美高梅官网,金沙网投领导者,金沙网投网站,金沙网投开户 > 模拟技术 > 正文

三分钟教会你:如何设计一个功分器

? 2018年05月24日 10:56 ? 次阅读

美高梅官网,金沙网投领导者,金沙网投网站,金沙网投开户 www.tongshi-cn.com 功分器在微波电路中用途非常广泛,特别是在相控阵/固态功率合成如火如荼的今天,几乎每个微波产品里都有它的身影。很多专业书里都有功分器的介绍,个人十分推崇由清华大学主编的《微带电路》一书,读此书可以感觉到老一辈微波电路的拓荒前辈们严谨的作风,该书理论联系实际,讲解详实但又浅显易懂,对提升微波电路设计的感觉十分有用。

1、功分器的核心观点

详细的理论推导见《微带电路》第6章,这里仅引用该书中的核心结论,也强烈建议认真阅读此章,里面的方法论是解决很多微波电路问题的法宝。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,原理图见图1。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

(a)N节宽频段功分器

三分钟教会你:如何设计一个功分器

(b)偶模馈电等效电路

三分钟教会你:如何设计一个功分器

(c)奇模馈电等效电路

图1、功分器理论分析图示

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?;峄煜礢21=-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。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图2、ADS中阻抗变换器模型及结果

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)

表1、各节阻抗和线宽对应表

Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Zo

阻抗91.786.18073.867.962.658.254.650

线宽0.230.270.320.370.440.510.580.640.74

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。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图3、完整的功分器理论模型

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如图4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。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图4、典型功分器电路

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。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图5、功分器的两个分解电路

根据第2)步计算的阻抗变换器尺寸,建立图5的阻抗变换器模型(为缩小长度进行了折弯处理,折弯切角可自行计算)。未进行任何优化得到的仿真结果见图6,说明ADS模型中计算的参数是非常准确的。

T型节的仿真结果见图6,由于我建模型时根据经验在T型节处切了角,T型节一次仿真结果也比较好。实际自己设计时可能需要调节T型节切角大小,请自行感受。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图6、阻抗变换器及T型节的仿真结果

5) 功分器模型整体仿真

功分器整体仿真就是将阻抗变换器和T型节组合成图4的功分器整体进行仿真,在这里顺便介绍一下sonnet的netlist电路仿真。在sonnet中新建一个netlist电路如图7所示,这种实际上是把第4)步的子电路联合起来进行的仿真。其他的大型电路均可通过此方式划成小电路然后用netlist把各个子电路联合起来,这样可以加快仿真和优化速度。Netlist电路仿真结果和全电路仿真结果对比见图7,可以看出电路分割的正确性以及整个功分器电路仿真过程的准确性。最后把电阻带入后,整个功分器就基本仿真完成了。

三分钟教会你:如何设计一个功分器

三分钟教会你:如何设计一个功分器

图7、netlist电路仿真及全电路仿真结果对比

技术专区

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

详细讲解:如何设计一个带通滤波器

带通滤波器是一个太宽泛的概念了,窄带的宽带的,LC/微带/同轴/波导/介质的。各种花样的谐振器,各种...

发表于 2018-05-24 10:50 ? 13次阅读
详细讲解:如何设计一个带通滤波器

威尔金森型功分器仿真实验

使用Ansoft Designer仿真威尔金森型功分器的经验总结 由于项目需要,想设计一个威尔金森型...

发表于 2018-04-17 15:16 ? 145次阅读
威尔金森型功分器仿真实验

一文了解功分器核心及仿真设计

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...

发表于 2018-02-05 11:06 ? 2693次阅读
一文了解功分器核心及仿真设计

利用Hspice对有源滤波电路进行FFT仿真,请指点一下是不是仿真电路设计错了,或者是输入语句出了问题?

发表于 2018-01-20 17:34 ? 2488次阅读
利用Hspice对有源滤波电路进行FFT仿真,请指点一下是不是仿真电路设计错了,或者是输入语句出了问题?

