【原創(chuàng)】南京郵電大學-課程設計-Wilkinson(威爾金森)功分器的設計

南京郵電大學電子科學與工程學院電磁場與無線技術Wilkinson功分器第1頁共13頁課題報告課題名稱Wilkinson功分器學院電子科學與工程學院專業(yè)電磁場與無線技術班級組長組員開課時間2012/2013學年第一學期課題名稱Wilkinson（威爾金森）功分器的設計課題任務運用功分器設計原理，利用HFSS軟件設計一個Wilkinson功分器，中心工作頻率3.0GHz?；疽髮崿F(xiàn)一個單階Wilkinson等功分設計，帶內(nèi)匹配≤-10dB，輸出端口隔離≤-10dB，任選一種微波傳輸線結構實現(xiàn)。進階要求多階（N≥2），匹配良好（S11≤-15dB），不等分，帶阻抗變換器（輸出端口阻抗不為50Ω），多種傳輸線實現(xiàn)。實現(xiàn)方式自選一種或者多種傳輸線實現(xiàn)，如微帶線，同軸線，帶狀線等，要求輸入輸出端口阻抗為50Ω，要求有隔離電阻（通過添加額外的端口實現(xiàn)）具體過程計算基本參數(shù)通過ADSTool中的Linecalc這個軟件來進行初步的計算。在HFSS中選定版型為RogersRT/duroid5880(tm)，如具體參數(shù)下圖50Ω微帶線計算得到選取微帶線寬度約為0.67mm。70.7Ω微帶線計算得到選取微帶線寬度約為0.34mm，由于微帶線電長度與其寬度沒有必然聯(lián)系，所以兩個分支微帶線的長度根據(jù)具體情況進行更改。繪制仿真模型微帶單階功分器參數(shù)解釋：空氣腔參數(shù)：a：寬度；b，b1，b2：各部分長度。微帶參數(shù)：w50：阻抗為50Ω的微帶線寬度；w2：兩分支線寬度；l1，l2，l3，l4：各部分微帶線長度；rad1，rad2：各部分分支線長度（即半環(huán)半徑）在本例中，需要調(diào)整的調(diào)整關鍵參數(shù)為w2，rad1，空氣腔參數(shù)隨關鍵參數(shù)相應調(diào)整即可。根據(jù)計算，此處的吸收電阻值應該為100Ω，但是在實際情況中，選取97Ω。微帶多階功分器參數(shù)解釋：空氣腔參數(shù)：a：寬度；b，b1，b2：各部分長度。微帶參數(shù)：w50：阻抗為50Ω的微帶線寬度；w2：兩分支線寬度；l1，l2，l3，l4：各部分微帶線長度；rad1，rad2：各部分分支線長度（即半環(huán)半徑）在本例中，需要調(diào)整的調(diào)整關鍵參數(shù)為w2，rad1，微調(diào)參數(shù)為w50，rad2，空氣腔參數(shù)隨關鍵參數(shù)相應調(diào)整即可。根據(jù)計算，第一個吸收電阻選為100Ω，第二個選為：210Ω。仿真獲取數(shù)據(jù)對各個部分的微帶線設置邊界條件：微帶主體：PefectE；吸收電阻：LumpedRLC。設置激勵源：分別選擇微帶線各個端口，設置為WavePort。分別對單階以及多階Wilkinson功分器進行離散方式掃頻，頻率范圍取0.001-6GHz，等間隔獲取40-60個點的數(shù)據(jù)進行逐一掃頻，連接各獨立點繪制曲線。