基于ADS的功分、耦合器的设计

最新推荐文章于 2024-11-06 17:50:56 发布

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本文详细介绍了功率分配器和定向耦合器在微波工程中的应用，重点阐述了它们的原理、设计指标和优化过程。以威尔金森功分器和Lange耦合器为例，通过ADS软件进行设计、仿真和参数优化，以满足特定的性能要求，如回波损耗、插入损耗、隔离度和定向度。整个过程展示了微波无源器件设计的关键步骤和技术要点。

功率分配器和定向耦合器是属于无源微波器件，主要应用于功率分配和功率合成。工程上常用的功率分配器件和定向耦合器件有T型结功分器功分合路器、威尔金森功分器、倍慈孔定向耦合器、分支线混合网络、Lange耦合器、波导魔T和对称渐变耦合线耦合器等

功率分配器通常采用三端口网络，常用3dB等分形式，但也有不等分的形式。

定向耦合器通常采用四端口网络，可以设计为任功分比。

功率分配器

功分器各个端口特性：

端口1匹配
端口2、3输出电压相等且同相
端口2、3、输出功率比值为任意指定值 $1/k^2$

为了增加隔离度，在端口2、3之间添加了一个电阻R，隔离度电阻 $R=Z_0(k+\frac{z}{k})$ ,其中端口2、3的负载电阻分别为 $R_2=kZ_0;R_3=\frac{Z_0}{k}$ 。端口2、3的微带线的阻止分别为： $Z_2=Z_0\sqrt{k(1+k^2)};Z_3=Z_0\sqrt{\frac{1+k^2}{k}}$ 。

功分器指标：

输入端口的回波损耗

输入端口1的回波损耗通过输入端口1的反射功率 $P_r$ 和输入功率 $P_i$ 来计算：

$C_{11}=-10log(\frac{P_r}{P_i})=-20log|S_{11}|$

插入损耗

输出口的插入损耗通过输出口的输出功率与输入端口1的输入功率 $P_i$ 来计算的：

$C_{12}=-10log(\frac{P_2}{P_i})=-20log|S_{12}|$ ；

$C_{13}=-10log(\frac{P_3}{P_i})=-20log|S_{13}|$

输出端口间的隔离度

输出端口2、2的隔离度根据端口2的输出功率 $P_2$ 和端口3的输出功率 $P_3$ 计算得到的：

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