请问威尔金森功分器的中间起隔离的薄膜电阻怎么焊接

发表于 2018-01-11 18:45 ? 322次阅读
请问威尔金森功分器的中间起隔离的薄膜电阻怎么焊接

功分器和合路器的区别

功分器是实现信号分配的器件。合路器是将同频段及不同频段的信号进行合路。

发表于 2017-12-06 09:02 ? 1377次阅读
功分器和合路器的区别

功分器和耦合器的区别

功分器,耦合器,顾名思义,功率分配器,功率耦合器,功分器、耦合器基本上都用在射频信号中的无源器件,起...

发表于 2017-11-09 18:05 ? 297次阅读
功分器和耦合器的区别

什么是功分器(功分器原理详解)

功分器全称功率分配器,英文名Power divider,是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相...

发表于 2017-11-09 17:57 ? 1195次阅读
什么是功分器(功分器原理详解)

功分器、分支器和分配器的区别

功分器全称功率分配器,英文名Power divider,是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相...

发表于 2017-11-09 17:32 ? 1678次阅读
功分器、分支器和分配器的区别

如何选择高频器件功分器和耦合器的PCB材料

功分器和合路器是最常用/最常见的高频器件,对于耦合器例如定向耦合器来说也是如此。这些器件用于功分、合...

发表于 2015-01-13 13:46 ? 1149次阅读
如何选择高频器件功分器和耦合器的PCB材料

一款改进型Wilkinson功分器的设计方案

本文提出了改进型Wilkinson功率分配器的设计方案,通过引入λ/2微带传输线的办法,解决了传统W...

发表于 2013-10-14 15:03 ? 5596次阅读
一款改进型Wilkinson功分器的设计方案

高速电路信号完整性分析与设计—信号完整性仿真分析...

仿真设计可行性和有效性取决于模型的建立,本章在介绍SPICE仿真模型基本原理及其存在的主要问题的基础...

发表于 2012-05-29 14:17 ? 994次阅读
高速电路信号完整性分析与设计—信号完整性仿真分析...

基于Proteus的数控恒流源仿真系统设计

本文介绍了采用EDA 仿真软件Proteus 开发的数控恒流源仿真系统, 分析了系统的硬件电路设计方...

发表于 2012-05-23 16:05 ? 3544次阅读
基于Proteus的数控恒流源仿真系统设计

全球最大8英寸功率分立器件代工厂

华虹NEC掌握了拥有自主知识产权的深沟槽型大功率MOS器件工艺和超级结高压大功率MOSFET器件工艺...

发表于 2011-12-07 09:07 ? 430次阅读
全球最大8英寸功率分立器件代工厂

嵌入式系统芯片的软硬件协同仿真环境设计

本文以DSM模型替代ARM核,以VMM验证方法学和VCS仿真器为基础,搭建一个可重用性高、调试和定位...

发表于 2011-11-15 15:21 ? 821次阅读
嵌入式系统芯片的软硬件协同仿真环境设计

基于MATLAB软件心跳呼吸模型的仿真设计

MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一款高性能的数值计算和可视化数学软件,用MAT...

发表于 2011-07-05 10:02 ? 2348次阅读
基于MATLAB软件心跳呼吸模型的仿真设计

Multisim 10在差动放大电路仿真设计中的...

本文以典型差动放大电路为例,主要探讨Multisim 10的多种分析方法在电子电路仿真设计中的应用。...

发表于 2011-02-12 11:01 ? 4054次阅读
Multisim 10在差动放大电路仿真设计中的...

基于左手材料相位特性的宽带圆极化贴片天线设计

  O 引言   近年来,随着现代微波通信的发展,宽带圆极化微带天线的发展越来越受到研究者的重视,...

发表于 2010-08-17 11:30 ? 412次阅读
基于左手材料相位特性的宽带圆极化贴片天线设计

力科推出仿真设计验证工具

力科推出仿真设计验证工具 力科今天宣布推出新的分析工具显著扩展PCI-Express 3.0协议测...

发表于 2010-02-03 16:31 ? 213次阅读
力科推出仿真设计验证工具

基于仿真的设计集成提高混合动力车辆的可靠性

基于仿真的设计集成提高混合动力车辆的可靠性  由于存在集成要求,混合动力汽车成为一种设计、制造和维...

发表于 2010-01-13 11:29 ? 135次阅读
基于仿真的设计集成提高混合动力车辆的可靠性