功率分配器的設(shè)計(jì)與仿真

功率分配器（簡稱功分器）是射頻、微波電路系統(tǒng)中的基本電路，他是一種將輸入信號功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端口網(wǎng)絡(luò)，廣泛地應(yīng)用于控陣?yán)走_(dá)，多路中繼通信機(jī)等射頻微波系統(tǒng)中。接下來將從：功率分配器基本原理和指標(biāo)參數(shù)、功分器指標(biāo)參數(shù)、步驟開始展開。

功率分配器基本原理和指標(biāo)參數(shù)

Willinson 功分器輸出端口具有良好的寬頻帶和等相位的特性。功分器由兩段四分之一波長的傳輸線構(gòu)成，其輸入線和輸出線特性阻抗都是Z0，輸入與輸出口之間的分支線特性阻抗為Z，線長為λ/4。對功分器的基本要求是：當(dāng)端口2和3接匹配負(fù)載時(shí)，在輸入端口1處無反射，反過來，對端口2和端口3也是如此。端口2和端口3的輸出功率等分，且兩端口之間互相隔離。

功分器指標(biāo)參數(shù)

1、工作頻率

功率分配器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與工作頻率密切相關(guān)，工作頻率是各種微波或射頻電路，功率分配工作前提，所以必須首先要明確功率分配器的工作頻率。

2、功率容量

大功率分配器及合成所能承受的最大功率也不能超過功率容量，功率容量是選擇何種形式的傳輸線的依據(jù)之一。一般來說，傳輸線承受功率由小到大的順序?yàn)槲Ь€、帶狀型、同軸型、空氣帶狀線、空氣同軸線，要根據(jù)承受功率的要求來選擇何種傳輸線。

3、回波損耗

一般回波損耗要盡可能大于20dB;S11,S22,S33S;

4、隔離度S23，盡可能大于20dB

5、插入損耗，S21、S31，對于理想的等分功分器，兩輸出端口的插入損耗在設(shè)計(jì)的頻率處應(yīng)為3dB。然而在實(shí)際的制作中，考慮到基片損耗，加工工藝，一般插入損耗不超過3.5dB。

功率分配器實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

工作頻率2.4GHz

回波損耗S11、S22、S33小于-15dB

插入損耗S21、S31大于-4dB

隔離度S23小于-20dB。

確定功分器設(shè)計(jì)指標(biāo)后，就可以進(jìn)行功分器的設(shè)計(jì)和仿真了。

步驟

1、和之前一樣，新建工程和電路原理圖

2、添加微帶天線并對其進(jìn)行設(shè)置，在進(jìn)行添加微帶線控制器MSUB時(shí)，需要進(jìn)行設(shè)置。

寫到這里就需要總結(jié)下PCB的板材了。這里可以參考PCB板材介紹 - 百度文庫 (baidu.com)進(jìn)行了解，我對這個(gè)還沒有專門的研究過，我這里就不進(jìn)行介紹了，之前看過一本PCB制板的書講的特別詳細(xì)，有時(shí)間整理下。

3、設(shè)置完成之后，按照書上《ads射頻電路設(shè)計(jì)與仿真》的進(jìn)行設(shè)置

H=0.8mm，表示微帶線基板厚度0.8mm。

Er=4.3，表示微帶線相對介電常數(shù)為4.3。

Mur=1，表示微帶線相對磁導(dǎo)率為1。

Cond=5.88e+7，表示微帶線電導(dǎo)率為5.88e+7。

Hu=1.0e+33mm，表示微帶線封裝高度為1.0e+33mm。

T=0.03mm，表示微帶線金屬層厚度0.03mm。

TanD=1e-4，表示微帶線損耗角正切1e-4。

Rough=0mm，表示微帶線表面粗糙度為0mm。

4、和之前一樣，計(jì)算微帶線的長度和寬度。當(dāng)輸入特性阻抗為Z0時(shí)，四分之一微帶線的特性阻抗為。本次設(shè)計(jì)中的微帶線的工作頻率為2.4GHz，特性阻抗為Z0為50Ω，則微帶線的特性阻抗為70.7Ω。最后計(jì)算出來的微帶線長度是18.6104mm，寬度是1.238520mm.

5、完成電路圖。

在微帶仿真中，線性元件是多層傳輸線元件，它模擬了一個(gè)直線傳輸線、彎曲傳輸線、三通或由技術(shù)線型定義的截面的交叉結(jié)點(diǎn)。

這里用到的仿真面板是：TLines-Microstrip，可以通過幫助文檔知道這些控制面板的功能以及設(shè)置。

例如：MSUBST：微帶3層的襯底

通過同樣的方法可以知道TLines-Microstrip的其他控件，這里就不一一介紹了。

在我們的的設(shè)計(jì)中，首先放置MLIN、Mcurve和MTEE，分別是直線傳輸線、彎曲傳輸線和三通傳輸線，還有隔離電阻。

輸入，連線如下。

功分器一路分支電路如下設(shè)置

繼續(xù)添加隔離電阻TFR，并進(jìn)行設(shè)置

繼續(xù)畫一條輸出支路

最后進(jìn)行連線，整體電路如下

6、在原理圖窗口中選擇變量按鈕，添加w1、w2和l1，w1設(shè)置為1.52mm。并對w2和l1設(shè)置優(yōu)化范圍，這個(gè)之前設(shè)置過。

7、添加優(yōu)化控制器和目標(biāo)控件，如下：

設(shè)置如下：

8、添加S參數(shù)仿真控件，并進(jìn)行如下設(shè)置：

9、進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化之后進(jìn)行仿真。

10、優(yōu)化之后對生成版圖，講輸入輸出電阻屏蔽

如果字太大或者太小，進(jìn)行如下設(shè)置，之后重新生成一編。

如上一篇所講進(jìn)行設(shè)置，可以得到如下所示的仿真圖形，同樣要對PCB的板材進(jìn)行設(shè)置。