摘 要

Wilkinson功率分配器是用于分离或组合信号的射频和微波领域中众所周知的器件。它由简单的传输线和电阻组成，并利用四分之一波长传输线段的特性提供理想的功率分配器特性。有两个不同的Wilkinson功率分配器设计为在1GHz附近运行，并使用典型的微波电路模拟软件ADS进行仿真。两个功率分配器都具有独特的设计，以帮助确定微带功分器的结构会如何影响隔离和回波损耗以及带宽。对一般Wilkinson功率分配器原理图进行电路分析，以提供对器件特性的了解。对两个不同设计功率分配器进行了仿真，并提供仿真性能参数结果。从这次设计得出的结论是，Wilkinson功率分配器可以很好的的对一个信号进行分解，从窄带到宽带的变化过程中，它们的结构组成具有相似性，表明Wilkinson功率分配器设计的共性。特别地，这种一致性可以使微波射频电路构成模块化，非常有利于微带电路的设计和应用。

关键字：Wilkinson功率分配器，1GHz，ADS仿真，S参数

Abstract

  The Wilkinson power divider is a well-known device in the field of radio frequency and microwave for separating or combining signals. It consists of a resistor and simple transmission line , and uses the characteristics of the quarter-wavelength transmission line to provide the ideal power divider characteristics. Two different Wilkinson power divider are designed to run near 1 GHz and simulation uses typical microwave circuit simulation software ADS. Both power dividers have a unique design to help determine how the structure of the microstrip divider affects isolation and return loss and bandwidth. Use a circuit analysis of the general Wilkinson power divider schematic to provide insight into device characteristics.Two different designs of power divider are simulated and the result of simulation performance parameters is provided. The conclusion from this design is that the Wilkinson power divider can be a good decomposition of a signal.From narrow band to broadband, their structural composition is similar. This shows Wilkinson power divider design commonly. In particular, this consistency can make the microwave RF circuit modular, and it can be conducive to the design and application of microstrip circuits.

Key words: Wilkinson power divider, 1GHz, ADS simulation, S parameter

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 微波基础 3

1.3 .1 背景 3

1.3.2 功率分配器的类型和属性 5

1.3.3 威尔金森功率分配器 7

1.4 章节介绍 9

第2章 功率分配器的理论与设计 11

2.1 奇偶模分析 11

2.1.1 奇模分析 12

2.1.2 偶模分析 14

2.1.3 入射电压和反射电压和散射矩阵 16

2.2 微带尺寸和计算 16

2.2.1 微带背景 16

2.2.2 Wilkinson微带尺寸 18

第3章 功率分配器的ADS仿真 20

3.1 功率分配器的技术指标 20

3.1.1 工作频率范围 20

3.1.2 每个端口的电压驻波比和反射系数 20

3.1.3 两支路的功分比 20

3.1.4 输入端口的回波损耗 20

3.1.5 插入损耗 21

3.1.6 支路端口的隔离度 21

3.2 功率分配器的原理图设计与仿真 21

3.2.1 均分的Wilkinson功率分配器参数 24

3.2.2 原理图设计 24

3.2.3 参数计算 25

3.2.4 运行结果 28

3.2.5 版图生成 30

3.3 功率分配器的优化 31

第4章 结论 35

参考文献 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

在微波系统里，常常会出现这种时候，有几种器件会同时需要电源，而只提供了一个单独的射频电路源，或者需要的射频电路功率电平远远大于单个设备可提供的功率水平。后一种情况，就需要几个设备一起提供功率，从而满足功率分配/合成电路的需求。功率分配器/合成器在很多情况中都有应用，例如它们在参考信号和测量信号必须跟踪的测试设置中用作信号的分配器，另外它们可以用在在混频器电路中，将一个输入信号同相地提供给一对平衡混频器，同时它们可以用在组合来自更多数量的半导体振荡器或放大器的功率时，以及在要由单个源进行同相供电的多个天线情况下亦可以使用功率分配器/合成器。 虽然功率分配器和功率合成器在许多微波电路中是不可分割的一部分，但这里我们重点研究功率分配器的功能。在射频和微波领域内，功率分配器多年来一直处于突出的角色。功率分配器的主要功能是根据电路和系统的需要将给定的输入信号分为两个或更多个信号。功率分配器的典型应用是分离信号以馈送多个低功率放大器，然后将来自放大器的信号重新组合成高功率输出信号。另一个功率分配器应用是在相控天线阵列系统内。在这个系统中，一个信号要么通过一个相等的均分功率分配器进行馈送，该功率分配器具有特定数量的输出端口，要么通过一系列相等的均分功率分配器。分割信号然后通过移相器馈送到发射天线阵列。正在发送的每个信号之间的相位差允许电子束扫描，也允许发送的光束根据相位差在不同的方向聚焦。然而，构造的功率分配器是等分的两端口设备，而天线阵列通常使用多于两个的天线。因此，如果在天线阵列中使用这种功率分配器设计，则可能需要使用多个功率分配器来将信号分成多于两个信号，并进一步缩小或聚焦光束。

要实现功率分配，有许多路都可以走。将这些方式笼统的分类一下，通常可归为三种类别。电阻分配器具有许多分支机构的能力，但缺乏隔离，因此，需要附加电路来提供应有的隔离。另一种是N路的同轴结，这种类型是混合功率分配器，它在用合适的终端是时拥有内置隔离。第三种是Wilkinson系的功率分配器^[1]。