威爾金森功分器的設(shè)計(jì)

1、綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：綜合課程設(shè)計(jì)（微波組）實(shí)驗(yàn)名稱：威爾金森功分器的設(shè)計(jì)院（系）：信息科學(xué)與工程學(xué)院一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解功分器電路的原理和設(shè)計(jì)方法；2 .學(xué)習(xí)使用Microwaveoffice軟件進(jìn)行微波電路的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、仿真;3 .掌握功率分配器的制作及調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理Wilkinson功率分配器根據(jù)微波網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)于三端口網(wǎng)絡(luò)，匹配、互易、無(wú)耗三者中，只能有兩個(gè)同時(shí)滿足。Wilkinson功率分配器是一個(gè)有耗的三端口網(wǎng)絡(luò)（如圖1.1所示），它通過(guò)在輸出端之間引入特性阻抗為2Z0的電阻，實(shí)現(xiàn)了理想的功率分配與功率合成。用于功率分配時(shí)，端口1是輸入端，端口2和端口3是輸出端；

2、用于功率合成時(shí)，端口2和端口3是輸入端，端口1是輸出端。可以制成任意功率分配比的Wilkinson功率分配器，本實(shí)驗(yàn)只考慮等分（3dB）的情況，其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。由兩段微帶線與輸出端之間的電阻構(gòu)成，兩段微帶線是對(duì)稱的，其特性阻抗為V2Z0,長(zhǎng)度為q/4,并g聯(lián)電阻值為2Z0o圖1.2微帶線形式的等分Wilkinson功分器三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和設(shè)計(jì)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 ,了解Wilkinson功分器的工作原理；2 .根據(jù)指標(biāo)要求，使用Microwaveoffice軟件設(shè)計(jì)一個(gè)Wilkinson功分器，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、仿真。設(shè)計(jì)指標(biāo)在介電常數(shù)為4.5,厚度為1mm的FR4基片上（T取0.036mm,L

3、osstangent取0.02）,設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為f=3.2GHz、帶寬為200MHz,用于50歐姆系統(tǒng)阻抗的3dB微帶功分器。要求：工作頻帶內(nèi)各端口的反射系數(shù)小于-20dB,兩輸出端口間的隔離度大于25dB,傳輸損耗小于3.5dB。功分器的參考結(jié)構(gòu)如1.3圖所示。在設(shè)計(jì)時(shí)要保證兩個(gè)輸出端口之間的距離大于10mm,以便于安裝測(cè)試接頭；同時(shí)為了便于焊接電阻，d要為2.54mm左右。圖1.3Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要是以功分器的S參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化仿真。S21、S31是傳輸系數(shù)，反映傳輸損耗；S11、S22、S33分別是輸入輸出端口的反射系數(shù)；S23（或S32）反映了兩

4、個(gè)輸出端口之間的隔離度。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程1.計(jì)算四分之一波長(zhǎng)傳輸線的阻抗和并聯(lián)電阻的值。系統(tǒng)阻抗Z0=50Q;并聯(lián)電阻2Z0=100Q;四分之一波長(zhǎng)傳輸線的阻抗2Z0=70.7Q2.采用TXLINE.EXE等軟件，計(jì)算四分之一波長(zhǎng)傳輸線的尺寸（尺寸精度至U0.01mm）。用此方法計(jì)算可得：70.7w應(yīng)的尺寸為W=0.97mmL=12.95mm50Q對(duì)應(yīng)的尺寸為W=1.89mmL=12.58mm五、微波元件的電路仿真?電路圖瞰恥W4ITrm鐐變暗fc3m-NUJ3UB/：L4m-T=tfC3Se戰(zhàn)B14a=3.3BH日腌:就卸ULjNPORT叱丁小二;1Yfu即am工的dmL嗨陽(yáng)mKINID=T

