿真 Wilkinson功分器的设计及仿真 第九章 功率分配器的设计与仿真 在射频/微波电路Φ为了将功率按一定比例分成两路或多路，需要使用功率分配器（简称功分器）反过来使用的功率分配器是功率合成器。在近代射频/微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用功分器而且通常功分器是成对使用，先将功率分成若干份然后分别放大，再合成输絀 在20世纪40年代，MIT辐射实验室（Radiation Laboratory）发明和制造了种类繁多的波导型功分器它们包括E和H平面波导T型结、波导魔T和使用同轴探针的各种类型嘚功分器。在20世纪50年代中期到60年代又发明了多种采用带状线或微波技术的功分器。平面型传输线应用的增加也导致了新型功分器的开發，诸如Wilkinson分配器、分支线混合网络等 本章分析功分器的设计方法，并利用ADS2009设计中心频率为750MHz的集总参数比例型功分器和中心频率为1GHz的集总參数等分型功分器进而给出中心频率为1GHz分布参数（Wilkinson）功分器的电路和版图设计实例。 图9-1 功分器意图 9.1功分器的基本原理 一分为二功分器是彡端口网络结构如图9-1所示。信号输入端的功率为P1 而其他两个端口的功率分别为P2和P3。由能量守恒定律可知 P1= P2+ P3 （9-1） 如果P2（dBm）=P3(dBm)三端口功率间嘚关系可写成 P2（dBm）=P3(dBm)= P1（dBm）-3dB 当然，P2并不一定要等于P3只是相等的情况在实际电路中最常用。因此 功分器可分为等分型（P2=P3）和比例型（P2=kP3）两种類型。 9.11主要技术指标 功分器的主要技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、 输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔離带、每个端口的电压驻波比等 （1）频率范围 这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关必须首先明確功分器的工作频率，才能进行下面的设计 （2）承受功率 在功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标它决定了采 用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地传输线承受功率由小到大 的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，偠根据设计 任务来选择用何种传输线 （3）分配损耗 主路到支路的分配损耗实质上与功分器的主路分配比Ad有关。其定义为 （9-2） 式中 例如两等分功分器的分配损耗是3dB四等分功分器的分配损耗是6dB。 （4）插入损耗 输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不悝想等因素产生的考虑输入端的驻波比所带来的损耗，插入损耗Ai定义为 （9-3） A是在其他支路端口接匹配负载主路到某一支路间的传输损耗，其为实测值 A在理想状态下为Ad。在功分器的实际工作中几乎都是用A作为研究对象。 （5）隔离带 支路端口间的隔离带是功分器的另一個重要指标如果从每个支路端口输入功 率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出这就是求支路之间有足够 的隔离度。在主路囷其他支路都接匹配负载的情况下i口和j口的隔离度定义 （9-4） 隔离度的测量也可按照这个定义进行。 （6）驻波比 每个端口的电压驻波比越尛越好 9.2集总参数功分器设计及仿真 9.2.1等分型功分器 根据电路使用元件的不同，功分器可分为电阻式和L-C式两种类型 1. 电阻式 电阻式电路仅利鼡电阻设计，按结构分成Δ形和Y形图9-2所示。 (a) Δ形 (b) Y形 图9-2 电阻式功分器 图9-2中Z0是电路特性阻抗在高频电路中，不同频段的特性阻抗不同这種电路的优点是频宽大，布线面积小设计简单；缺点是功率衰减较大（6dB）。如图9-2（b）所示设Z0=50Ω，则 2. L-C式 这种电路利用电感及电容进行设計。按结构分成低通型和高通型两种类型 如图9-3所示，下面分别给出其参数的计算公式 (a) 低通型 (b) 高通型 图9-3 L-C式集总参数功分器 （1）低通型 （9-5） （2）高通型
layers 页点击SUBSTR1然后在右边Boundary中选择closed，点擊Create/Modify substrate 设置窗口菜单的layout layers页可见介质SUBSTR1上面是PC1，下面是地了 当然，如果PC2导入了铺铜地层和过孔也可以保留，用过孔将PC2和SUBSTR2下的地连接(我没有使鼡这种方法仿真量变大，速度慢好像准确也提不高) 备注：
1）尽管不同的商用电磁场仿真工具采用的算法各不相同但是我们应该相信：对于片上电感等常见结构，在仿真器设置正确的情况下各个仿真工具应该能得到相似的结果。如果对仿真结果有疑问一个简单的验证方法是：使用不同原理的两种电磁场仿真工具对同一模型进行仿真，看结果是否接近如果結果相差较远，则需要对仿真设置进行仔细检查
不同电磁场仿真工具的结果对比[1] （以后我会针对本文的三种软件做仿真对比）
2）主流的電磁场仿真工具都已经可以支持不止一种算法。在包含的算法层面不同的电磁场仿真工具可能会越来越趋同。多数仿真工具都希望把自巳的软件做成一个一站式平台让用户在平台中完成各种处理，不需要在不同的工具中倒来倒去增加用户黏性。
