等分威尔金森功分器的设计

第2章 功分器的技术基础

功分器各个端口特性如下: 2端口1无反射

2端口2和端口3输出电压相等且同相

2端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1k2 由这些条件可以确定Z02,Z03及R2,R3的值。

由于端口“2”，“3”的输出功率和输入电压的关系为

1U21U3 P3? （2-1） P2?2R22R3因为 k2?222P3 , （2-2） P22UU则 2k2?3 （2-3）

2R22R3又因为 U2?U3 （2-4） 可得 R2?k2R3 （2-5） 若取 R2?kZ0 （2-6） 则 R3?Z0 （2-7） k由条件端口1无反射，即要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗等于Z0。由于在中心频率处??

如以输入电阻表示功率比，则

111?? （2-8） Zin2Zin3Z0?2，则Zin2?Z02Z,Zin3?03,均为纯电阻，所以 R2R3P2Zin3Z03R21 （2-9） ???22P3Zin2R3Z02k5

2电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

联立（2-8）、（2-9）可解得： Z02?Z0k?1?k2? Z03?Z0?1?k? （2-10）

2k3由于U2 和U3等幅、同相，故在端口“2”，“3”间跨接一电阻R并不影响功分器的性能。但当“2”，“3”两端口外接负载不等于R2,R3时，来自负载的反射功率便分别由“2”，“3”两端口输入，此时该三端口网络变为—功率合成器。为使“2”，“3”端口彼此隔离，须在期间加一吸收电阻R起隔离作用。

隔离电阻的值为

1??R?Z0?k?? （2-11）

k??隔离电阻R通常用镍镉合金或电阻粉等材料制成的薄膜电阻。当k?1时，上面的结果化为功率等分情况。还可以看出，输出线是阻抗R2?kZ0和R3?Z0k匹配的，而不与阻抗Z0匹配。

2.2 功分器的技术指标

1.输入端口的回波损耗

输入端口1的回波损耗根据输入端口1的反射功率Pr和输入功率Pi之比来计算：

?PrC11??10Log??P?i2.插入损耗

?????20LogS11?

输入端口的出入损耗根据输出端口的输出功率与输入端口1的输入功率Pi之比来计算：

?P2?C21??10Log??P????20LogS21

?i??P3?C31??10Log??P????20LogS31

?i?3.输出端口间的隔离度

输出端口2和输出端口3间的隔离度根据输出端口2的输出功率P2和输出

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第2章 功分器的技术基础

端口3的输出功率P3之比来计算：

S21?P2?? C23??10Log???20Log?P?S31?3?4.功分比

当其他端口无反射时，功分比根据输出端口3的输出功率P3与输出端口2的输出功率P2之比来计算：

k2?P3 P25.相位平滑度

在做功率合成应用时，功分器输出端口的相位平滑度直接影响功率合成的效率。

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第3章 ADS介绍

3.1 ADS发展概述

现在射频和微波系统的设计越来越复杂，对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多，电路的尺寸越来越小，而设计周期却越来越短，传统的设计方法已经不能满足微波电路设计的需要，使用微波EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)软件工具进行微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。

目前主流的电磁仿真软件主要基于以下三种方法：

距量法?MoM?:ADS、AnsoftDesigner、Microwave Office 有限元法?FEM?:AnsoftHFSS 、ANSYS、 EMDS 时域有限差分法?FDTD?:CSTMicrowaveStudio

目前，国外各种商业化的射频和微波EDA软件工具不断涌现，首推的是Agilent公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS Designer软件。ADS(Advanced Design System),是美国安捷伦（Agilent）公司所开发的电子设计自动化软件，功能强大，仿真手段丰富多样，包含时域电路仿真（SPICE-Like simulation）、频域电路仿真（Harmonic Balance、Linear Analysis）、三维电磁仿真（EM Simulation）、通信系统仿真（Communication System Simulation）和数字信号处理仿真设计（DSP）等，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率，是非常优秀的微波电路、系统信号链路的设计工具。ADS软件支持射频和为微波色设计工程师开发所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模块到用于通信和航天/国防的集成MMIC,是当今国内各大学和研究所使用最多的微波/射频电路和通信系统仿真软件。ADS软件版本有ADS2009、ADS2008、ADS2005A、ADS2004A等。

此外，Agilent公司还和多家半导体厂商合作建立了ADS Design Kit及Model File,以供设计人员使用。使用者可以利用Design Kit及软件仿真功能进行通信系统的设计、规划与评估及MMIC/RFIC、模拟与数字电路设计。除了上述仿真设计外，ADS软件也提供了辅助设计功能，如Design Guide以范例及指令方式示范电路活系统的设计流程，而Simulation Wizard 以步骤式界面进行电路设计与分析。ADS还能与其他EDA软件，如SPICE Mentor Graphics的Modelsim Cadence的NC-Verilog、Mathwokes的Matlab等进行协同仿真（Co-Simulation）

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