功率分配器的设计与仿真

功率分配器（简称功分器）是射频、微波电路系统中的基本电路，他是一种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网络，广泛地应用于控阵雷达，多路中继通信机等射频微波系统中。接下来将从：功率分配器基本原理和指标参数、功分器指标参数、步骤开始展开。

功率分配器基本原理和指标参数

Willinson 功分器输出端口具有良好的宽频带和等相位的特性。功分器由两段四分之一波长的传输线构成，其输入线和输出线特性阻抗都是Z0，输入与输出口之间的分支线特性阻抗为Z，线长为λ/4。对功分器的基本要求是：当端口2和3接匹配负载时，在输入端口1处无反射，反过来，对端口2和端口3也是如此。端口2和端口3的输出功率等分，且两端口之间互相隔离。

功分器指标参数

1、工作频率

功率分配器的设计结构与工作频率密切相关，工作频率是各种微波或射频电路，功率分配工作前提，所以必须首先要明确功率分配器的工作频率。

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过功率容量，功率容量是选择何种形式的传输线的依据之一。一般来说，传输线承受功率由小到大的顺序为微带线、带状型、同轴型、空气带状线、空气同轴线，要根据承受功率的要求来选择何种传输线。

3、回波损耗

一般回波损耗要尽可能大于20dB;S11,S22,S33S;

4、隔离度S23，尽可能大于20dB

5、插入损耗，S21、S31，对于理想的等分功分器，两输出端口的插入损耗在设计的频率处应为3dB。然而在实际的制作中，考虑到基片损耗，加工工艺，一般插入损耗不超过3.5dB。

功率分配器实验目标

工作频率2.4GHz

回波损耗S11、S22、S33小于-15dB

插入损耗S21、S31大于-4dB

隔离度S23小于-20dB。

确定功分器设计指标后，就可以进行功分器的设计和仿真了。

步骤

1、和之前一样，新建工程和电路原理图

2、添加微带天线并对其进行设置，在进行添加微带线控制器MSUB时，需要进行设置。

写到这里就需要总结下PCB的板材了。这里可以参考PCB板材介绍 - 百度文库 (baidu.com)进行了解，我对这个还没有专门的研究过，我这里就不进行介绍了，之前看过一本PCB制板的书讲的特别详细，有时间整理下。

3、设置完成之后，按照书上《ads射频电路设计与仿真》的进行设置

H=0.8mm，表示微带线基板厚度0.8mm。

Er=4.3，表示微带线相对介电常数为4.3。

Mur=1，表示微带线相对磁导率为1。

Cond=5.88e+7，表示微带线电导率为5.88e+7。

Hu=1.0e+33mm，表示微带线封装高度为1.0e+33mm。

T=0.03mm，表示微带线金属层厚度0.03mm。

TanD=1e-4，表示微带线损耗角正切1e-4。

Rough=0mm，表示微带线表面粗糙度为0mm。

4、和之前一样，计算微带线的长度和宽度。当输入特性阻抗为Z0时，四分之一微带线的特性阻抗为。本次设计中的微带线的工作频率为2.4GHz，特性阻抗为Z0为50Ω，则微带线的特性阻抗为70.7Ω。最后计算出来的微带线长度是18.6104mm，宽度是1.238520mm.

5、完成电路图。

在微带仿真中，线性元件是多层传输线元件，它模拟了一个直线传输线、弯曲传输线、三通或由技术线型定义的截面的交叉结点。

这里用到的仿真面板是：TLines-Microstrip，可以通过帮助文档知道这些控制面板的功能以及设置。

例如：MSUBST：微带3层的衬底

通过同样的方法可以知道TLines-Microstrip的其他控件，这里就不一一介绍了。

在我们的的设计中，首先放置MLIN、Mcurve和MTEE，分别是直线传输线、弯曲传输线和三通传输线，还有隔离电阻。

输入，连线如下。

功分器一路分支电路如下设置

继续添加隔离电阻TFR，并进行设置

继续画一条输出支路

最后进行连线，整体电路如下

6、在原理图窗口中选择变量按钮，添加w1、w2和l1，w1设置为1.52mm。并对w2和l1设置优化范围，这个之前设置过。

7、添加优化控制器和目标控件，如下：

设置如下：

8、添加S参数仿真控件，并进行如下设置：

9、进行优化，优化之后进行仿真。

10、优化之后对生成版图，讲输入输出电阻屏蔽

如果字太大或者太小，进行如下设置，之后重新生成一编。

如上一篇所讲进行设置，可以得到如下所示的仿真图形，同样要对PCB的板材进行设置。