【正文】 目視檢驗(yàn)為主，輔以一些簡單的測量工具。由于1988年后生產(chǎn)的功分器基本上都能支持8002500MHz段，因此功分器基本上可以利用現(xiàn)有設(shè)備，主要新增支持8002500MHz段信號(hào)的濾波合路器。1．3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法與內(nèi)容安排本課題先對(duì)幾種使用較多的3dB功率分配器進(jìn)行描述，并結(jié)合本課題的要求選擇一種適合的功率分配器。它的類型很多，有波導(dǎo)型、同軸線型、帶狀線型及微帶線型等。為了提高功率分配器的效率，其應(yīng)當(dāng)具有低附加損耗、各輸入端口的高隔離度、相等的輸入/輸出阻抗，以及輸入/輸出端的低電壓駐波系數(shù)。第二章介紹了傳輸線理論并介紹了幾種波型的傳輸用哪些傳輸線以及研究傳輸線的方法和注意的問題。最后介紹了功率分配器中二等分器的典型電路威爾金森（Wilkinson）功率分配器的原理和它的主要技術(shù)指標(biāo)要求。從仿真結(jié)果中可看到，電路實(shí)現(xiàn)了傳輸?shù)募夹g(shù)指標(biāo)要求。具體傳輸線的種類很多而且可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)分類。 TE波和TM波傳輸線三，表面波傳輸線如介質(zhì)波導(dǎo)（包括光波導(dǎo)），介質(zhì)鏡像線，以及單根的表面波傳輸線等，電磁波聚集在傳輸線內(nèi)部及其表面附近沿軸線方向傳播，一般的混合波型（TE和TM波的疊加），某種情況下也可以傳播TE或者TM波。以上劃分主要是從減小損耗（導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗）、屏蔽好、受外界干擾小，以及減小結(jié)構(gòu)尺寸和工藝上的可實(shí)現(xiàn)性考慮的，并非只從頻率的高低來考慮的，例如波導(dǎo)管，若用于米波或者分米波波段，一般地則因其尺寸過大，而不便于應(yīng)用。橫向問題要通過求解電磁場的邊值問題來解決，不同類型或者同一類型但結(jié)構(gòu)形式不同的傳輸線，具有不同的邊界條件，應(yīng)分別加以研究。前者是根據(jù)邊界條件和初始條件求電磁場波動(dòng)方程的解，得出電磁場隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律；后者是利用分布參數(shù)電路的理論（傳輸線的電路模型）來分析電壓波（與電場對(duì)應(yīng)）和電流波（與磁場對(duì)應(yīng)）隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律。隨著微波元件和系統(tǒng)的日益小型化和固態(tài)化，微帶電路的應(yīng)用也愈來愈廣泛。常用的介質(zhì)基片材料為 99%陶瓷、石英或藍(lán)寶石等低損耗介質(zhì)。由于各種設(shè)計(jì)公式都有一定的近似條件，因而很難得到一個(gè)理想的設(shè)計(jì)結(jié)果，但都能夠得到比較滿意的工程效果。在提高高速傳送方面，要實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的低損耗。導(dǎo)帶和底板（接地板）金屬通常為銅、金、錫或鋁。微帶線的設(shè)計(jì)就是確定滿足一定點(diǎn)性能參數(shù)的微帶物理結(jié)構(gòu)。目前使用的方法主要有：（1）查表格。許多公司已開發(fā)出了很好的計(jì)算微帶電路的軟件。2．3 微帶線用于功率分配器 微帶線功率分配器的具體結(jié)構(gòu)形式很多，其中較常用的是采用/4阻抗變換段的功率分配器；其功率可以是相等或者不相等的。假設(shè)微帶線本身是無耗的，兩個(gè)支臂對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)地而言的電壓是相等的，那么，就可以得到下列關(guān)系式： （） （） （）又因?yàn)?，所以? （） （）式中的是比例系數(shù)可以取1（等功率情況）或者大于1和小于1（不等功率情況）。當(dāng)信號(hào)自主臂①輸入時(shí)，由于R兩端電位相等，無電流通過，不影響功率分配(相當(dāng)R不存在一樣)。圖中和公式中的電壓和電流是指其復(fù)振幅。在實(shí)際的微帶電路中，隔離電阻只是由蒸發(fā)在介質(zhì)基片上的鎳鉻合金或鉭薄膜構(gòu)成的。設(shè)在瑞口②后變換段的特性阻抗為，在端門③后變換段的特性阻抗為，它們的表示式分別為 （） （）以上是對(duì)中心波長而言所得出的結(jié)果。第3章 功率分配器3．1 功率分配器3．1．1 功率分配器的基本概念 功率分配器是將輸入信號(hào)功率分成相等或不相等的幾路功率輸出的一種多端口微波網(wǎng)絡(luò)。