射频ADS微波HFSS相关 射频实验四 射频功率分配器

实验四 射频功率分配器实验

一、实验目的

1、了解射频功率分配器电路的原理及设计方法。

2、学习使用ADS软件进行射频功率分配器电路的设计、优化、仿真。 3、掌握射频功率分配器的制作及调试方法。

二、实验原理

1、功率分配器的工作原理

在实际应用中，有时需要将信号源的功率分别馈送给若干个分支电路（负载），就是说，进行功率分配，实现这种功能的射频器件就称为功率分配器。由于功率分配器一般为满足互易定理的无源网络，所以功率分配器与合成器是等价的。

根据输出功率的比例，微波功率分配器有等分功率与不等分功率两类。当一个微波功率平均分成n路时，称为n路等分功率分配器，反之，称为n路不等分功率分配器。微波功率分配器在微波天线的馈线中和微波仪表中都得到了应用。大功率微波功率分配器采用同轴线结构，中小功率微波功率分配器采用带状线或微带线结构。

功率分配器的具体结构型式很多，最常用的是采用?g/4阻抗变换段的功率分配器，一般来说功率分配器都是相等的，图4-1所示的是两路微带功率分配器的结构。两个分支臂长都为?g/4，是完全对称的结构，对称性保证输入功率将平均分配于两个输出端，得到同相同模的输出。

两分支臂之间接有隔离电阻R，是为了保证两个输出端口的隔离。当两个输出端口均为良好匹配时，对称性保证各个传输支路是同电位的，故无电流通过隔离电阻，隔离电阻上无功率损耗。但当其中一输出端失配，致使有反射波折回，则此反射功率将分拆开：一部分经过隔离电阻到达另一输出端；另一部分沿自己

图4-1 两路微带功率分配器的结构原理图

支路反射回输入端，然后又反射回来，沿另一支路到达另一输出端。如果隔离电 阻尺寸很小而可视为集总元件时，则它的电长度可近似地认为是零。由于各支路的长度为?g/4，电长度在中心频率时为?/2，因而往返二次的电长度是?。因此到达另一输出端的两部分信号是反相的。可以证明，只要适当选择隔离电阻和支线的特征阻抗值，就可以使这两部分信号幅度相等，因而彼此相消。这就是利用隔离电阻R达到各分支端口之间的隔离的原理。

经过对电路的分析计算，可以得到隔离电阻R和支线特征阻抗Z01分别应该为

Z01?2Z0 和 R?2Z0

其中Z0为输入端微带传输线的特征阻抗，一般都为50?。

2、功率分配器的技术参数

工作频带：工作频带就是功率分配器能够正常工作的频率范围。

插入损耗：在理想情况下，功率分配器不应该引入任何功率损耗。然而实际中功率分配器都会有某种程度的功率损耗，插入损耗定量的描述了工作频带内功率损耗的大小。如果是两路功率分配器，设输入功率为Pin，每一端口输出功率假设都相等为Pout，则插入损耗IL?10logPin/2。在实际测量中，常常用S参数Pout来表征功率分配器的技术参数。插入损耗IL??20log|S21|。

各端口幅度偏差：理想情况下，两端口输出幅度应该完全相同，但实际中两端口输出幅度都会存在某种程度的差异，就用幅度偏差来定量描述。设端口一输出功率幅度为P1，端口二输出功率幅度为P2，则幅度偏差?L?10logP1。 P2 各端口隔离度：理想情况下，两端口应该是完全隔离的，即一端口的功率不会进入到二端口，实际情况下总会存在某种程度的功率泄漏。隔离度就是描述端口隔离程度的参量。测量时，使输入端口接匹配负载，从一端口输入一信号P1，测量此时二端口的输出功率P2，隔离度=10log=?20log|S23|。

P1。用S参量来表征，隔离度P2三、实验设备及装置图

本实验主要是通过使用矢量网络分析仪AV3620测试功率分配器的散射参数（S23、S22、S11、S21等）来得到其传输频率响应特性和插入损耗、各端口幅度偏差、端口隔离度等技术参数。实验装置连接图如图4-2所示，功率分配器的输入端口1接网络分析仪的1端口，功率分配器的一个输出端口2接网络分析仪的2端口，功率分配器的另一个输出端口3接匹配负载。

图4-2 实验装置连接图

实验时测量的对象是一个两路微带功率分配器，其结构图如图4-1所示。功率分配器的输入/输出阻抗为Z0?50Ω，两个分支臂长都为?g/4，阻抗为

两臂是完全对称的结构，隔离电阻R?2Z0?100?。Z01?2Z0?2?50?70.7?，

功率分配器的PCB图如图4-3所示，其中由端口1输入的信号在端口2和端口3在等分输出。

图4-3 功率分配器模块的PCB图

四、实验内容及步骤

? 使用ADS设计一个射频功率分配器，指标如下：

工作频率：935MHz 端口反射系数：＜-15dB 端口隔离度：＜-25dB 传输损耗：＜-5dB

端口幅度不平衡度：＜-0.3dB 端口相位不平衡度：＜1°

? 利用网络分析仪AV3620测量功率分配器的传输频率响度特性。 ? 根据测量所得的数据计算出功率分配器的插入损耗、各端口幅度偏差、

各端口隔离度等技术参数。

1、射频功率分配器的ADS设计

我们以图4-1所示的两路微带功率分配器为例来介绍一下在ADS软件中如何设计功率分配器。图4-1所示的是一个等功率分配器，它由两段不同特性阻抗的微带线组成，两臂是对称的。具体步骤如下：

⑴启动ADS软件，创建一个新的工程文件。双击桌面上的ADS应用程序图标启动ADS软件，在界面中点击File->New Project设置工程文件名称（本例中为divider）及存储路径，点击Length Unit设置长度单位为毫米。同时原理图设计窗口打开，如图4-4所示。

图4-4 ADS中原理图设计窗口

⑵生成功率分配器的原理图。在原理图设计窗口中选择微带电路的工具栏

，在该工具栏上选择微带线 、 、

和 以及控件MSUB 分别放在绘图区，并用画线工具 连接成如

图4-5所示的形式。