一種寬帶功率分配器的設計

摘要：利用軟件模擬生成多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功率分配器，本寬帶功率分配器工作頻率為1～8 GHz；傳輸損耗<3.8 dB；端口隔離度>20 dB；端口駐波比<1.3；端口具有隔離直流信號的功能、該分配器設計成無源器件具備功能多、用途廣、質(zhì)量可靠等優(yōu)點。

關鍵詞：寬帶；Wilkinson；駐波比；隔離度

1.引言

目前微波通訊、雷達等測試系統(tǒng)復雜，測試指標多。現(xiàn)在一些衛(wèi)星通訊、無人偵察機等項目，頻段已經(jīng)達到C（4-8GHz）或X（8-12GHz）波段。現(xiàn)在經(jīng)常使用分配器，主要集中在P、L（1-2GHz）、S（2-4GHz）波段；這些微波功率分配器工作帶寬窄，通用性差。在實際系統(tǒng)測試過程中要常常配備不同波段的微波功率分配器。同時這類分配器沒有隔離直流信號的功能，在實際工作中如果某一微波信號串入直流信號往往會造成微波測試儀表及設備的損壞，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

本文主要闡述：一種寬帶微波功率分配器設計，同時該分配器具有較寬工作帶寬、端口具有隔離直流信號的功能、該分配器設計成無源器件具備功能多、用途廣、質(zhì)量可靠等優(yōu)點。

2.寬帶功率分配器的研制

寬帶（1-8 GHz）功率分配器的研制主要分為以下幾個過程：功率分配器的指標設計、利用ADS 軟件模擬生成多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功率分配器、寬帶功率分配器功能設計、寬帶功率分配器性能指標仿真測試等幾個步驟。

2.1功率分配器的指標

雷達測試系統(tǒng)經(jīng)常涉及到本振信號、時鐘信號、DDS信號，信號的波段覆蓋L、S、C波段，為了提高功率分配器在測試系統(tǒng)使用頻率，本寬帶微功率分配器工作頻率為1～8GHz；傳輸損耗<3.8 dB；端口隔離度>20 dB；端口駐波比<1.3。

2.2 多節(jié)Wilkinson 結(jié)構(gòu)寬帶功分配器設計

多節(jié)分配器的臂長與電長度直接相關，因此工作頻率越低，臂長越長。因此可采用多節(jié)阻抗變化級聯(lián)的形式，實現(xiàn)寬帶功率分配；理論分析：功率分配器的節(jié)數(shù)越多工作帶寬越寬，但插入損耗也越大，應根據(jù)設計指標，合理地選擇功率分配器的節(jié)數(shù)。

結(jié)合ADS 軟件的快速仿真和HFSS 軟件的精度，設計出該功率分配器的尺寸見圖一。

2.3 寬帶功率分配器功能計

功率分配器具有隔離直流信號功能，設計C1、C2、C3 三個隔離直流信號電容，電容額定電壓63V，容值180pF；

端口隔離度設計指標要不小于20 dB，輸入輸出端口的特性阻抗均為Z0=50Ω，端口特性阻抗為 Z0的微帶線，長度為λ/4，實現(xiàn)阻抗的變換。由于電路的對稱性，當信號從端口輸入微波信號以后，會在兩路輸出端口得到功率相同、相位相同的兩路信號，由于電阻R 的兩端電位相同，因此沒有電流通過。達到信號隔離的效果。同時為實現(xiàn)輸出端口的良好的駐波比，隔離電阻R 的阻值為2 Z0。所以R1-R6選擇100Ω的功率電阻；

2.4 寬帶功率分配器仿真圖分析

寬帶功率分配器完成設計后，利用微波軟件對Wilkinson功率分配器理想模型進行模型與優(yōu)化，仿真結(jié)果見圖三、圖四、圖五。

從仿真圖三中可以看出，帶內(nèi)損耗最大只有3.5dB，但是實際寬帶功率分配器在1-8 GHz帶寬內(nèi)的損耗達到3.7dB，比理想情況稍大一些，能夠滿足設計要求；同時駐波比和輸入端口隔離度能優(yōu)于設計指標。

基于HFSS 仿真軟件，利用6節(jié)λg /4 阻抗變換器設計了一種1 -8 GHz 超寬帶Wilkinson 功率分配器。根據(jù)理論分析得到功率分配器各節(jié)微帶線的寬度、長度和隔離電阻，并構(gòu)造出了理想仿真模型。寬帶功率分配器在測試過程中相比于理想仿真的性能略有下降，但是其傳輸損耗、隔離度、駐波等指標依然可以達到要求。

3.結(jié)論

本寬帶微波功率分配器頻段為1-8GHz，具有較寬的工作帶寬；同時各個端口之間具有隔離直流信號的功能，能有效的保護儀表及設備的使用安全（直流信號對微波儀表具有致命性損壞）。同時寬帶微波功率分配器為無源器件，本分配器使具有用方便及適用范圍廣等特點。

參考文獻

[1] 焦永昌，廖小平. 功率分配器的模擬與設計[ J] . 傳感技術(shù)學報，2008（3）

[2] 曾文等. 超寬帶技術(shù)在工業(yè)通信中的應用研究[ J] . 儀器儀表學報，2006（S1）

作者簡介：桑飛（1977），男，安徽太和人，本科，從事微波收發(fā)數(shù)字組件工作。

（作者單位：中國電子科技集團 第三十八研究所）