因此設(shè)計(jì)實(shí)用的新型功分器有實(shí)際價(jià)值。信號(hào)輸入端的功率為，而其他兩個(gè)輸出端口的功率等率分別為和。 3．1．3 功率分配器的分類功率分配器的分類方法有幾種常見的分類有一 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，功分器可以劃分為無源功分器和有源功分器兩大類。它的主要缺點(diǎn)是有噪聲、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些、工作穩(wěn)定性相對(duì)較差。四 根據(jù)輸出端口的數(shù)目，常見的功率分配器可以分為二功分器、三功分器，四功分器，八功分器、十二功分器等等。下面就分別介紹這三類元器件。1) 定向耦合器的性能指標(biāo)定向耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò)，端口“①”為輸入端，端口“②”為直通輸出端，端口“③”為耦合輸出端，端口“④”為隔離端，并設(shè)其散射矩陣為［S］。（3）定向度耦合端“③”的輸出功率與隔離端“④”的輸出功率之比定義為定向度，記作D。其中，λg0是中心頻率所對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)波長, n為正整數(shù), 一般取n=0。設(shè)端口“①”入射波(u+1=1), 第一個(gè)小孔耦合到副波導(dǎo)中的歸一化出射波為u41=q和u31=q, q為小孔耦合系數(shù)。實(shí)際上雙孔耦合器即使在中心頻率上, 其定向性也不是無窮大, 而只能在30dB左右。 3) 雙分支定向耦合器 雙分支定向耦合器由主線、副線和兩條分支線組成, 其中分支線的長度和間距均為中心波長的1/4, 如圖 。 故兩條路徑到達(dá)的波行程差為λg/2, 相應(yīng)的相位差為π, 即相位相反。  下面給出微帶雙分支定向耦合器的設(shè)計(jì)公式。4) 平行耦合微帶定向耦合器 平行耦合微帶定向耦合器是一種反向定向耦合器, 其耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面, 如圖 所示, 端口“①”為輸入口, 端口“②”為直通口, 端口“③”為耦合口, 端口“④”為隔離口。 端口“①”處輸入阻為將式(5 2 14)代入上式(5 2 16)得 可見，ZoinZein=Z0eZ0o=Z20 。, 相應(yīng)的耦合度為于是給定耦合度C及引出線的特性阻抗Z0后, 由式(5 2 25)求得耦合系數(shù)K, 從而可確定Z0o和Z0e然后由此確定平行耦合線的尺寸。按輸出功率比例不同, 可分為等功率分配器和不等功率分配器。功率分配器的基本要求如下： 兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)① 端口“①”無反射；② 端口“②、 ③”輸出電壓相等且同相。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 5 21 所示, 它由全長為3λg/2的環(huán)及與它相連的四個(gè)分支組成, 分支與環(huán)并聯(lián)。 圖 微帶環(huán)形電橋結(jié)構(gòu)設(shè)環(huán)路各段歸一化特性導(dǎo)納分別為a、 b、 c, 而四個(gè)分支的歸一化特性導(dǎo)納為1。  ET分支結(jié)構(gòu)及等效電路當(dāng)微波信號(hào)從端口“③”輸入時(shí), 平均地分給端口“①、 ②”, 但兩端口是等幅反相的。圖 HT分支結(jié)構(gòu)及等效電路  當(dāng)微波信號(hào)從端口“③”輸入時(shí), 平均地分給端口“①、②”, 這兩端口得到的是等幅同相的TE10波。 ② 端口“①、 ②”對(duì)稱, 即有S11=S22。 ⑥ 當(dāng)端口“①、 ②”同時(shí)加入信號(hào), 端口“③”輸出兩信號(hào)相量和的 倍, 端口“④”輸出兩信號(hào)差的 倍。 （2）分配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)不改變電路中其他部件的可靠性、穩(wěn)定性和信號(hào)特性。實(shí)現(xiàn)微帶3dB功率分配器可以采用腔體和微帶的方法。它是在微帶T形接頭的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，結(jié)構(gòu)較簡單。它是一個(gè)功率等分器，是特性阻抗，是信號(hào)的波導(dǎo)波長，是隔離電阻。圖43 功率分配器考慮一般情況（比例分配輸入功率），設(shè)端口3和端口2的輸出功率比為，即 ()由于端口1到端口2與端口1到端口3的線長度相等，故端口2的電壓與相等，即。這是各種射頻/微波電路的工作前提，功率分配器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與工作頻率密切相關(guān)。