发布时间 : 星期一 文章不等分微带功分器设计 - 图文更新完毕开始阅读
杭州电子科技大学本科毕业设计
目 录
1 引言 -------------------------------------------------------------------------------------------1 2 概述 --------------------------------------------------------------------------------4 2.1 不等分功分器中的微带线 -------------------------------------------------------4
2.1.1 微带线的定义----------------------------------------------------------------------4 2.1.2 微带线的结构----------------------------------------------------------------------4 2.1.3 微带线计算-------------------------------------------------------------------------5 2.1.5 微带线常用材料-------------------------------------------------------------------6 2.2 功分器 ------------------------------------------------------------------7 2.2.1 功率分配器定义-------------------------------------------------------------------7 2.2.2 功率分配器的工作原理----------------------------------------------------------8 2.2.3 微带线功率分配器----------------------------------------------------------------9 3 总体设计 ---------------------------------------------------------------------------------12 4 软件设计 --------------------------------------------------------------------------------13
4.1 ADS软件--------------------------------------------------------------------13 4.1.1 ADS软件介绍---------------------------------------------------------------------13 4.1.2 ADS仿真分析---------------------------------------------------------------------13 4.2 总体方案-----------------------------------------------------------------------------15 4.3 程序流程 --------------------------------------------------------------------------16 5 制作与调试 --------------------------------------------------------------------------------27 5.1 硬件电路 --------------------------------------------------------------------------27
5.2 调试 --------------------------------------------------------------------------------27 结论 ----------------------------------------------------------------------------------------------31 致谢 ----------------------------------------------------------------------------------------------32 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------33
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1 引言
功分器是将输入信号功分器分成相等或者不相等的几路功率输出的一种多端口网络，广泛应用于雷达系统及天线的馈电系统中。不等分功分器按照其功率分配比有相应的设计公式可较为容易地实现[1]。
然而近几年来随着我国国民经济和科学技术的快速发展，我国的无线通信技术也得到了飞速的发展。虽然我国已经提出了具有自主知识产权的3G标准TD-SCDMA，移动运营商业正在快速的筹建TD-SCDMA网络，但是由于某些技术问题，致使我国在迈向真正的3G时代，要走的路还很长；在迈向我们的通信行业成为引领世界通信行业的巨头的时代，还会更长。通信行业是一个快速发展的行业，一个国家这个行业发展的好坏，就看这个国家拥有多少通信人才和人才的能力水平[2]。
于是人们认识到了，在移动通信或电视发射系统中，不等分功率分配器有着重要的应用价值。在许多场合，要求在水平面内的辐射场是非轴对称的。例如，对山区和海上方向的辐射场强较弱，而其他方向的辐射场强较强，这种情况，可以通过天线阵实现，也可以用功率分配器实现;然而利用同轴结构不等分功率分配器比天线阵列更能降低成本。
以往等分功率分配器均是在输人端作阻抗变换，难以实现一分四不等分功率分配器.本文采用通过阻抗变换先将输人端口的阻抗变换至所需值，然后在各个分支也进行阻抗变换的方法，实现了一分四不等分功率分配器，进而进行数值计算和电磁仿真[3]。
随着无线电通信技术的快速发展，各种通讯系统的载波频率不断提高，小型化低功耗的高频电子器件及电路设计使微带技术发挥了优势。在射频电路和测量系统中，如混频器、功率放大器电路中的功率分配与耦合元件的性能将影响整个系统的通讯质量[4]。
在现代微波通讯系统及测试仪器中，无源微波器件是十分重要的组成部分。无源微波器件可以分为功率匹配器件和频率匹配器件。功率匹配器件包括功分器，耦合器，衰减器等，这类器件工作在一定的频段上，将主信号通道上的微波传输功率分配到不同的支路上，或者把功率衰减到一定的范围。总而言之，是对功率起直接作用的无源器件。频率匹配器件如滤波器，双工器，合路器等都是将有用频段的信号，把从天线接收到的信号中选出来，在微波通讯系统中十分重要，常位于放大器的前端。我国民用的通讯频段主要集中在0.8GHz-2.5GHz。其中涵盖了：CDMA800MHz；GSM900MHz、1800MHZ；小灵通PHS1900MHZ；DCS 1700MHz；
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3G192OMHZ、2110MHz；WLAN2400MHz。不同的电信运营商，虽获得的频段略有差异，但为了系统有较大的兼容性与扩展功能，越来越要求它们有更宽的工作频带、更小的相邻信道间的干扰等。就功率匹配器件这一块来说，希望它们的工作频带都为0.8GHz-2.5GHz；而且要求器件小型化，输入、输出端口低驻波，传输通道低插损，相邻信道高隔离等。在这种设计要求下，我们设计了微带二功分器，微带定向耦合器[5]。
在实际应用中，有时候需要将信号源的功率分别馈赠给若干个分支电路。例如将发射机的功率分别馈送给天线的很多个辐射单元，就是说，进行功率分配，这就要用到各种类型传输线的分支元件[6]。
一种新的微带功率分配器（PD）是提出了一个平行耦合线（PCL）对包括地面上的缺陷，它的两个输出是由一个电阻和一个电容相连。PD是一个0.9 GHz的开发和实验结果证明它具有低插入损耗，良好的阻抗匹配和隔离。此外，第三次谐波抑制这种局部放电优于35分贝和分频器总面积只有34％的常规情况[7]。
在微波电路中，功率分配器是最基本的的元件之一。通常情况下，我们采用微波等功率分配，如经典的Wilkinson结构，易实现，性能好。然而，在有些情况下需要两路功率不是等分而是要按照一定的比例分配。在功率分配比大于6时，可以直接选用定向耦合器作为功率分配元件。但是，在小于6时，由于耦合器间距要求过近，无法保证实现的精度，这就要求我们进行不等分功率分配器的设计。
以同等功率的分配器。这项建议并不需要额外的设计制造过程中的修改和补充的结构相比，其他典型的多枝波导。统一的输出功率的分布情况可以很容易地获得通过调整之间的内部和外部树枝分枝角度不引入多余的散射损耗.类似的设计程序时，也可用于其它电源工作波长分割比率或指定[8]。
自从20世纪40年代MIT辐射实验室发明和塑造了种类繁多的波导型功分器和耦合器后，在20世纪50年代中期和60年代又发明了多种采用带状线技术的耦合器。其分析设计方法到六十年代中期的微波网络模型，逐步从数学上来阐明其性质，单是由于没有微波网络的分析模型，设计人员一般采用繁琐的试凑法。可以想象，每一次的参数优化都需要在实验室由世纪的模型来完成，整个过程漫长复杂。20世纪70年代开始计算机的普及和仿真软件的出现，使得模型的设计可由专门的厂家来和设计公司完成。这样，在预估计电路性能方面，即使只是基本熟悉计算机使用的工厂技术人员也可以准确而迅速地获得微波电路的优化设计参数，这却是那些只熟悉电路理论而不懂得借助于计算机进行试验设计的人员办不到的[9]。
在微波设计软件中最为出名的就是ADS（Advanced Design System）——美国安捷伦公司所拥有的电子设计自动化软件；ADS功能十分强大，支持射频和系统设计工程师所开发的所有类型的RF设计，从简单到复杂，从离散的射频/微波模
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块到用于通信和航天/国防的集成MMIC，几乎成为微波电路设计工作中必备的工具。现代社会对于不等分微带功分器的研究，越来越深入，通过对威尔金森功分器原理的不断研究，人们对功分器的研究也有了一定的突破，选择这个课题可以对此方面做一定的研究，有助于对其的了解，便于日后应用[10]。
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