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如何设计一个功分器?


  功分器在微波电路中被应用的范围十分广,尤其是在相控阵,固态功率合成的现如今,基本上每个微波产品中都会有功分器出现。那么如何设计一个功分器?这个问题是很多从业人员所关注的,下面小编就来为大家解惑,想要了解的你赶快来看看吧!

天天棋牌APP下载  1、功分器的核心观点

天天棋牌APP下载  功分器可以根据对称性拆分成奇模和偶模两个两端口网络进行单独分析。

天天棋牌APP下载  (a)N节宽频段功分器

  (b)偶模馈电等效电路

  (c)奇模馈电等效电路

  核心结论为:

  · 对于公共的1端口,奇模馈电对它不起作用,只要分析偶模电路即可,1口的回波和偶模电路的1口回波是相等的。由此功分器的传输线设计就变成了设计一个2*Zo到Zo欧的阻抗变换器。

  · 偶模馈电电路也是功率合成器的工作原理,2口和3口输入同相等幅电压,可以无耗的传输到1口。有人经常会混淆说S21=-3dB,根据无源电路的互易性S12=-3dB,这样就没有办法实现功率翻番了。这种情况是发生在只有2口输入信号,3口没有信号输入的情况下。

  · 从奇模电路看,纯粹的奇模馈电公共1口是没有功率到达的。隔离电阻纯粹起了一个衰减器/负载的作用,把奇模馈入的功率完全吸收掉,以此实现了2口和3口的低驻波,高隔离。

  2、功分器的仿真设计

  根据前面的理论分析结论,一个功分器设计实际上就变成了一个阻抗变换器的设计,阻抗变换器有非常多的实现方式:阶梯阻抗变换器/变压器/阻抗变换滤波器均可以实现。平常接触最多的是阶梯阻抗变换器,但实际上变压器和阻抗变换滤波器结构的功分器在很多特殊场景中有非常好的效果。

  下面用一个2~18GHz的功分器介绍详细设计过程。板材选用rogers5880 t=0.254mm。

  1) 设计步骤

  · 阻抗变换器阶数和各节阻抗确认

  · 隔离电阻阻值确认

  · 单独阻抗变换器电磁仿真

  · T型节电磁仿真

  · 整个功分器联合电磁仿真

  2) 阻抗变换器阶数和参数获取

  获取阻抗变换器阶数和参数的小软件非常多,这里通过在ADS中建模仿真获取相应参数,模型见图2,其中有效介电常数可以通过传输线计算工具大概获取,长度初值为中心频率的1/4波长,其他阻抗值从高到低排列就好,经过简单优化即可以获取各级阻抗。

  通过传输线计算工具(ADS自带或polar si9000)可以计算出各个阻抗的实际宽度见表1.(板材rogers 5880 Er=2.2 t=0.254mm)

  3) 隔离电阻仿真

  根据第二步的结果,在ADS中建立完整的功分器理论模型,固定传输线参数,加入隔离电阻,任意给定一个初值,通过一次2端口驻波优化就可以很方便的获取隔离电阻的数值。该电路优化结果见图3。

  4) 阻抗变换器和T型节的电磁仿真

  根据上面计算出的参数就可以进行电磁仿真了,个人习惯再sonnet中仿真。一个典型的功分器电路所示,直接仿真这个电路由于模型较大仿真时间较长,这里我们将其分解成两个部分单独仿真优化降低资源消耗,之后进行一次联合仿真验证。

  分解的两个电路为100到50欧的阻抗变换器和50到两个100欧的T型结。

  如何设计一个功分器?相信大家对上述内容进行了一番了解后已经从中得出答案了吧!为了让更多还在为此困惑的人解惑,大家务必要将上述内容进行转发,相信上述内容会对大家提升自己微波电路设计有很大作用




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