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一款改进型Wilkinson功分器的设计方案

2013年10月14日 15:03 电子爱好者博客 作者:朱大勇,傅世强 用户评论(0

  0 引言

  功分器是无线通信系统中的一种非常重要的微波无源器件,在天线阵馈电系统、功率放大器和无线局域网中都有着广泛的应用。目前应用最多的微波功率分配器多为威尔金森(Wilkinson)形式的功分器,其优点在于设计方法较简单、易于实现,输出端口可以实现较高隔离。近年来,功分器的研究已经越来越成熟,也越来越深入在传统Wilkinson功分器的输出端添加短路枝节的方法实现了宽带功分器;文芦状的多节阻抗变换器Wilkinson 功分器结构,显着展宽了功分器的工作带宽;一款平面结构的新型双频功分器;直接多路输出Wilkinson 功分器的计算公式,进一步完善了该功分器的设计指导。然而,当工作频率升高以后,制作器件的实际尺寸将会缩小,由于隔离电阻的存在,使得两个输出支路的电路布局存在限制,尤其在不等功率分配,两个输出端口存在强烈互耦而恶化功分器的整体性能。设计了改良型的Wilkinson功分器,该功分器工作在无线局域网S频段2.4~2.483 5 GHz频率范围内,从而增加了其实用价值。利用ADS 软件进行了仿真设计,并进行了实物加工和测试。

  1 功分器设计

  对于基本的Wilkinson功分器,其输入/输出端口特性阻抗为Z0,两段分支微带线的电长度均为λg 4 。实现等功分3 dB设计的Wilkinson功分器,基本原理与设计公式在参考文献[7]中已经做了详细介绍,其电路结构示意图如图1所示。然而传统的 Wilkinson功分器在工作于频率较高的情况下,电路尺寸将会缩小,电路布局受到限制,并且两输出端口互耦严重进而影响其性能。

  为了解决这些问题,本文通过在隔离电阻两侧和两输出支路上引入电长度180°( λ 2)微带传输线,将图1所示的功分器结构改进为图2所示。

  改进型Wilkinson 电路结构,通过引入λ 2 长度的传输线后,大大提高了电路布局的灵活性。由传输线理论可知,中心频率处隔离电路部分的矩阵A 为:

  由传输线理论可知,中心频率处隔离电路部分的矩阵A 为

  由矩阵A 可知,两输出支路之间的隔离电路部分仍等效为一个串联电阻,两段λ/2长度传输线的引入,不但没有改变电路的性能,而且增加了两输出端口微带线间的距离,从而减小了相互干扰。

  图1 传统Wilkinson功分器结构示意图

  图2 改进的Wilkinson功分器结构示意图

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