5、L5忙mnL-Kjwn&W=0gTmLmnM：EID=TL?W-U5.ii.nW?=0.97mrrW3=1NflitUiLfiViID-TL4WH/訓(xùn)挑司L年Kiftncn心I;一-:一丁HCRE昨，產(chǎn)典創(chuàng)叫,*G二叨因一12巾住uTg；mW*t里flf酢此也-FtiLHTeNUH翁上MBmL-irr(I曲E_皿氣88”1上圖中間5段微帶線的長(zhǎng)度應(yīng)該滿足下式:x+2y-1.27+6.28=12.95即四分之一波長(zhǎng)傳輸線的長(zhǎng)度x=2;y=(7.94-x)/2?仿真圖六、實(shí)物制版與測(cè)試3?測(cè)試測(cè)試端口1和端口2,端口3加上負(fù)載電阻1:累IX/u.ITT；.，1Zj一1rg中二；ra-lU=*3,2

6、D-i.3000G以3-4Utirtw士比一YU-LKJnJ一Trt-ZU由八*oUTrc2Trc3ETrc4學(xué)固dBMagdBMagdBMaglOdBrlOdBZ10de，RefOdBRefOdBRefOdBCalCalCalCH1Start10MHzPwr0dBmStop6GHzDace：23.DEC,201302:52:51測(cè)試端口1和端口3,端口2加上負(fù)載電阻Trc2dBMaglOdBJRefOdBCal1Trc3dBMaa10dBReJOdBCalTrc4甌flQdBMag10dB/RefOdBCal1一_一.rqfdww尸j二一I-ri更甲tK知3恒aci1bM-他3iz-QA：r

7、W-jtfTrTkJ,L-ILar,d-20k/，11.工1T士13.203000GHz-3465dB-CHJ-/uOrt-LKJUvCh1Start10MHzPwr0dBmStop6GHzDace:23-口EC.NQLi54七、分析與討論(1)使用Microwaveoffice軟件設(shè)計(jì)電路圖，其仿真結(jié)果是在中心頻率3.2GHz附近200MHz的帶寬內(nèi)傳輸損耗小于3.5dB,3.1GHz處為3.4632dB,3.3GHz處為3.4977dB,符合設(shè)計(jì)要求。在實(shí)物測(cè)試的圖中，S21為3.594dB,略大于3.5dB,可能是由于測(cè)試接頭與微帶線電路間沒(méi)有焊接固定，或是部分PCB板的微帶線端距離邊緣

8、有一定間距。S31為3.465dB,小于3.5dB,符合要求。(2)仿真圖中S11、S22、S33都小于-20dB,符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)物測(cè)試的圖中S11、S22、S33也都小于-20dB,符合設(shè)計(jì)要求。(3)仿真圖中S32在3.3GHz處為-27.208dB,小于-25dB,由于S32曲線在小于3.3GHz的地方者M(jìn)氐于3.3GHz處的值，所以兩輸出端口見(jiàn)的隔離度在帶寬范圍內(nèi)符合要求。八、結(jié)論這次實(shí)驗(yàn)最后實(shí)物測(cè)試的結(jié)果符合要求，在與其他用導(dǎo)入方法的同學(xué)比較之后,我想可能是因?yàn)樵赑CBfe上制圖我采用的是手動(dòng)繪制的方法,比較準(zhǔn)確，每段微帶線相互連接的比較緊密。我認(rèn)為微波器件設(shè)計(jì)這門(mén)課是比較有趣的一門(mén)課，每一節(jié)課既學(xué)到了理論知識(shí)，有能夠自己動(dòng)手用軟件畫(huà)電路、仿真，這樣理論與實(shí)踐結(jié)合在一起很能夠幫助我們學(xué)生掌握知識(shí)，而且最后還能拿到自己親自畫(huà)的PCB板的實(shí)物，雖然是很簡(jiǎn)單的一個(gè)小器件的設(shè)計(jì)，但是做出來(lái)還有小有成就感的