微帶單階功分器微帶多階功分器數(shù)據(jù)分析微帶單階功分器微帶單階功分器2.5-3.5GHzS11參數(shù)曲線微帶單階功分器2.5-3.5GHzS21、S31參數(shù)曲線微帶單階功分器2.5-3.5GHzS23參數(shù)曲線微帶單階功分器2.5-3.5GHzS參數(shù)曲線數(shù)據(jù)分析：如上圖所示，通過HFSS設計仿真的微帶單階功分器中心頻點處在3.0Ghz，S11參數(shù)衰減高達近-13dB，S21，S31衰減接近于-3dB，匹配良好，S23達到接近-11.5dB，隔離度較好，所有指標均達到。參數(shù)檢驗微帶分支線長度對頻率的影響將微帶分支線長度度縮小1mm，觀察S參數(shù)曲線更改分支線長度后的功分器模型更改分支線長度后的功分器S參數(shù)曲線由上圖可得，當微帶分支線的長度變化時，其中心頻點也會隨之變化。經(jīng)過理論以及實驗驗證，微帶功分器分支線越長，中心頻點越低；反之，微帶功分器分支線越短，中心頻點越高。微帶分之前寬度對頻率的影響將微帶分支線寬度縮小0.1mm，觀察S參數(shù)曲線更改分支線長度后的功分器S參數(shù)由上圖可得，當微帶分支線的寬度變化時，其中心頻點也會隨之微小變化。但是經(jīng)過理論以及實驗驗證，微帶功分器分支寬度與中心頻點沒有直接關系，其寬度的改變只是改變微帶線的特征阻抗，進而間接地影響中心頻點以及各S參量的變化。隔離電阻對微帶的影響去除微帶分支線隔離電阻，觀察S參數(shù)的變化去掉分支線隔離電阻后的功分器模型去掉分支線隔離電阻后的功分器S參數(shù)由上圖可得，當微帶分支線的隔離電阻去除時，各項參數(shù)中S23參數(shù)變化顯著，這說明隔離電阻對整個功分器兩輸出端口的隔離度具有一定的作用。微帶多階功分器寬頻域范圍0-6GHz0-6GhzS11參數(shù)掃頻曲線0-6GhzS21S31參數(shù)掃頻曲線0-6GhzS23參數(shù)掃頻曲線0-6GhzS11S21S23S31參數(shù)掃頻曲線窄頻域范圍測試2.5-3.5GHz2.5-3.5GhzS11參數(shù)掃頻曲線2.5-3.5GhzS21S31參數(shù)掃頻曲線2.5-3.5GhzS23參數(shù)掃頻曲線2.5-3.5GhzS參數(shù)掃頻曲線數(shù)據(jù)分析：如上圖所示，通過HFSS設計仿真的微帶單階功分器中心頻點處在3.0Ghz，S11參數(shù)衰減高達近-30dB，S21，S31衰減接近于-3.04dB，匹配良好，S23高達-18.5dB，隔離度良好，所有指標均達到。學習體會模仿階段在最初的模仿階段，通過對參考資料上面的示例進行模仿從而獲取對Wilkinson功分器感性的認識。通過按部就班完成示例，我們慢慢學會逐步使用HFSS仿真軟件，雖然參考資料之中的參數(shù)設計有所謬誤，但是通過不斷地嘗試與修正，最終完成實現(xiàn)了Wilkinson功分器的初步設計。修正階段通過前期的設計，我們認識到通過修正微帶線的長度可以實現(xiàn)選擇頻率的特性，通過修正微帶線的寬度則可以改變其端口的阻抗。為了將原來的示例設計中的12.5GHz的中心頻點修改至3GHz，我們一方面修改為微帶的寬度，以適應新的頻率點，另一方面最重要的是加長兩條分支微帶的長度，從而降低頻點。在這一階段中我們的嘗試是最多的，不僅嘗試修改微帶的長、寬，更是試圖通過修改底板的厚度、格力電阻的阻值來影響參數(shù)。但是理論與實踐均證明：還是通過修改微帶的長、寬這兩個參數(shù)來實現(xiàn)微調(diào)是最好的。自行設計最后的這個自行設計階段則完全是通過總結之前的模仿、修正兩個階段的經(jīng)驗來進行的。雖然威爾