一般地，傳輸線承受由小到大的次序是微帶線，帶狀線，同軸線，空氣帶狀線，空氣同軸線，要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)來選擇用何種傳輸線。定義： （）式中 （）（4）插入損耗。在功率分配器的實(shí)際工作中，幾乎都是用A作為研究對(duì)象。在主路和其他支路都接匹配負(fù)載的情況下，端口和端口的隔離度定義為 （）隔離度的測量也可按照這個(gè)定義進(jìn)行。它是Agilent Technoligyies公司新推出的一套電路自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件。這是以往任何自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件都不能夠的。 另外，ADS還把原有功能進(jìn)行推廣。 在操作便利性方面，ADS靈活使用了窗口技術(shù)。目前ADS已被廣大電子工程設(shè)計(jì)師們接受和喜愛。在進(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。 連接方式見下圖（3） 設(shè)置微帶電路的基本參數(shù)：雙擊圖上的控件MSUB設(shè)置微帶線參數(shù)H:基板厚度( mm)Er:基板相對(duì)介電常數(shù)()Mur:磁導(dǎo)率(1)Cond:金屬電導(dǎo)率(+7)Hu:封裝高度(+33 mm)T:金屬層厚度( mm)TanD:損耗角正切(1e4)Roungh:表面粗糙度(0 mm)（4）接著設(shè)置微帶器件的參數(shù)雙擊每個(gè)微帶線設(shè)置參數(shù)，W、L分別設(shè)為相應(yīng)的變量或常量，單位mm，注意上下兩臂的對(duì)稱性。選擇S參數(shù)掃描控件 放置在原理圖中，并設(shè)置掃描的頻率范圍和步長，頻率范圍根據(jù)功分器的指標(biāo)確定。這里總共設(shè)置了四個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，由于電路的對(duì)稱性，S31和S33不用設(shè)置優(yōu)化。在一次優(yōu)化完成后，要點(diǎn)擊原理圖窗口菜單中的Simulate Update Optimization Values保存優(yōu)化后的變量值(在VAR控件上可以看到變量的當(dāng)前值)，否則優(yōu)化后的值將不保存。在一次優(yōu)化完成后，要點(diǎn)擊原理圖窗口菜單中的Simulate Update Optimization Values保存優(yōu)化后的變量值(在VAR控件上可以看到變量的當(dāng)前值)，否則優(yōu)化后的值將不保存。4．1．2 主要參數(shù)在本設(shè)計(jì)中，功率比例為，功分器的中心頻率是1950MHz，帶內(nèi)各端口反射系數(shù)小于20dB，兩輸出端隔離度小于25dB。然后點(diǎn)擊菜單中的Layout Generate/Update Layout，彈出一個(gè)設(shè)置窗口，直接點(diǎn)OK，又出現(xiàn)一個(gè)窗口，再點(diǎn)OK，完成版圖的生成，這時(shí)會(huì)打開一個(gè)顯示版圖的窗口，里面有剛生成的版圖。然后點(diǎn)擊Update按鈕，將設(shè)置填入左側(cè)列表中，點(diǎn)擊Simulate按鈕開始進(jìn)行仿真。結(jié)論由于電磁場與微波技術(shù)的飛速發(fā)展，功率放大與功率分配被廣泛采用。微帶傳輸線的傳輸特性與分析方法對(duì)新興的毫米波傳輸線和光導(dǎo)纖維也有相似之處，可供借鑒。描述了功率分配器的主要指標(biāo)和它的電路模型。在進(jìn)行了幾種分配元器件的介紹的基礎(chǔ)上，又介紹了幾種功率分配器，二等分功率分配器是當(dāng)前用得最多的功率分配器，二等分功率分配器最常用的電路是威爾金森（Wilkinson）功率分配器，本文詳細(xì)的介紹了此電路的工作原理，并詳細(xì)的介紹了在ADS環(huán)境下設(shè)計(jì)并仿真、優(yōu)化了此電路，最后做成電路板圖，在最后的仿真電路中，、帶寬為300MHz。由于本文的研究都是在仿真環(huán)境下進(jìn)行的，因此許多硬件實(shí)現(xiàn)方面的問題還需要考慮，比如在做成電路板時(shí)怎樣選擇合適的基板材料以及微帶線的相對(duì)位置對(duì)性能的影響。在此學(xué)生致以深深的感謝和最崇高的敬意！我要感謝電磁所的所有老師們?cè)诖髮W(xué)四年的培養(yǎng)和教導(dǎo)，使我在大學(xué)生活中學(xué)到學(xué)問，更重要的是學(xué)到了做學(xué)問的方法和做人的原則，我要感謝師兄肖華清、吳彥良在我學(xué)習(xí)ADS軟件以及做本課題期間給我的指